半導(dǎo)體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。按照現(xiàn)代的制造工藝來說,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,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。電路設(shè)計(jì)中三極管使用注意事項(xiàng):
(1)需注意旁路電容對電壓增益的影響:
這個(gè)電路在國內(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)境中會有不同的情況發(fā)生:
a、當(dāng)輸入信號頻率足夠高時(shí),XC將接近于零,即射極對地短路,此時(shí)共射的電壓增益為:
b、當(dāng)輸入信號頻率比較低時(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電壓增益帶來的影響。
(2)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),輸入信號可能在低電平時(shí)(0.7V~2.4V)也會導(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。解決這個(gè)問題的一個(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。
(3)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)部不可避免地會有一定容值的結(jié)電容存在,當(dāng)輸入信號頻率達(dá)到一定程度時(shí),它們會使得三極管的放大作用“大打折扣”,更糟糕的是,它還會因此引起額外的相位差。
a、由于Cbe的存在,輸入信號源的內(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)輸入信號的頻率過高時(shí),三極管基極的電位就會有所下降,此時(shí)電壓增益就隨之減小。
b、由于Cbc的存在,當(dāng)輸入信號的頻率過高時(shí),Vout的一部分會經(jīng)過Cbc反饋到基極,又因?yàn)榇朔答佇盘柡洼斎胄盘栍?80°的相位差,所以,這樣也會降低基極的電位,電壓增益也由此下降。
(4)需明確把握三極管的截止頻率:
當(dāng)輸入信號的頻率達(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。
(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,當(dāng)輸入信號的上升時(shí)間很?。ㄐ盘栴l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。
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(1)需注意旁路電容對電壓增益的影響:
這個(gè)電路在國內(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)境中會有不同的情況發(fā)生:
a、當(dāng)輸入信號頻率足夠高時(shí),XC將接近于零,即射極對地短路,此時(shí)共射的電壓增益為:
b、當(dāng)輸入信號頻率比較低時(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電壓增益帶來的影響。
(2)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),輸入信號可能在低電平時(shí)(0.7V~2.4V)也會導(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。解決這個(gè)問題的一個(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。
(3)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)部不可避免地會有一定容值的結(jié)電容存在,當(dāng)輸入信號頻率達(dá)到一定程度時(shí),它們會使得三極管的放大作用“大打折扣”,更糟糕的是,它還會因此引起額外的相位差。
a、由于Cbe的存在,輸入信號源的內(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)輸入信號的頻率過高時(shí),三極管基極的電位就會有所下降,此時(shí)電壓增益就隨之減小。
b、由于Cbc的存在,當(dāng)輸入信號的頻率過高時(shí),Vout的一部分會經(jīng)過Cbc反饋到基極,又因?yàn)榇朔答佇盘柡洼斎胄盘栍?80°的相位差,所以,這樣也會降低基極的電位,電壓增益也由此下降。
(4)需明確把握三極管的截止頻率:
當(dāng)輸入信號的頻率達(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。
(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,當(dāng)輸入信號的上升時(shí)間很?。ㄐ盘栴l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。
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