电路设计中使用三极管需要注意的6个问题

hope123

4 S' N: B1 Z: b6 n) J6 g9 ]6 a: H
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。

% w# J: \4 l4 |. H- f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。

# u6 Y; k* ?6 @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”：
' `8 k9 d! h% Y1 V9 Y, A# n* f
（1）需注意旁路电容对电压增益的影响：
4 o2 P5 d. u8 \6 _# J: Q6 G5 q

8 h3 f2 Q' B/ U( R( _- n8 D5 v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：
* P8 d' x( r( J, q0 f
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：        
5 C" m( z( r3 u

: y0 w# d' {! T# ?

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：        

/ }1 b  N: A3 F" E  M4 Y
+ p3 s1 Y5 m; {& x

( m) C  b0 q) w5 m- X
8 g  q" y' v; T! p* P* i) m. C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。

$ l6 Q0 W  l5 I; P9 b4 O（2）需注意三极管内部的结电容的影响：

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。
  a/ Z# K, g( c* o% G
# |8 t2 I7 C$ G- Qa、

4 }5 h) c5 f0 V2 c

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。
' t; X1 s2 x* |" l9 q9 O
b、
" \! ~% V3 h3 U. p" n. V' v$ ^- B
8 \( |; M+ `! R: J& E" U& a* d, j

  N( Y  m9 ~% i9 h# J& T4 Z6 Z
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。

（3）需明确把握三极管的截止频率：
9 r2 l# V5 X& d! \
) {- j* T7 ]" X1 R: t
( G' ?+ Y9 @2 j, ~+ W

7 J5 L1 A& y/ u- O& h$ d' ]. j( [* T
( ~& P' D! C9 @  Z& ^  D) d% s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
- m3 Z6 Y# e; w& [, a' M

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：
% u$ c3 y+ X: `& ]# g5 v
$ {# C1 s+ Z) {7 p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：
. n- i2 B6 \) C; \, d9 j7 y7 T
: D( q* H9 f& W, A

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。
' |4 n* t  Q( X: N; {5 M: Q
（5）需要接受一个事实：三极管的开关速度一般不尽人意。
* w& W8 g" [5 r! b
: Q* q" x" Z* S9 k4 o# E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：
+ }+ [, M9 c( w! t  Y6 l

+ w* `6 q# P7 P$ i
+ _% x( E+ \+ T: I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。
( R+ V# o( `# p* ~5 z7 y& \7 h
& p/ X5 G4 `0 x+ V$ X（6）应该明白射极跟随器的原理：
: t1 k0 C- U( a
4 N, J! d2 \  W4 M0 |2 i" O: c) i

& `4 n! ?$ n" p; V- J' G, x7 q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：

& r/ j- ^5 W/ f% }, ?
6 p) k* u6 t2 E; _# O- a2 e/ D

% c- r9 S8 b2 F& c
, L1 R! f: a. z, P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。
, r' A. d" V! @# m7 p) i
! [' R6 |4 ~8 p* z! x: h- l( s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。
; |- h- h9 Y/ |

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
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 ...

! e) ~7 T4 u0 n0 T是的，晶体管最大的优点就是能够放大信号。