深入淺出常用元器件系列——BJT
現(xiàn)在IC技術(shù)日新月異，無論是擬電路還是數(shù)字電路都在高度集成化。十幾年前由電視同收音機(jī)等設(shè)備里面那種密密麻麻的三極管放大電路已經(jīng)不見蹤影，三極管在電路里面的重要性也在逐漸降低，但做為IC電路的基本組成單元，掌握晶體管的相關(guān)知識(shí)，對(duì)電路的理解將會(huì)有相當(dāng)大的不同。
一. 晶體管主要參數(shù)
晶體管主要參數(shù)我們?cè)谡n本上都學(xué)習(xí)過，這里不多說。只是提醒幾個(gè)容易忽略的問題。
1.發(fā)射結(jié)反向電壓，
這是晶體管的一個(gè)極限參數(shù)，也就是說如果這個(gè)參數(shù)超額使用晶體管很容易損壞。在datasheet中這個(gè)參數(shù)用V(BR)EB。這個(gè)參數(shù)的是指，當(dāng)集電極開路時(shí)，發(fā)射極-基極的反向擊穿電壓。在正常工作狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)是正偏的或截止的，不存在問題。然而在某些場(chǎng)合，例如工作開關(guān)狀態(tài)時(shí)，由于寄生參數(shù)的影響，發(fā)射結(jié)上有可能出現(xiàn)較大的反向電壓擊穿晶體管。所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要小心考慮這個(gè)參數(shù)。
如上圖，高達(dá)600V的晶體管13003，其發(fā)射結(jié)反向耐壓也只有9V。
2.集電極最大允許電流
這是晶體管另外一個(gè)極限參數(shù)，顧名思義，指晶體管集電極允許流過的最大電流。但這個(gè)參數(shù)一般只具有參考意義，并Ic小于Icm晶體管就一定可以正常工作，Ic大于Icm晶體管也不一定燒毀。當(dāng)Ic過大時(shí)，電流放大系數(shù)( )會(huì)下降，當(dāng) 下降到一定值時(shí)的Ic值即為Icm，所以當(dāng)工作電流大于Icm時(shí)，BJT不一定會(huì)燒壞。另外，Ic還受制于晶體管的允許最大功率(Pcm)，晶體管上損耗的功率不只跟工作電流Ic有關(guān)，還有晶體管的兩個(gè)PN結(jié)壓降有關(guān)，所以，晶體管工作電流Ic小于Icm時(shí)，也有可能會(huì)出現(xiàn)晶體管功率已經(jīng)達(dá)到Pcm，晶體管可能會(huì)被燒毀。下圖為晶體管能夠正常工作的安全工作區(qū)，晶體管工作時(shí)不能超出此區(qū)間，否則會(huì)被燒壞。
3.電流放大系數(shù)
晶體管有兩個(gè)電流放大系數(shù)，即交流放大系數(shù)和直流放大系數(shù)，顯然兩個(gè)含義不同(具體請(qǐng)查閱教材)，但是在一般情況下兩者相差不大，可認(rèn)為相等。BJT的datasheet中一般只給出直流放大系數(shù)。
由于制造工藝的問題，同一型號(hào)的BJT一般其電流放大系數(shù)為一個(gè)范圍，如上表中，在Ic=0.1mA,Vce=1.0V工作條件下，這款BJT的直流放大系數(shù)為40~300范圍內(nèi)，所以在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)需要考慮這方面的影響。
二. 晶體管放大電路
晶體管放大電路是模擬電子電路里面的重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容，這里只是貼出三種不同接法的示意圖和輸出特性曲線，供大家回憶。
三. 晶體管開關(guān)電路
由于教材里面更多的介紹晶體管放大電路，晶體管開關(guān)電路相關(guān)內(nèi)容較少，以至于很多同學(xué)在接觸到晶體管開關(guān)電路時(shí)，無所適從。
下圖表示了從共射極放大電路到晶體管開關(guān)電路的演變過程。
(a)圖為一般的共射級(jí)放大電路，為了獲得直流增益，去掉輸入輸出耦全電容，得到圖(b)。進(jìn)一步為了提高放大倍數(shù)，去掉發(fā)射極電阻Re,變?yōu)閳D(c)。這樣一來，也就沒有必要加基極偏置電壓，當(dāng)輸入信號(hào)為0V時(shí)，晶體管截止，所以集電極也沒有必要流過無用空載電流，因此去掉偏置用電阻R1構(gòu)成圖(d)。為確保沒有輸入信號(hào)時(shí)，晶體管可靠截止，需要保留電阻R2。但是如果(d)圖中電路輸入信號(hào)超過0.7V時(shí)，晶體管基極-發(fā)射極間的二極管將導(dǎo)通，需要增加一個(gè)限流電阻R3，即構(gòu)成典型的晶體管開關(guān)電路圖(e)。
需要注意的是，在晶體管開關(guān)電路中，要保證晶體管工作在飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)兩種工作狀態(tài)，設(shè)計(jì)依據(jù)為Ib*hfe>=Ic。前面提到過，由于晶體管制造工藝的問題，晶體管的直流放大系數(shù)hfe一般是一個(gè)范圍，而非確定的數(shù)值，所以在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)需要以直流放大系數(shù)的最小值進(jìn)行設(shè)計(jì)并留有一定裕量。
