电路设计中使用三极管需要注意的6个问题

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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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. H7 G( f0 O* I5 {8 u9 h. X9 Z

  V, f( c: L) ]2 A- y

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。

# U( C# S1 X1 W  H

' d' I$ L- W. P$ D# j3 D3 C

9 J, y# Z* l0 l' h( ^* J  C

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”：

5 Z3 i( f, z1 \1 h& g! z

（1）需注意旁路电容对电压增益的影响：

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# ]8 e+ {+ a! L3 h: O/ c

7 B  m! U. v; j  R( ~5 m$ U8 s# H

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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：

  O* b. v! f; \

" s# s1 n; f0 A

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：        

1 N6 l- t3 Y- ^. r* u$ P

6 B2 y1 k- J3 z; s9 ?6 \" @$ w

6 Y: ]( C( b3 O4 H( m0 x

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5 ~% @/ e$ B+ U* Q- T) w4 h- z

' |7 e, ]' O; [+ {$ Z

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：        

6 \) }' D1 h* j

- S* S/ O2 n6 O+ M1 v# n! A

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4 G% V% q6 [$ y' T

2 D9 I+ S8 A1 u0 e% ?, n% v- W, s

2 U; [( |+ Y+ p

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。

" g3 G  C" Q1 _. r- x

+ }! V1 B4 G2 g

（2）需注意三极管内部的结电容的影响：

0 w' [+ ~1 ]. [6 p

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、

3 W; R# K2 X: w; d" c

+ b7 X, f: A. T% A) ~

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。

b、

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4 x1 P) O8 w' E4 L

1 S. W' [+ |: p: Y

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 o- I, r% K3 l0 s* s

' W( r9 s$ h& q3 Z  K. [" P7 F

（3）需明确把握三极管的截止频率：

# L) ^8 d" s3 I  r* F

( u1 b) h0 F/ j' a) L

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

# p* Y2 ?, I! b! Y- X7 f0 Y. |  ^

& z7 P  h6 Y3 z6 s

0 v" m  b$ {8 C- ^7 p

9 j1 v6 l8 ?- [4 c8 C! W

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。

6 C8 T4 c8 t3 O* ]! c

（4）三极管作为开关时需注意它的可靠性：

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：

2 W3 x" X8 f, G4 b6 N6 f

' W( a' n( }- a

+ p, j9 t- h; v, r! U7 ]

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。

& V& R$ V) r: B; d

, e: o2 t: A; U

（5）需要接受一个事实：三极管的开关速度一般不尽人意。

" x. g$ D' B. I. ^3 E- d, z

( _% O1 q5 [$ Q' q5 m

+ Z" E, y% O" D4 u( \4 \

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：

4 I2 T5 F( \/ G- N9 m! q

, C3 r, X7 F, Y

, w' Z/ d  }$ J9 A9 F7 u- 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。

（6）应该明白射极跟随器的原理：

3 y% ?% S* e, w3 Z$ v) v& y! i2 u

8 f* S2 i/ @$ J( v

4 d9 \0 W0 X3 ?9 W/ e1 W/ B

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1 E( }3 ~" I" ?2 k* s

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) Q( {! g3 E* q- o7 n8 F

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：

3 D" \) ]+ g+ Z" X' [+ W4 C. f

0 t, l% d+ z" C$ ]+ w, _; V

. k! _  l. U0 s- h3 A) K

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。

7 G; G5 Q4 W3 {4 ]; o6 D( F

4 B+ q* g$ y2 W4 b( R

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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嗯嗯，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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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。