电路设计中使用三极管需要注意的6个问题

hope123

* n; E. v4 [7 H9 M6 h2 X7 o% Q按照现代的制造工艺来说，根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，由此就构成了一个晶体管。

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晶体管最大的优点就是能够放大信号，它是放大电路的核心元件，能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化量不失真地进行放大输出。

以下是我们在电路设计中使用三极管时需要注意的几个问题，还是老样子——“看图说话”：

4 U# _7 F4 Q( [- {0 g% J. h（1）需注意旁路电容对电压增益的影响：


* I3 R5 b9 V3 A

) \/ H. k0 w7 s/ f& A. y* E$ g+ l这个电路在国内各种模拟电路教材书上是司空见惯的了，也算比较经典的了。由于这个旁路电容的存在，在不同频率环境中会有不同的情况发生：

% Q8 B# q' r# Q$ S5 T+ X# |a、当输入信号频率足够高时，XC将接近于零，即射极对地短路，此时共射的电压增益为：        


: b8 O- C, b" r( Z* u$ ]

0 \! @7 V- z$ q: j! E7 Z: c
b、当输入信号频率比较低时，XC将远大于零，即相当于开路，此时共射的电压增益为：        

  z3 l& z6 |4 m+ D

& ?0 R+ O) ~6 j& i/ A由此可以看出，在使用三极管设计电路时需要掂量旁路电容对电压增益带来的影响。
5 L9 h5 N0 B- u. V7 |4 a5 _
9 Q0 C2 C0 j1 U# D（2）需注意三极管内部的结电容的影响：

" x: s7 W" w+ x* R# h) S% N0 ^由于半导体制造工艺的原因，三极管内部不可避免地会有一定容值的结电容存在，当输入信号频率达到一定程度时，它们会使得三极管的放大作用“大打折扣”，更糟糕的是，它还会因此引起额外的相位差。

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3 z9 F! t# R4 A3 [9 M
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由于Cbe的存在，输入信号源的内阻RS和XCbe形成了一个鲜为人知的分压器，也可以看成是一个LPF，当输入信号的频率过高时，三极管基极的电位就会有所下降，此时电压增益就随之减小。
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4 f$ g+ e( Y  d3 H
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3 P5 T6 \  Y( F9 F0 |
6 ?  P" f3 E$ _# D2 _8 M由于Cbc的存在，当输入信号的频率过高时，Vout的一部分会经过Cbc反馈到基极，又因为此反馈信号和输入信号有180°的相位差，所以，这样也会降低基极的电位，电压增益也由此下降。

8 P& f* N, _( Q$ [( C# j( t+ R（3）需明确把握三极管的截止频率：

这个电路图是一个等效过后的图，其中CL是集电极到发射极、集电极到基极之间的结电容以及负载电容的等效电容。当输入信号的频率达到

- G  H9 y' i, S% \6 A" ^9 o时，三极管的增益开始迅速下降。为了很好地解决这个问题，就得花心思把CL尽量减小，由此，fH就可以更高一些。首先我们可以在设计电路时特意选择那种极间电容值较小的三极管，也就是通常所说的RF晶体管；我们也可以减小RL的取值，但是这样的话得付出代价：电压增益将下降。

（4）三极管作为开关时需注意它的可靠性：
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! ^; @5 S( O1 B# Z$ i$ g如同二极管那样，三极管的发射结也会有0.7V左右的开启电压，在三极管用作开关时，输入信号可能在低电平时（0.7V<Vin<2.4V）也会导致三极管导通，使得三极管的集电极输出为低电平，这样的情况在电路设计中是应该秒杀的。下图是解决这个问题的一个办法：


& r0 g; X/ i8 v+ S# Z0 ]5 ~

1 m; W- I  [2 Q' P% J1 ]9 k$ O在这里，由于在基极人为接入了一个负电源VEE，这样即使输入信号的低电平稍稍大于零，也能够使得三极管的基极为负电位，从而使得三极管可靠地截止，集电极就将输出为我们所希望的高电平。

（5）需要接受一个事实：三极管的开关速度一般不尽人意。
( `6 T- E3 i. V* W
由前所述得知，器件内部结电容的存在极大地限制了三极管的开关速度，但是我们还是可以想出一些办法有效地改善一下它的不足的，下图就提供了一个切实可行的方法：
- E. h/ C8 Q  ~! J1 O. D7 m

3 W# N- l2 I' X' w

从图中可以看出，当输入信号的上升时间很小（信号频率很高）时，即dV/dt很大，则ZC很小，结果Ib非常大，以致三极管可以迅速地饱和或者截止，这自然也就提高了三极管的开关速度。
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8 g" |# Z1 M7 \1 m, B7 }（6）应该明白射极跟随器的原理：
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+ j# E+ d- ^1 {9 ~" \  O
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8 a+ _2 d. {' m, p射极跟随器的一个最大好处就是它的输入阻抗很高，因而带负载能力也就加强了。但是在运用过程中还是得明白它的原理才行，否则可能会造成意外的“问题源”。下面介绍一下它的原理，对于这个电路而言，有如下方程式：

; |' Z7 Z$ @0 K- t0 q; _$ V8 s由此可以看出，连接在发射极的负载阻抗在基极看起来就像一个非常大的阻抗值，负载也就容易被信号源所驱动了。

8 D: D8 F' z1 ^1 F9 m( G这篇博文中主要是以共射电路为例来说明问题，以上所说的几个问题只能当是“管中窥豹”了，因为三极管的使用注意事项实在太多，并非一篇博文能够涵盖得了的， 况且要好好把握三极管这个器件也并非易事，但是如果我们在实践中有意识地不断去体会、不断去总结的话，三极管也将会为我们所熟用的。
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plug

晶体管最大的优点就是能够放大信号，它是放大电路的核心元件，能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化量不失真地进行放大输出。

nut1

连接在发射极的负载阻抗在基极看起来就像一个非常大的阻抗值，负载也就容易被信号源所驱动了。

hope123

plug 发表于 2021-7-15 11:05
& j* e5 F3 P! C晶体管最大的优点就是能够放大信号，它是放大电路的核心元件，能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化量 ...

是的，晶体管最大的优点就是能够放大信号。