談?wù)勅龢O管的開關(guān)功能

1、談?wù)勅龢O管的開關(guān)功能    三極管的工作機(jī)理本質(zhì)上就是通過be之間的電流來控制ce之間的電流。所以b極叫基極也叫控制極。本科生們關(guān)于三極管的一個(gè)粗糙的印象是三極管有放大作用，至于放大什么東西，可能有相當(dāng)一部分人也含糊不清。我們這里說的放大，當(dāng)然是指be間的電流來控制gemfield倍于它的流經(jīng)ce之間的電流，這個(gè)gemfield，通常是100左右。形象的說，Ic就是將Ib放大100倍所得的電流。    三極管的工作有三種狀態(tài)，即截止?fàn)顟B(tài)、線性放大狀態(tài)、飽和狀態(tài)。其實(shí)我本人是非常不喜歡這三個(gè)名字的。只是另起爐灶的話，會浪費(fèi)更多

2、的精力，也就罷了。不過深刻了解了這三種工作狀態(tài)，以后便可以真正做到胸有成竹，從而看透電路中萬變不離其宗的三級管用法。    那就先說截止?fàn)顟B(tài)吧。在描述三極管工作條件時(shí)，經(jīng)常會蹦出正偏或者反偏這類詞語，比如集電結(jié)反偏。這些詞語也是令我很討厭的一類詞語，仿佛就是一個(gè)個(gè)騙子，將初始時(shí)我們對于森林的好奇最終引向了彌漫著霧氣的雜草叢生的沼澤地帶。所以我先費(fèi)些筆墨來解釋一下這個(gè)詞語。所謂正偏，即兩極間加的電壓與PN結(jié)的導(dǎo)通方向一致，如本例中的2n5550 安森美NPN硅管，對于b、e構(gòu)成的發(fā)射結(jié)來說，b極電位高于e極電位，就叫發(fā)射結(jié)正偏，相反則叫反偏！而對于b、c構(gòu)成的集電結(jié)

3、來說，b極電位高于c極電位，就叫集電結(jié)正偏，相反就叫反偏。    那么這個(gè)2n5550三極管什么時(shí)候處于截止?fàn)顟B(tài)呢？我們說當(dāng)我們打開三極管的鑰匙be間的電壓，有一個(gè)開啟的電壓，大約在0.5到0.6v之間。注意是b比e高0.5到0.6v，也就是說當(dāng)b的電位比e的電位高不出這個(gè)電壓時(shí)，比如是0.4v或者0.1v或者-0.1v，我們就說三極管陷入了截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)時(shí)候，從c流向e的電流很小只有1微安以下，因?yàn)槲覀冞€不具備開啟三極管的鑰匙。在multisim 10的電路仿真中，當(dāng)ce間的電壓為5v，Vbe鑰匙電壓為0.4v時(shí)，流經(jīng)ce電流（Ic）為800多納安。ce之間5v

4、這個(gè)還算可以的電壓才僅僅產(chǎn)生了Ic納安級渺小的電流。只能說ce間的電阻太大了。所以說，這個(gè)時(shí)候的ce間電阻很大，我們把它近似于開路。    所以對截止?fàn)顟B(tài)做個(gè)總結(jié)時(shí)，我們就說當(dāng)be這把開啟鑰匙沒有達(dá)到開啟電壓時(shí)（0.5到0.6）時(shí)，ce開路。這時(shí)的三極管你可以說它是裝飾物，也可以說它是石頭，甚至你把它從電路中拿走也沒關(guān)系。這就是第一個(gè)我們要闡述的三極管的官員狀態(tài)我在休息，什么也不做。    不過不幸的是，下面還有一大段話要啰嗦。這些諄諄教誨對于三極管的任意一種工作狀態(tài)都是適用的：    截止?fàn)顟B(tài)也不是說因

5、為不用工作，所以就沒有什么參數(shù)限制了。這是不對的，就像官員上班時(shí)間也在休息，甚至都有人在打麻將，ok，這是沒關(guān)系的，反正也不會丟掉烏紗帽。但你不能放火燒房子，這個(gè)就不行了。同樣，三極管在be的電位差不足前面提到的那個(gè)鑰匙電壓時(shí)不工作，但是be之間的電位差也不能太低了。比如，是一個(gè)很大的負(fù)值，這就是說e的電位反而比b的電位高很多。我們都知道三極管的be之間像一個(gè)pn結(jié)，那么毫無疑問也有一個(gè)反向耐壓值。所以這塊兒也有一個(gè)這樣的值，就是說發(fā)射極的電位不能比基極高出那么多的一個(gè)值，是多少呢？對于2N5550來說，是6v，也就是說當(dāng)Vbe<-6v時(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)可能會被反向擊穿。同樣道理，截止時(shí)

6、三極管不工作，be之間還沒放入鑰匙。這個(gè)時(shí)候不論是Vbe還是Veb都規(guī)定了一個(gè)范圍。但是三極管還有bc和ce要考慮。三極管是個(gè)電子器件而不是神，你不能在bc之間加上10萬伏的電壓還寄希望于三極管完好無損。那么這種電壓最高能達(dá)到多少呢？對于b和c來說，bc也像一個(gè)或者等價(jià)于一個(gè)pn結(jié)，那么Vbc導(dǎo)通的話就類似于二極管的壓降，而反向的話，這個(gè)值對于2N5550來說，是140V。而對于c和e來說，不論是Vce還是Vec，這個(gè)值不能超過160V。    好了，經(jīng)過上面兩段話，我們就這樣殘忍的極不情愿的通過一些電壓方面的條件就把三極管從神的想象中拉回到現(xiàn)實(shí)中的普通的電子元器

7、件?，F(xiàn)在開始討論一下三極管的線性放大狀態(tài)。    三極管的線性放大能力確實(shí)是令人興奮的事。這也是我們關(guān)于三極管的最淳樸的認(rèn)識。它能神奇的用基極的電流Ib來控制集電極的電流Ic，三極管的放大能力就是Ic/Ie，常用hfe來標(biāo)識。這個(gè)值一般是100左右。也就是說假設(shè)Ib為20微安時(shí)，集電極電流Ic就可能是2毫安。到這里我們一定有一種奇怪的揣測了，那就是這個(gè)電流肯定會有限制吧。因?yàn)椴惶赡茏孖b為1A,而Ic為100A。那樣的話三極管就成電力線了。    那么三極管什么時(shí)候工作在線性放大區(qū)？而這個(gè)線性范圍又是多少呢？首要的，就是前面已經(jīng)敘述

8、過許多遍的Vbe一定要達(dá)到鑰匙電壓。那么就算Vbe達(dá)到了鑰匙電壓，就一定能夠放大了嗎？顯然不是，假設(shè)集電極c并沒有加電壓，那如何會產(chǎn)生受控的放大的集電極電流Ic呢？就像你通過一個(gè)大壩在控制流經(jīng)大壩的水，可是上游根本就沒有水，怎么辦呢？所以集電極的電位也要有一個(gè)限制，多少呢？那就是保證c的電位要高于b的電位，也就是集電結(jié)要反偏。假設(shè)e是地，b是0.7v，那么c就必須得大于0.7v，當(dāng)然也不能大過前面所述的140v+0.7v=140.7v。這里總結(jié)一下三極管的放大條件，就是發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，iC=iB。那么這個(gè)放大電流的限制情況呢？既然基極電流不可能達(dá)到1A。其實(shí)這個(gè)電流的限制主要考慮結(jié)功率

9、的影響和其它條件的影響，所以沒有一個(gè)具體的參數(shù)。但就量級上來說，Ib不能大過幾十毫安，而要想工作在這里的線性放大區(qū)，就得小于50微安了。那么基極電流最小能小到多少？這個(gè)問題恐怕就是半導(dǎo)體物理學(xué)或者分子運(yùn)動(dòng)這類范疇了。三極管有個(gè)集發(fā)射極-基極反向電流Iebo，集電極開路時(shí)，在發(fā)射極與基極之間加上規(guī)定的反向電壓時(shí)發(fā)射極的電流，它實(shí)際上是發(fā)射結(jié)的反向飽和電流。這個(gè)電流一般都是1微安以下。所以電流小到這個(gè)程度，于我們的電路而言已經(jīng)沒有意義了。其實(shí)Ib還有個(gè)封頂限制，就是不能因?yàn)镮b過大，導(dǎo)致三極管進(jìn)入飽和區(qū)。那么這個(gè)概念就得到飽和一段中討論了。   三極管的飽和區(qū)是頻繁被提起的詞語

10、，可憐很多本科生還沒搞明白三極管的飽和態(tài)到底是什么樣子？其實(shí)飽和一詞確實(shí)很形象。它告訴你，三極管的放大能力已經(jīng)顯著受影響了。就像在溶液的濃度這個(gè)概念一樣，我們在溶液里添加一定量的溶質(zhì)，那么溶液的濃度就會產(chǎn)生一定量的提高，我們把它也看成是一種控制作用那么什么時(shí)候控制作用受影響呢？對了，就是到飽和時(shí)，一旦溶液進(jìn)入飽和狀態(tài)，再添加溶質(zhì)就不會控制溶液的濃度了。我們上一段中討論到，三極管處于線性放大區(qū)時(shí)，集電極電流Ic會是基極電流Ib的100倍左右?？墒钱?dāng)三極管進(jìn)入飽和態(tài)時(shí)，提升Ib的大小已經(jīng)不能顯著改變Ic的大小了。事實(shí)上，我們就把這種Ic不隨Ib顯著增大的現(xiàn)象稱為飽和區(qū)，因?yàn)檫@里并沒有一個(gè)明顯的分界

11、線，而是一個(gè)漸進(jìn)的過度狀態(tài)。所以怎樣區(qū)分三極管進(jìn)入飽和態(tài)也沒有明顯的判定尺度。一般依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)Ic<=10*Ib時(shí)，就說三極管進(jìn)入了飽和區(qū)。    我們通過multisim10的仿真來形象的闡述這個(gè)飽和過程吧。     我們做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，如上圖所示。改變集電極電阻R1，從100歐逐漸到1.5k歐，得到五組數(shù)據(jù)。三極管be之間的電壓始終維持在727.753mv。隨著R1的電阻的逐漸增大，分在ce之間的壓降逐漸降低，從3.723v降低到372.767mv。但是在降到727mv之前，流經(jīng)ce之間的Ic始終維持在4毫安左右。表明

12、在線性放大區(qū)域，電流Ic最多的不是受ce間的電壓控制，而是由基極電流維系；而當(dāng)集電極電阻再往上增加時(shí)，e的電位已經(jīng)比727.753mv還低，這時(shí)三極管已經(jīng)慢慢過度到飽和區(qū)域了，因此Ic開始脫離Ib的控制了。我們看到，在ce間的電壓降到372.767mv時(shí)，Ic已經(jīng)降為3.5mA了。這時(shí)的典型特征就是，基極電流再也無力控制集電極電流Ic了。    我們再用上圖做個(gè)實(shí)驗(yàn)，這次改變的是基極電阻R2，其它都不變。隨著r2的減小，基極電流逐漸增大。那么集電極電流也隨之增加。但是，集電極的電流的增加必然會在R1上產(chǎn)生壓降，當(dāng)這個(gè)電流大到使電阻的壓降為4.3v時(shí)，2N5550的

13、c的電位就將開始低于700mv了。這時(shí)侯集電結(jié)正偏，已經(jīng)影響到了三極管進(jìn)行線性放大的微觀物理基礎(chǔ)了。三極管里飽和態(tài)漸行漸近，最終Ic的增加并不與基極電流成比例了，而是慢慢的不增加了，雖然Ib還在狂飆突進(jìn)般的上漲。但是，集電極的電流無論如何都不能達(dá)到5v/R1，因?yàn)槿龢O管的ce始終要產(chǎn)生一定的壓降，即使在飽和的再不能飽和的情況下。對于2N5550來說，這個(gè)電壓是200mv左右。    現(xiàn)在我們討論完了三極管的三種工作狀態(tài)：截止、放大、飽和。然而，三極管是如此為人們喜愛，那是因?yàn)樗€有道不盡的用途。我們將在以后陸續(xù)討論三極管的三種重要用途，來重新評估一下三極管的價(jià)值。

14、它們就是射極跟隨器、共射放大器、鏡像電流源。我們在上一篇文章中討論了三極管的三大工作區(qū)，并且提出了三極管的兩大功能放大功能和開關(guān)功能。放大功能已經(jīng)在上一篇文章加以討論，當(dāng)時(shí)gemfield承諾要拿出三極管的三大經(jīng)典電路來加以討論以對三極管有一個(gè)更加形象化的具體理解。但是，因?yàn)槿龢O管的開關(guān)特性是一個(gè)不可忽視的重要的環(huán)節(jié)，因此，這章先予以這方面的介紹。    三極管的開關(guān)功能就是說它可以像一個(gè)開關(guān)一樣工作。開關(guān)？就是那個(gè)一摁或者一扳就通電或者斷電的簡單的按鈕？沒錯(cuò)，可是三極管為何要替代按鈕開關(guān)？注意，這是一個(gè)信息時(shí)代，pcb板上的三極管是顯而易見的，它可以通過電信號方

15、便快捷的控制一條線路的通斷；你不會想著用人力去控制一個(gè)信號的能否通過吧。那些在intel x86架構(gòu)的通用處理器里面躺著數(shù)目多達(dá)幾億的開關(guān)要用人力去控制嗎？難道中國所有的人騰開放下手中的工作就是控制幾個(gè)cpu？更何況在那么高的集成度上面人連三極管也看不清。    可是三極管怎么樣就像個(gè)開關(guān)了？這個(gè)三條腿的怪物怎么就能夠自由的控制信號的通斷儼如一個(gè)真正的開關(guān)？這個(gè)時(shí)候別忘了三極管的三個(gè)工作區(qū)，除去中間的放大區(qū)外，就是截止區(qū)和飽和區(qū)了。你看，假若一條叫做ronger的線路經(jīng)過三極管的集電極、發(fā)射極，那么通過在基極施加信號，當(dāng)工作在截止區(qū)時(shí)，ronger不就斷開了；而工

16、作在飽和區(qū)時(shí)不久是導(dǎo)通的了嗎？    但是問題也就隨之而產(chǎn)生了，這就是：當(dāng)在截止區(qū)時(shí)，集電極和發(fā)射極之間并不是一點(diǎn)電流都沒有，雖然很小，但也有個(gè)反向漏電流Iceo，這就意味著三極管ce并沒有完全的斷開，也就是ronger快要斷了但還差那么一點(diǎn)；而在飽和區(qū)時(shí)，集電極發(fā)射極之間的壓降三極管飽和壓降很小，但也有那么一點(diǎn)電壓，約為幾百個(gè)毫伏，這也就意味著ronger沒有完全通，我們知道純導(dǎo)線可不產(chǎn)生壓降的哦。總之，經(jīng)過以上兩個(gè)方面的質(zhì)疑，要說三極管真是個(gè)開關(guān)，確實(shí)是過獎(jiǎng)了。但幸好以上的這些副作用在實(shí)際電路中大多時(shí)候并不產(chǎn)生影響。    一個(gè)理

17、想的開關(guān)，它閉合導(dǎo)通時(shí)阻抗為零，而斷開時(shí)為無窮大。這就在告誡三極管，要像我開關(guān)一樣的話，你就必須要盡可能的減小反向漏電流Iceo，盡可能的降低飽和壓降Uces。這里還要說的一點(diǎn)就是，要有盡可能快的轉(zhuǎn)換速度。這個(gè)速度是指什么？就是指三極管從開到關(guān)或者從關(guān)到開或者不停的關(guān)開關(guān)開之間的過度的快慢。為什么要強(qiáng)調(diào)這個(gè)速度呢？因?yàn)槿龢O管畢竟不像我們墻上的電燈開關(guān)一樣，你閑的沒事在那而噼啪噼啪的按個(gè)不停。但是三極管就不一樣了，像PWM調(diào)制電路，或者利用開關(guān)管進(jìn)行逆變的電路，在這里，三極管每秒要開關(guān)上幾千次甚至更高，假設(shè)一個(gè)三極管從開到關(guān)的狀態(tài)就需要花費(fèi)一秒的時(shí)間，它如何能做到每秒鐘斷開幾千次？幸虧剛才只是隨

18、便說了一個(gè)數(shù)據(jù)，那么真正的三極管這個(gè)時(shí)間是多少呢？肯定不是零，經(jīng)驗(yàn)來講，約為幾萬分之一秒。這里有個(gè)概念，先記住Icm這個(gè)量，它表示集電極在開關(guān)過程中的最大電流：當(dāng)有輸入信號Vin時(shí)，Ic上升到10%Icm所花費(fèi)的時(shí)間叫做延遲時(shí)間，從10%到90%Icm的時(shí)間叫上升時(shí)間，兩者之和叫開啟時(shí)間；當(dāng)關(guān)的信號Vin輸入時(shí)，Ic下降到90%Icm的時(shí)間叫儲存時(shí)間，從90%下降到10%的時(shí)間叫下降時(shí)間，兩者之和叫關(guān)斷時(shí)間。其中，尤以儲存時(shí)間最能搗亂三極管的開關(guān)頻率能力。    那么三極管為什么會產(chǎn)生這么多的種種具有煩人名稱的延遲時(shí)間呢?因?yàn)镻N結(jié)勢壘電容充放電、電荷的存儲和消失

19、、載流子的復(fù)合等，是影響三極管開關(guān)速度的內(nèi)因，這個(gè)在三極管出廠的一刻就確定了。另一方面，三極管使用的周圍電路環(huán)境也是影響三極管開關(guān)速度的外部原因。    最后再來對這個(gè)開關(guān)的功耗問題耳提面命一番。之所以是跟著上一段，就是因?yàn)槿龢O管的開關(guān)功耗還跟開關(guān)速度有關(guān)系。首先來看一下三極管的開關(guān)功耗是怎么產(chǎn)生的，畢竟這關(guān)系著能源安全（大的方面）和電路板的安全（小的方面）。先說開的時(shí)候，也就是三極管飽和的時(shí)候，雖然它正常的在輸送電流，和常態(tài)的導(dǎo)線無異，但是三極管的飽和壓降很?。s為幾百個(gè)毫伏），因此P=U*I，這個(gè)功率也不是很大，我們把三極管這個(gè)時(shí)段的功率稱為通態(tài)損耗；對應(yīng)的，

20、就是斷態(tài)損耗，不用解釋也能明白，就是三極管截止時(shí)的功率，這個(gè)時(shí)候Uce雖有一定的壓降，相當(dāng)于供電的直流電源的壓降，但是反向漏電流Iceo很?。s為納安數(shù)量級），相應(yīng)的功率也就很小了；雖然以上兩者的功耗比較小，但不幸的是，在開和關(guān)之間還有個(gè)過渡過程，想想也曉得，在這個(gè)過渡過程中，電壓和電流相向而行，你大我小到你小我大，之間有個(gè)微妙的截?cái)?，讓兩者之積很大。于是功耗就相應(yīng)的大了，稱之為開關(guān)損耗（也稱渡越損耗）。如果電路開關(guān)的頻率越高，就會讓三極管越多的在過渡這一高功耗時(shí)間段中痛不欲生，可見，縮短這個(gè)過渡過程的時(shí)間也是一個(gè)緊要命題。    經(jīng)過以上三段的啰嗦，我們知道了我

21、們現(xiàn)在的一個(gè)使命是盡可能的縮短三極管的開關(guān)時(shí)間。但是前文也說了，三極管的這個(gè)特性在下生產(chǎn)線的時(shí)候就確定了，怎么辦？前文還說了這么一句話：“另一方面，三極管使用的周圍電路環(huán)境也是影響三極管開關(guān)速度的外部原因?！保磥砦覀冃枰?jiǎng)?chuàng)造一些電路來改良這個(gè)特性了。    這些電路包括基極驅(qū)動(dòng)電路、抗飽和電路以謀求更高的三極管開關(guān)速度。另外，為了保護(hù)三極管工作中的安全，還要介紹一下它的安全保護(hù)電路。這些電路的介紹，留在明晚吧。        在上圖所示的電路中，下面這個(gè)電路在基極電阻R4上并聯(lián)了一個(gè)電容C2，

22、其它兩者一樣。這個(gè)電容的大小約為1000-3000pF。這樣來闡釋：當(dāng)一個(gè)正的驅(qū)動(dòng)電壓過來時(shí)，C2兩端的電壓不能突變，這是什么意思？我們知道這個(gè)對于電容來說就意味著短路，這時(shí)信號源可以為2N5550提供直接的、立即的、快速的正向基極電流，使三極管立即導(dǎo)通。之后C2被充電至激勵(lì)電壓的峰值而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。當(dāng)晶體管的驅(qū)動(dòng)電壓再往回躍變?yōu)榱銜r(shí)，C2兩端存儲的電壓立即加到三極管的發(fā)射結(jié)上，可以形成很大的反向基極抽取電流，是三極管迅速關(guān)閉并進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。    這就是加速電路的一個(gè)典型。    這是兩個(gè)電路運(yùn)行的結(jié)果，從上面可以看出上升沿的時(shí)間

23、：第一個(gè)是67us，第二個(gè)是55us，似乎加速了些。                 在這個(gè)電路中，并聯(lián)于功率開關(guān)晶體管2N5550基極電阻R2兩端的高速開關(guān)二極管1N4148的作用是當(dāng)三極管截止時(shí)，吸收反向基極電流，通過對基極與發(fā)射極間的電容放電，達(dá)到減少存儲時(shí)間的目的。這似乎也是一個(gè)方法。再看看下面的電路：          

24、0;        這個(gè)電路中，高速開關(guān)二極管（1N4148）與電阻R1的作用是當(dāng)晶體管截止時(shí)，為反向基極電流提供一個(gè)低阻抗的通路。這個(gè)為“開關(guān)”關(guān)的動(dòng)作提供了盡可能快的支持，因?yàn)樗杆僮岆姾蓮娜龢O管的pn勢壘電容里釋放掉。    關(guān)于這方面，只要發(fā)揮自己的想象，還有很多。我們在上一文中費(fèi)了些筆墨來討論如何做才能降低三極管在開關(guān)時(shí)的功耗。我們達(dá)成的結(jié)果是一致的：那就是盡可能的降低開關(guān)信號在上升沿和下降沿所耗費(fèi)的時(shí)間。通俗的講，就是不論是開還是關(guān)，都要干脆些。而我們在前面講述的基極驅(qū)動(dòng)型

25、電路就是一種好的解決思路，不再贅述。本文中將要通過另一種思路來提供解決此問題的一攬子方案，這就是抗飽和電路的由來。這種電路只不過是在原有的開關(guān)電路中使用一些伎倆，從而使原本是深度飽和（呼呼大睡）狀態(tài)的開關(guān)管只進(jìn)入輕度飽和（剛睡著），這樣當(dāng)三極管關(guān)的時(shí)候，它能輕松或者快速的脫離飽和狀態(tài)（就像剛睡著的人容易叫醒一樣）。    有一種抗飽和電路叫做baker電路，貝克爾電路，是一種典型的二極管鉗位抗飽和電路。     其實(shí)貝克爾這種電路有一系列的形式，就像變形金剛一樣。它這樣變那樣變但萬變不離其宗，那我們就先認(rèn)識一下上面這個(gè)基本的

26、形式。它究竟是怎樣做到抗飽和的呢？當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，它的基極電壓比輸入電壓低兩個(gè)硅二極管的正向壓降，約為1.2V。但由于VD3的存在，VT1集電極電壓比輸入電壓只低0.6V，因此VT1集電極電壓總比基極電壓高出0.6V，阻止了VT1進(jìn)入深度飽和區(qū)。    二極管VD4的作用是當(dāng)VT1截止時(shí)，吸收反向基極電流，通過VT1基極與發(fā)射極間的電容放電，從而達(dá)到減小存儲時(shí)間的目的。大家知道一旦三極管當(dāng)開關(guān)工作時(shí)，它的工作頻率都會達(dá)到幾十KHz，所以抗飽和二極管必須得是快速恢復(fù)型二極管。VD1、VD2和VD4可選用低壓型器件，但VD3的反向擊穿電壓一般應(yīng)不低于VT1集電極電源電

27、壓的2倍。    但是有一些問題，就是它采用的二極管實(shí)在是太多了，居然有4個(gè)。而且在開狀態(tài)時(shí)，ce間的電壓有0.6V之巨，看來功耗不會小了。雖然這樣的伎倆會使晶體管關(guān)閉時(shí)的延遲時(shí)間幾乎減小到0，但一般開關(guān)電路中還是很少使用。     而目前廣泛使用的方案是采用輔助晶體管組成有源抗飽和網(wǎng)絡(luò)。這些都是集成電路的形式。也就是說給你一個(gè)管子，但是它里面已整合了這些輔助的有源器件，大家都知道集成電路就喜歡使用三極管來代替其它器件，因?yàn)榧呻娐分腥龢O管才是最好“造”的。用分立器件等效畫出來就如下圖所示。這是飛思卡爾公司利用PNP型晶體管

28、作為那個(gè)小伎倆（抗飽和元件），整合在開關(guān)電路上形成的。有時(shí)也稱高頻高增益雙極型晶體管。    其中，Q1是主晶體管，VD1是續(xù)流保護(hù)二極管（起保護(hù)作用，在下文中有詳細(xì)討論）。Q2是PNP型，作為有源抗飽和電路。當(dāng)Q1進(jìn)入臨界飽和之后，其發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置，那么這個(gè)時(shí)候你要注意了，Q2已經(jīng)導(dǎo)通了，想想Q2導(dǎo)通的條件，不難理解。一旦Q2導(dǎo)通，勢必會將流向基極的電流分走一部分。飽和程度越深，集電極電位越低，那么Q2對流向基極的電流分流作用就越大，基極電流Ib不就越小了嗎？這就減輕了Q1的飽和程度。一旦Q1脫離了飽和區(qū)，那么它的集電極電位不久升高了嗎？那么和基極

29、之間的電位差小到一定程度時(shí)，Q2關(guān)閉，Ib又立即增大，從而使Q1又很快重新進(jìn)入飽和狀態(tài)。這么看來，Q2確實(shí)改善了Q1的開關(guān)特性，同時(shí)還提高了電路工作的穩(wěn)定性。    實(shí)際上此類抗飽和電路都是采用TO-220封裝形成的集成塊，而非上圖中所示的由分立器件組成的電路，這個(gè)情況要有個(gè)認(rèn)識。比如還有一種抗飽和形式的電路的封裝，比如下面這種情況的抗飽和三極管，它是由雙極型三極管和肖特基二極管組成。肖特基二極管(SBD，Schottky Barrier Diode,簡稱肖特基二極管，希望以后提到sbd，大家要首先想到“快速”這個(gè)概念，也就是它可以工作在很快的頻率下)是借助于金屬

30、鋁和n型硅的接觸勢壘產(chǎn)生整流作用。它具有兩個(gè)特點(diǎn)。一是正向壓降較小，約為0.10.3 V；二是本身沒有電荷存儲作用，開關(guān)速度快。把肖特基二極管并接在三極管的b和c兩個(gè)電極上，當(dāng)三極管bc結(jié)接入正向偏置時(shí)，SBD導(dǎo)通，把bc正向電壓鉗在0.3 V左右，同時(shí)SBD將三極管基極的過驅(qū)動(dòng)電流分流至集電極，有效地避免了三極管進(jìn)入深飽和狀態(tài)而工作在臨界飽和狀態(tài)，從而大大提高了工作速度。   值得注意的是，上面也僅僅是一些個(gè)例，思路擺在這里了，道理也明白了，需要做的就是在以后的電路實(shí)踐中不斷探索、增加經(jīng)驗(yàn)。這一部分我們將要討論三極管工作所需的安全環(huán)境。很明顯，三極管僅僅是一個(gè)電

31、子器件，不是無所不能的神。那么它究竟需要什么樣的安全要求呢？    我們先給出一個(gè)有關(guān)雙極性晶體管的概念，這就是二次擊穿。就是當(dāng)集電極電壓超過Vceo而引起的擊穿。各位不要一聽到擊穿就心里一沉，以為三極管完了。其實(shí)只要用外電路限制擊穿后的電流，管子就不會損壞，待集電極電壓減小到小于Vceo后，管子也就恢復(fù)到正常工作，因此這種擊穿是可逆的，不是破壞性的。我們把它成為一次擊穿。    有人說是不是再這樣來一次就是二次擊穿呢？當(dāng)然不是，如果上述擊穿后，電流不加限制，就會出現(xiàn)集電極電壓迅速減小，集電極電流迅速增大的現(xiàn)象，通常將這種現(xiàn)象稱為二次

32、擊穿。二次擊穿則是不可逆的，出現(xiàn)二次擊穿時(shí)，三極管才真正完了。我給出了一幅示意圖，來形象的表述這個(gè)過程。                           產(chǎn)生二次擊穿的原因是什么？我也不知道，半導(dǎo)體物理學(xué)的專家們也不知道，那是發(fā)生在比我們塊頭小幾十個(gè)數(shù)量級的視野上，電路工程師們沒必要去追究了。但我們從此就知道了一點(diǎn)，那就是增添某個(gè)東西來限制一次擊穿后集電極電流目中無人似的增大。通常的做法是在晶體管c-e之間加穩(wěn)壓管，以防止其一次擊穿，并限制其集電極電流，再避免二次擊穿。    至此前面所述的這些內(nèi)容是用來灌輸三極管二次擊穿這個(gè)概念的。    那么我們再通過四條柵欄來圈出三極管的安全工作區(qū)域。第一、集電極電流Ic有個(gè)最大限制Icm。第二、集電極發(fā)射極之間的電壓不能超過額定最大電壓Vceo。第三、三極管消耗的功率不能超過集電結(jié)最大耗散功率Pcm。因?yàn)楣拇蟮脑挄斐删w管溫度的顯著上升