模擬電子教程之一：三極管怎么用？

按照現(xiàn)代的制造工藝來(lái)說(shuō)，根據(jù)不同的摻雜方式在同一個(gè)硅片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域，并形成兩個(gè)PN結(jié)，由此就構(gòu)成了一個(gè)晶體管。

晶體管最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠放大信號(hào)，它是放大電路的核心元件，能夠控制能量的轉(zhuǎn)換，將輸入的任何微小變化量不失真地進(jìn)行放大輸出。

以下是我們?cè)陔娐吩O(shè)計(jì)中使用三極管時(shí)需要注意的幾個(gè)問(wèn)題：

（1）需注意旁路電容對(duì)電壓增益的影響：

這個(gè)電路在國(guó)內(nèi)各種模擬電路教材書上是司空見慣的了，也算比較經(jīng)典的了。由于這個(gè)旁路電容的存在，在不同頻率環(huán)境中會(huì)有不同的情況發(fā)生：

a、當(dāng)輸入信號(hào)頻率足夠高時(shí)，XC將接近于零，即射極對(duì)地短路，此時(shí)共射的電壓增益為：

b、當(dāng)輸入信號(hào)頻率比較低時(shí)，XC將遠(yuǎn)大于零，即相當(dāng)于開路，此時(shí)共射的電壓增益為：

由此可以看出，在使用三極管設(shè)計(jì)電路時(shí)需要掂量旁路電容對(duì)電壓增益帶來(lái)的影響。

（2）需注意三極管內(nèi)部的結(jié)電容的影響：

由于半導(dǎo)體制造工藝的原因，三極管內(nèi)部不可避免地會(huì)有一定容值的結(jié)電容存在，當(dāng)輸入信號(hào)頻率達(dá)到一定程度時(shí)，它們會(huì)使得三極管的放大作用“大打折扣”，更糟糕的是，它還會(huì)因此引起額外的相位差。

由于Cbe的存在，輸入信號(hào)源的內(nèi)阻RS和XCbe形成了一個(gè)鮮為人知的分壓器，也可以看成是一個(gè)LPF，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率過(guò)高時(shí)，三極管基極的電位就會(huì)有所下降，此時(shí)電壓增益就隨之減小。

由于Cbc的存在，當(dāng)輸入信號(hào)的頻率過(guò)高時(shí)，Vout的一部分會(huì)經(jīng)過(guò)Cbc反饋到基極，又因?yàn)榇朔答佇盘?hào)和輸入信號(hào)有180°的相位差，所以，這樣也會(huì)降低基極的電位，電壓增益也由此下降。

（3）需明確把握三極管的截止頻率：

這個(gè)電路圖是一個(gè)等效過(guò)后的圖，其中CL是集電極到發(fā)射極、集電極到基極之間的結(jié)電容以及負(fù)載電容的等效電容。當(dāng)輸入信號(hào)的頻率達(dá)到時(shí)，三極管的增益開始迅速下降。為了很好地解決這個(gè)問(wèn)題，就得花心思把CL盡量減小，由此，fH就可以更高一些。首先我們可以在設(shè)計(jì)電路時(shí)特意選擇那種極間電容值較小的三極管，也就是通常所說(shuō)的RF晶體管；我們也可以減小RL的取值，但是這樣的話得付出代價(jià)：電壓增益將下降。

（4）三極管作為開關(guān)時(shí)需注意它的可靠性：

如同二極管那樣，三極管的發(fā)射結(jié)也會(huì)有0.7V左右的開啟電壓，在三極管用作開關(guān)時(shí)，輸入信號(hào)可能在低電平時(shí)（0.7VVin2.4V）也會(huì)導(dǎo)致三極管導(dǎo)通，使得三極管的集電極輸出為低電平，這樣的情況在電路設(shè)計(jì)中是應(yīng)該秒殺的。下圖是解決這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)辦法：

在這里，由于在基極人為接入了一個(gè)負(fù)電源VEE，這樣即使輸入信號(hào)的低電平稍稍大于零，也能夠使得三極管的基極為負(fù)電位，從而使得三極管可靠地截止，集電極就將輸出為我們所希望的高電平。

（5）需要接受一個(gè)事實(shí)：三極管的開關(guān)速度一般不盡人意。

由前所述得知，器件內(nèi)部結(jié)電容的存在極大地限制了三極管的開關(guān)速度，但是我們還是可以想出一些辦法有效地改善一下它的不足的，下圖就提供了一個(gè)切實(shí)可行的方法：

從圖中可以看出，當(dāng)輸入信號(hào)的上升時(shí)間很?。ㄐ盘?hào)頻率很高）時(shí)，即dV/dt很大，則ZC很小，結(jié)果Ib非常大，以致三極管可以迅速地飽和或者截止，這自然也就提高了三極管的開關(guān)速度。

（6）應(yīng)該明白射極跟隨器的原理：

射極跟隨器的一個(gè)最大好處就是它的輸入阻抗很高，因而帶負(fù)載能力也就加強(qiáng)了。但是在運(yùn)用過(guò)程中還是得明白它的原理才行，否則可能會(huì)造成意外的“問(wèn)題源”。下面介紹一下它的原理，對(duì)于這個(gè)電路而言，有如下方程式：

由此可以看出，連接在發(fā)射極的負(fù)載阻抗在基極看起來(lái)就像一個(gè)非常大的阻抗值，負(fù)載也就容易被信號(hào)源所驅(qū)動(dòng)了。

這篇博文中主要是以共射電路為例來(lái)說(shuō)明問(wèn)題，以上所說(shuō)的幾個(gè)問(wèn)題只能當(dāng)是“管中窺豹”了，因?yàn)槿龢O管的使用注意事項(xiàng)實(shí)在太多，并非一篇博文能夠涵蓋得了的，況且要好好把握三極管這個(gè)器件也并非易事，但是如果我們?cè)趯?shí)踐中有意識(shí)地不斷去體會(huì)、不斷去總結(jié)的話，三極管也將會(huì)為我們所熟用的。