獨(dú)家揭秘：三極管電路基極和發(fā)射極為什么需要并聯(lián)電容？容值如何計(jì)算？

Part 01

前言

三極管在電路中比較多的一種用法就是用作開關(guān)，當(dāng)三極管用作開關(guān)時(shí)，它在飽和區(qū)和截止區(qū)之間切換，先簡單介紹一下三極管用作開關(guān)的基本工作原理吧：

開關(guān)導(dǎo)通：

為了讓三極管進(jìn)入飽和區(qū)，基極需要足夠大的電流I_B，使得集電極電流I_C達(dá)到其最大值。在飽和區(qū)，V_CE很小（典型值在0.1V到0.3V之間），表示三極管完全導(dǎo)通。三極管的狀態(tài)類似于一個(gè)閉合的開關(guān)，允許電流從集電極流向發(fā)射極。為保證三極管完全飽和，通常設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)使基極電流 I_B 稍大于理論值，使得 I_C > β * I_B。

開關(guān)關(guān)斷：

為了讓三極管進(jìn)入截止區(qū)，基極電流 I_B 需要為零或非常小。在截止區(qū)，V_BE < 0.7V（對于硅三極管），集電極電流 I_C 近似為零。三極管的狀態(tài)類似于一個(gè)斷開的開關(guān)，阻止電流從集電極流向發(fā)射極。 ? 實(shí)際電路中我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)三極管用作開關(guān)去驅(qū)動(dòng)一些負(fù)載時(shí)，比如繼電器，此時(shí)三極管的基極和發(fā)射極常常會(huì)并聯(lián)一個(gè)電容，為什么需要并聯(lián)這個(gè)電容呢？

Part 02

為什么需要并聯(lián)電容呢？

回答這個(gè)問題，就需要介紹一下三極管的高頻等效模型，三極管的高頻等效模型主要包括基極-集電極寄生電容，基極-發(fā)射極寄生電容和集電極-發(fā)射極寄生電容，這其實(shí)和MOSFET比較類似，如果你研究過MOSFET的等效模型，那就比較好理解三極管了。

電容的特性就是通高頻，阻低頻，所以當(dāng)VCC端有高頻干擾時(shí)，就會(huì)通過如下路徑：VCC->Rc->Cbc->Cbe->Re->GND。這樣高頻干擾信號(hào)就會(huì)在三極管基極-GND直接形成一個(gè)分壓，當(dāng)這個(gè)電壓大于三極管的開啟電壓0.7V（對于硅三極管）時(shí)，此時(shí)，三極管就會(huì)誤導(dǎo)通，此時(shí)如果我們的產(chǎn)品去做EMC試驗(yàn)，如果我們驅(qū)動(dòng)的是繼電器，此時(shí)繼電器就會(huì)誤吸合，這肯定是不能接受的。

Part 03

電容容值如何計(jì)算？

舉個(gè)例子吧，我們基于如下電路分析，當(dāng)三極管OFF時(shí)，假定R1電阻左邊開路，三極管集電極出現(xiàn)的尖峰電壓最大為40V，Cbc=100pF，接下來計(jì)算一下需要并聯(lián)的C的容值。

Cbc*40V/(Cbc+C)be_on表示三極管的開啟電壓

2. C>Cbc*40V/Vbe_on-Cbc=100*40/0.7V-100pF≈5614pF

因此為了避免三極管誤導(dǎo)通，我們選擇一個(gè)相近的容值6.2nF并聯(lián)到三極管的基極-發(fā)射極即可。

總結(jié)一下核心的思路就是BE電容和BC寄生電容分壓要小于BE導(dǎo)通電壓，避免誤導(dǎo)通。