使用三极管需注意的问题

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三极管,全称应为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号。三极管是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种。 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。晶体管最大的优点就是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:

一、需注意旁路电容对电压增益的影响:

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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:

(1)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:

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(2)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:

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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。

二、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。

(1)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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(2)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。

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三、需明确把握三极管的截止频率:

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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

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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。

四、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:

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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。

五、需要接受一个事实:三极管的开关速度一般不尽人意。

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:

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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。

六、应该明白射极跟随器的原理:

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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:

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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。

七、需要明白加速电容器的原理:

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在要求快速切换动作的应用中,必须加快三极管开关的切换速度。该图为一种常见的方式,此方法只须在RB电阻上并联一只加速电容器,如此当Vin由零电压往上升并开始送电流至基极时,电容器由于无法瞬间充电,故形同短路,然而此时却有瞬间的大电流由电容器流向基极,因此也就加快了开关导通的速度。稍后,待充电完毕后,电容就形同开路,而不影响三极管的正常工作。

 

 

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使用三极管需注意的问题

三极管,全称应为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号。三极管是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。