《電子技術應用》
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晶體管交直流參數對電路設計的影響
摘要: 在電路中,不管晶體管是工作在直流工作狀態還是交流工作狀態,正確選擇晶體管的直流參數是很重要的。也就是說,應根據工作環境中直流電路的工作狀態要求,對晶體管進行最基礎的選擇,確定晶體管的工作電壓,工作電流和功耗,來計算電路中應用的晶體管直流工作電壓(Vcc)、最大工作電流(ICM)和功耗(PCM)等。
Abstract:
Key words :

  在電路中,不管晶體管是工作在直流工作狀態還是交流工作狀態,正確選擇晶體管的直流參數是很重要的。也就是說,應根據工作環境中直流電路的工作狀態要求,對晶體管進行最基礎的選擇,確定晶體管的工作電壓,工作電流和功耗,來計算電路中應用的晶體管直流工作電壓(Vcc)、最大工作電流(ICM)和功耗(PCM)等。

  在交流工作狀態下,晶體管的交流工作狀態很重要,比如輸出功率(PL)、交流增益(GP)、效率(η)、特征頻率(fT)、極間電容(CCE和CBE)等。

  對交流參數,我們一般查看晶體管的輸出功率、交流增益和特征頻率就可以了。特征頻率決定晶體管是否滿足電路工作頻率要求,交流增益和輸出功率決定了電路的放大級數和輸入功率。在交流放大電路中,同種類型的晶體管,我們更愿意選用基極到地阻抗小的器件,因為同樣的輸入功率、產生同樣的輸出功率,輸入阻抗越小,晶體管工作越穩定。 在某些情況下,直流參數和交流參數是不能分開的。如我們常說的擊穿電壓VEBO和VCEO。一般情況下,擊穿電壓VEBO指標大于等于4V。當晶體管處于完全導通狀態,晶體管基極和發射極之間的電壓最大不會超過0.7V(硅晶體管),也就是說,在直流工作狀態下,擊穿電壓遠遠不足4V的電壓。但對交流信號電路,特別是輸入功率大、輸入阻抗較高的晶體管,電路在非穩定狀態時,基極的交流信號幅度有時會大于4V。在一次偶然的實驗中我們發現,晶體管在調試和低溫試驗時,各種指標均正常,但在長時間高溫工作時,晶體管基極和發射極擊穿。經過反復的檢查發現,所有器件均合格,電路調試狀態正常;唯一不同的是,電路反射功率較大,使晶體管的基極信號幅度長時間處于VEBO擊穿電壓的臨界狀態,造成晶體管的基極發射極擊穿。所以,應該選擇VEBO偏大的晶體管。

  晶體管的增益有直流放大倍數(HFE)和交流增益(GP)兩種。一般情況下,直流放大倍數越大,電路直流工作的電流就越大,一般根據電路實際需要選擇不同的直流放大倍數。而交流增益和直流放大倍數之間沒有任何關系,交流增益一般只給出范圍,如≥12dB,而沒有給出具體的最大增益,同時晶體管手冊只給出最大工作頻率,不會給出工作頻率范圍內的頻響。交流增益不會因為直流放大倍數的改變而變化(很小的變化可以忽略),有些晶體管直流的增益變大時交流增益反而變小。

  對于晶體管的直流放大倍數,可以通過簡單的測試方法便可得到,但對于交流增益,必須通過專門的電路進行測試才能知道。一般的晶體管手冊中,給出交流增益的同時,會給出交流增益測試電路圖。根據功率的不同,晶體管的增益范圍不同,同種功率的晶體管,增益范圍越窄,晶體管芯片制作的工藝一致性越好;晶體管在工作頻帶內交流增益變化越小,晶體管的交流參數越穩定,晶體管的一致性越好,電路的互換性越好。

  通過晶體管的輸出特征曲線圖,不僅可以計算出晶體管的直流放大倍數,同時也可以測出晶體管的飽和壓降VCES,這也是一個非常重要的參數。我們對許多大功率晶體管測試時發現,好的晶體管VCES仍小于等于1V,但差的晶體管VCES遠遠大于1V,有的竟然在2.5V~3V之間(見左圖)。

三極管輸出特征曲線圖

  通過對比我們發現好的晶體管曲線分布均勻,曲線之間相互平行,基極的電流穩定后集電極電流基本不變,飽和壓降VCES小(見左圖中紅線對應的VCE電壓,小于等于1V);而差的晶體管曲線分布不均勻,曲線之間相互不平行,基極電流穩定后集電極電流變化很大,飽和壓降VCES(大約2.8V)。根據實際應用得知,曲線分布不均勻、VCES大的晶體管線性差、功耗大、輸出指標不好。應用這種晶體管進行設計,電路是很難達到高指標的。

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