文章目录
- 前言
- 什么是三极管？
- 二、三级管使用
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- 1.共基极、共发射极、共集电极电路
- 2.功率放大电路
- 三、三极管其他应用
- 4.判断三极管状态
- 三、三级管参数
- 总结
前言
我们都熟悉三极管，特别常用的元件，就像二极管一样，是模拟电路中的基本元件，是我们必须学好的东西。项目要求放大中高频信号的功率。起初，我选择了Gail-74功率放大器，这个功率放大器很好，唯一的缺点是输入信号的功率必须很小才能实现无失真放大功率。而且功率放大器的增益不能自由改变，所以我打算用三极管建一个功率放大电路。
什么是三极管？
三极管和FET它是一个只有放大的单功能设备。很多人会有信号进入三极管或者FET在中间，输入信号被直接放大。事实上，与输入信号成正比的输出信号可以被视为来自电源。电源的输出信号形状与输入信号相同，高于输入信号的电平。因此，从外部看，输入信号可以被视为放大。
二、三级管使用
1.共基极、共发射极、共集电极电路
事实上，共发射极电路和共集电极电路是三极管极电路，共基极电路的高频特性要好得多。 
图1 共发射极大放大电路 图2 共集电极电路
图3 共基极电路
共射放大电路可以放大电流和电压，输出与输入相反；输出电阻大，频带窄，常用作低频电压放大电路的单位电路。 共集电极放大电路只能放大电流，不能放大电压，输出和输入相同(只有一个Vbe输入电阻大，输出电阻小，常用作电压跟随器。
由于密勒效应，上述两种电路的频率特性较差，三极管伴随的结电容放大了多次，增加了输入电容，形成了低通滤波器，导致高频衰减，频率特性较差。
共基极放大电路，输入在发射极，输出在集电极，没有电流放大能力，只有电压放大能力，入电阻小，电压放大倍数，输出电阻等于共射电路，高频特性好，常用于高频放大领域。
这种电路频率特性好的原因是基极电位固定、发射极电位固定、发射极交流等效接地（类似于运输虚拟场地），即使输入电容由于密勒效应Ci高频衰减不会形成低通滤波器。
为了验证这个想法，我们可以发射极—GND如果晶体管输入电容器间接上电容器Ci与Re形成低通滤波器，在发射极和地之间连接电容器也应形成低通滤波器，因此在输出端不应出现更高频率的信号。但结果是，即使我们在输入端接入电容器到地，输出仍然会有信号，这表明发射极确实是交流等效接地，不会与晶体管输入电容器Ci形成低通滤波器。 图4 共基极放大电路输入端串联电容到地面
2.功率放大电路
我没有仔细谈论前三种电路。在这里，我想谈谈如何计算电路的电阻和电容，以及如何设计你想要的电路。如图5所示，我在这里使用共射极放大电路匹配推挽射极跟随电路进行功率放大。共射极放大电路放大电压电流，信号相反。射极跟随器负责电流放大，降低输出阻抗，增强整个电路的负载能力。三极管Q2的作用是偏置整个电路，让Q1和Q3处于微导通状态，不会出现交叉失真。C15的作用非常明显，Q二是提供直流偏置，C15为交流信号提供了不同的通道，会叠加在直流偏置上，保证流经Q信号和流经Q只有偏置电压不同，其他信号也不同。那么如何设计整个电路呢？首先，你必须知道你的目标信号是什么样子的。
图5 电源放大电路
假如你想接一个8Ω负载使其功率达到500mW，这样，当我们知道目标时，我们就可以知道我们需要连接多少电路电源。输出信号的电压Vo为： 如果我们输入的信号是正弦波，则输出波形的峰-峰值为 我们前期说过输出信号不是从三极管内部放大的，而是电源输出了一个与输入信号波形一样的信号。所以电源电压要大于输出信号的波形，考虑到电源在电路中会有数伏的损失，以及各级电阻上产生的压降，这里选用常用电源15V(单电源)。
接下来是设计共发射极放大电路的工作点。当共发射极放大电路的集电极电流满足输出时，我们需要知道会有多少电流。我们之前算出输出的峰峰值为5.7V，那么它的峰值电压大约是2.8V，负载电流为2.8V/8Ω=350mA，那也就是Q1或Q集电极电流为350mA，知道了集电极电流，我们可以比较数据手册，看看你选择的三极管Ic为350mA时，对应的hfe为了方便计算，这里有多少，hfe为100，那么推挽射极跟随电路的基极电流是3.5mA,也就是说，前一级共射级放大电路需要为后一级提供如此大的电流，但事实上，共射级放大电路提供的电流比这个大得多，通常是一个大的量级，这里是20mA，所以Q4420年选择集电极电流mA以上集电极-基极电压和集电极-发射极电压为15V(电源电压)以上。
因为三极管Vbe会有一个受温度影响很大的-2.5mV/℃如果不处理温漂，会严重影响输出信号的质量。这里给Q4发射结设置偏置电位，设置为2V，这样大的偏置电位即使有微小的电位波动，也不会影响信号的质量。(可以类比快满杯滴一滴水，快满大缸滴一滴水的效果)所以可以计算出发射基的电阻，2V/20mA=100Ω。这里将100Ω分为两部分，R10和R11，R11并接旁路电容器C21。这样做的好处是直流工作点不会改变，但是当交换信号时，它会从电容器开始C21流过，使发射极的电阻变小，增加整个电路的放大倍数。
说完了Q我们来谈谈4的发射极电位设置。Q4集电极电位设置，该电路电源电压为15V，发射极电位2V，那么输出信号只能是15V~2V在活动范围内，我们需要将集电极的电位设置在该范围的中间，以最大限度地获得完整的输出信号，如图6所示，这取决于集电极的电阻R3，这里将R3分为R1和R2.集电极电流为20mA，由R3产生6.5V所以R3=6.5V/20mA=330Ω。这里使R1和R2的和为330Ω。这里使R1和R2的和为330Ω。输出信号将通过这里C9在这两个电阻之间，采用自举法。因为输出信号和Q1基极信号相同，偏置电位不一致，所以R两端的压差保持不变。我们可以将其视为恒流源，具有很大的阻抗性，可以解决因厄雷效应导致电路放大倍数不足和电流小信号失真的问题。当然，这也是有限的，不能取代真正的电流源，所以放大倍数需要更准确的电流源电路。Q4的基极电位设置为2V 0.6V=2.6V，设Q4的hfe为300，则Q4的基极电流为0.06mA，那流过R3，R6，R9的电流比它大得多。这里设置为0.5mA，可以计算出R3 R6=24KΩ，R9=5.6KΩ。，输入阻抗为24KΩ//5.6KΩ，高通滤波器由输入侧的电容和输入阻抗组成，截止频率为20Hz下面，我们的值是10μF。 图6 集电极电位设置图
中间的Q2 设置为产生偏置电压，抵消交越失真，Q4集电极电流为20mA，我们假设Q2的hfe如果是100，基极电流为0.2mA，那么流经R4的电流比它大得多(大一个量级)mA，这样Q集电极电流为18mA，没关系，R8和R4.抵消电压Q1和Q2的Vbe压降，所以R8的电位设置为0.6V，这样R8电阻值设为300Ω，R4.比它大，470Ω，这样Q压降略大于2Q1基极和Q基极之间的压降会使整个部分处于微导通状态。
Q1和Q发射极端增加了两个电阻和Q为了抵消三级管的温漂影响，4的发射极具电阻。这里的电阻值不能设置太大，因为这里要流过大电流，电阻值过大会产生大功率，可能会损坏电阻。以这个例子为例，图6可以最大限度地输出该电路±6.5V的输出。根据这个极限值计算8Ω最大负载8000mA（=6.5V/8Ω）也就是说，电流Q1和Q我们可以选择8000的最大集电极电流mA上述电流。**当输出波形为正弦波形时，每个晶体管的集电极在推拉射极跟随器中损失Pc最大值为最大输出功率的1/5.(有理论依据，我只记得这个结论)**该电路的最大输出电压为有效值4.6Vrms（6.5V/1.414)因此，最大输出功率为2.65W（=4.6V×4.6V/8Ω），Q1和Q3的Pc最大值为1/5，即0.53W。所以要选择8000集电极电流mA 集电极-基极间电压和集电极-发射极间电压为15V以上，Pc在0.53W上述配对互补二极管。所以要选择8000集电极电流mA 集电极-基极间电压和集电极-发射极间电压为15V以上，Pc在0.53W上述配对互补二极管。发射极高的电阻值大小，电阻值大，不仅电阻本身功耗大，而且导致输出阻抗大，负载能力减弱，这里选择两个0.5Ω的电阻。那么其中任何一个的功率消耗为0.16W（=（800mA/1.414)×（800mA/1.414)×0.5Ω），因此，只要我们选择1/4的额定功率W1206，1206封装电阻可以满足。
此外，我们还需要调整R4的阻值，使R5和R没有信号输入，7间的压降为30mV，降低空载时的功耗和发热。
除上述问题外，在实际使用中还应注意，Q1和Q3.使用型号配对的管道和分离的管道。即使型号配对，也不会一起生产，会不理想。这里推荐双胞胎配对管，包装里有NPN和PNP配对管，这样在一个包装中生产的参数就能做得很好，信号质量也会好很多，其次在一个包装中也能补偿温度。其次要将Q1、Q2和Q3是用散热器热耦合，使其温度变化同步，使射极跟随器始终处于微导通状态。所有三极管的发射极电阻都要靠近三极管，使温度升高同步，抑制三极管的温漂。此外大倍数由于本征电阻的影响，以及自举电路的加入，只能算出一个大概的放大倍数，实际会出入大一些。后期可以通过调整R2和R11的值来改变放大倍数，注意前边计算的电阻值之和不能变。
三极管的很多电路都可以按照这种方法进行设计。
3.三极管其他应用
三极管还有很多其他常用的电路，我们之前介绍的线性稳压器，就可以用三极管搭建出来。还有之前介绍的运放，运放的前级为差动放大电路，也由三极管搭建。还有电流源，电流镜电路，都是三极管常用的电路。不过大多数情况下，大家使用都只是当作电子开关使用。
4.三极管状态判断
三极管有三个状态，为截止、放大、饱和状态。截止状态就是集电极几乎没有电流流过，放大状态是将基极电流I b放大 β，IC= βIb，IC和Ib之间呈线性关系，实现了电流放大。饱和状态是Ib增大也不会使IC增大，不再呈现线性关系。 那我们讲二极管的时候说过，在PN结中，P端接电源正极，N端接电源负极为正偏；在PN结中，P端接电源负极，N端接电源正极为反偏。 那么以NPN型晶体管举例： 发射极正偏，集电极反偏,三极管处于放大状态； 发射极正偏，集电极正偏，工作在饱和区； 发射极反偏，集电极反偏，工作在截止区
三、三级管参数
VCBO ：集电极-基极电压，这是必须要考虑的，上面有说。 VCEO：集电极-发射极电压，这是必须要考虑的，上面有说。 VEBO：发射极-基极电压 IC：DC直流电流 ICM：集电极峰值电流，这是必须要考虑的，上面有说。 Ptot：总耗散功率，在设计的时候要考虑这一点，不能超过这个值。 hFE：直流增益，设计时候可以参考用，IC不同，这个值也不同。 VCE(sat)：集电极-发射极饱和电压，电流不同，这个值也不同。 VBE：基极-发射极电压，不同电流这个值也不同。 在设计电路的时候一定要考虑封装，一些参数在考虑的时候要留出一定的裕量，选择三极管型号封装的时候要比你电路设计的极限值大一些。
总结
三级管是流控型器件，必须有基极电流才可以驱动，这样会有没必要的功耗消耗，但三级管的耐压值做到很高。FET是压控型器件，栅极电流几乎没有，这样能量消耗很小，功耗很小，但它的耐压值不高，不耐高压。那么在高压场景下，单独用三极管，三极管的功耗大的吓人，FET又不耐高压，IBJT管的就是结合了这两个管子的优点造出的，耐高压，功耗不大，唯一缺点就是频率不能太高，使用时可以综合考虑。
本篇就是简单的介绍了三极管的电路设计和设计时需要考虑的参数，后续有机会的话可能会讲讲三极管搭建电流镜和差动放大电路。好了就这些，如果大家看的有什么问题，欢迎提出。觉得不错的可以点个赞哦，你的鼓励就是我更新的最大动力。