模拟电路设计(3)--- 三极管之复合组态

2023-11-04

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复合BJT的组态

在实际使用过程中,有时为了获得更高的等效电流放大系数或者获得合适的极型等目的,会把NPN、PNP管复合使用:

1. NPN+PNP复合成高电流放大系数的NPN管:

2. PNP+NPN复合成高电流放大系数的PNP管:

3. PNP+PNP复合成BE结压将增加两倍的 高电流放大系数PNP管:

4. NPN+NPN复合成BE结压将增加两倍的高电流放大系数NPN管:

以上四种是最简单的常用组合,最大特点就是等效hfe=hfe1xhfe2,缺点就是降低了工作速度,牺牲了温度稳定性以及等效穿透电流,穿透电流是指当基极开路时,集电极和发射极之间的电流就是穿透电流,其中集电极-基极是反向漏电流,都是由少数载流子的运动产生的,所以对温度非常敏感,当温度升高时二者都将急剧增大。从而对放大器产生不利影响。因此在实际工作中要求它们越小越好。因此,复合管应用在精度要求不高的直流放大、电平位移、大功率管极性更改等电路中。其工作点计算需将两者的H参数电路结合起来考虑。

BJT器件频率和极型选择

在设计电路时,正确的选择器件的极限工作频率,使得计算值尽量和实际情况相符合,保证在线性电路中的信号不失真。常用的原则:器件的截止频率Ft最好能大于信号频率的10倍以上。但是并不是截止频率越高越好,截止频率越高不但会提高电路的成本,造成浪费,还会增加电路自激振荡的机会。

极型选择是指BJT是用NPN还是PNP管,这个是由负载的位置和输入输出决定。

对于负载位置选择极型:

(1)负载一端接地:可以使用NPN

(2)负载一端接电源:可以使用PNP

(3)负载既不接地也不接电源:可以使NPN+PNP

对于输入输出的要求选择极型:

1. 如果输入一个高电平,而输出需要一个低电平时,首选择NPN。

2. 如果输入一个低电平,而输出需要一个低电平时,首选择PNP。

3. 如果输入一个低电平,而输出需要一个高电平时,首选择NPN。

4. 如果输入一个高电平,而输出需要一个高电平时,首选择PNP。

另外,有些三极管的外壳和某个电极相连,比如硅管一般是集电极。那么,需要某个电极接地时,可以考虑选择合适的BJT极型。

大功率BJT的散热问题

在功率放大器中,晶体管因BC结反向电压可观,本身要消耗一部分直流功率,称为管子的热管耗。若管耗超过了散热能力,结温就会升高。结温升高就会引起集电极电流增加,进一步导致结温升高,形成恶性循环,最终导致管子烧坏。因此,结温的升高和集电极的功耗Pc和管子的散热条件有关。一个好的设计应该仔细考虑管子的热阻情况。

当集电极功耗等于热散失功率,那么结温就不会升高,满足以下关系:

Rt表示管子的热阻,Ta表示环境温度。以上等式仅在Tj小于最大结温Tjm下成立。那么,集电极允许最大功耗就是:

Tjm取决于半导体材料,锗管的Tjm约为75~100摄氏度,硅管一般为175~200摄氏度;热阻Rt则取决于管子的结构和体积大小。一般小功率管Rt为0.2~1℃/mW。很明显环境温度越高,集电极最大功耗越小。晶体管参数中的Pcm是指在环境温度25℃条件下测得的。在实际使用中起码满足Pc<0.9Pcm。对于W及以上的晶体管还应该设计正确的散热片来降低热阻。

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