看图说话,使用三极管时一定要注意这些问题

时间:2020-10-16

  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   的优点就是能够放大信号,它是放大电路的   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”:

  (1)需注意旁路电容对电压增益的影响:

  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:

  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:

  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:

  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。

  (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、

  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、

  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:

  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

  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:

  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:

  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。

  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:

  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:

  射极跟随器的一个   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:

  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。

  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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