晶體管交直流參數(shù)對電路設(shè)計的影響

晶體管交直流參數(shù)對電路設(shè)計的影響
在電子類產(chǎn)品中，半導(dǎo)體器件和電阻電容電感一樣，已經(jīng)成為電路中最基礎(chǔ)的組成部分；同時也成為各種電路不可缺少的組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，半導(dǎo)體器件的規(guī)?；?fù)雜化趨勢越來越明顯，其形式更加多樣，用途也更加廣泛。而作為半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)組成部分的晶體管，它的正確應(yīng)用一再被大家忽略。許多產(chǎn)品，經(jīng)歷了長時間的試驗或應(yīng)用后，才發(fā)現(xiàn)最初的晶體管選型或應(yīng)用存在著問題，改進(jìn)的方法也許很簡單，但對已出廠產(chǎn)品進(jìn)行更改的代價卻無法衡量。所以，仔細(xì)查看晶體管的各種參數(shù)，正確選擇和應(yīng)用晶體管，是設(shè)計人員應(yīng)該重視的問題。
晶體管的直流參數(shù)和交流參數(shù)
對只有直流工作電路或直流交流均工作的電路，許多設(shè)計者投入了大量的精力去設(shè)計交流電路，而對最基本的直流工作電路不屑一顧，對相應(yīng)的晶體管直流參數(shù)選擇也很隨意。這樣便會出現(xiàn)開始沒有對晶體管進(jìn)行正確選擇，到對電路進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)試、運行、功能聯(lián)試的時候，很難想到、也很難發(fā)現(xiàn)開始的器件選擇和應(yīng)用存在問題。所以，晶體管直流參數(shù)的確定是最基礎(chǔ)的，直流電路工作正常也是很重要的。
晶體管的直流參數(shù)很多，最常見也最常用的參數(shù)有直流工作電壓(VCC)、擊穿電壓(VCEO和VEBO)、直流放大倍數(shù)(HFE)、最大工作電流(ICM)、最大功耗(PCM)等。
在電路中，不管晶體管是工作在直流工作狀態(tài)還是交流工作狀態(tài)，正確選擇晶體管的直流參數(shù)是很重要的。也就是說，應(yīng)根據(jù)工作環(huán)境中直流電路的工作狀態(tài)要求，對晶體管進(jìn)行最基礎(chǔ)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(yīng)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(tài)下，晶體管的交流工作狀態(tài)當(dāng)然很重要了。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(shù)，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(shù)和輸入功率。
現(xiàn)在的許多晶體管，特別是大功率晶體管參數(shù)中，有些參數(shù)已經(jīng)很難查到了。如我們常用的集電極輸出電容CC和Cob，是非常重要的參數(shù)，結(jié)電容越小，寬頻帶電路的頻率響應(yīng)越好。但對應(yīng)用時間長的產(chǎn)品，我們希望選用結(jié)電容比較大的晶體管。雖然設(shè)計初期有一定的難度，但在以后的產(chǎn)品生產(chǎn)中，再用其它種類晶體管替代時選擇余地比較大。
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(chǎn)生同樣的輸出功率，輸入阻抗越小，晶體管工作越穩(wěn)定。
直流參數(shù)和交流參數(shù)的綜合應(yīng)用及關(guān)系
在某些情況下，直流參數(shù)和交流參數(shù)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(biāo)大于等于4V。當(dāng)晶體管處于完全導(dǎo)通狀態(tài)，晶體管基極和發(fā)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(tài)下，擊穿電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(wěn)定狀態(tài)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(fā)現(xiàn)，晶體管在調(diào)試和低溫試驗時，各種指標(biāo)均正常，但在長時間高溫工作時，晶體管基極和發(fā)射極擊穿。經(jīng)過反復(fù)的檢查發(fā)現(xiàn)，所有器件均合格，電路調(diào)試狀態(tài)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(tài)，造成晶體管的基極發(fā)射極擊穿。所以，應(yīng)該選擇VEBO偏大的晶體管。
晶體管的增益有直流放大倍數(shù)(HFE)和交流增益(GP)兩種。一般情況下，直流放大倍數(shù)越大，電路直流工作的電流就越大，一般根據(jù)電路實際需要選擇不同的直流放大倍數(shù)。而交流增益和直流放大倍數(shù)之間沒有任何關(guān)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(nèi)的頻響。交流增益不會因為直流放大倍數(shù)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(shù)，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(jìn)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(jù)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；同樣，晶體管在工作頻帶內(nèi)交流增益變化越小，晶體管的交流參數(shù)越穩(wěn)定，晶體管的一致性越好，電路的互換性越好。
其它參數(shù)
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(shù)，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(shù)。許多小功率管可以查到這個參數(shù)，如小于等于0.7V或1V，現(xiàn)在大功率晶體管已經(jīng)沒有這個參數(shù)了。我們對許多大功率晶體管測試時發(fā)現(xiàn)，好的晶體管VCES仍小于等于1V，但差的晶體管VCES遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1 V，有的竟然在2.5 V~3 V之間。具體見圖1。