電子工程師必備基礎(chǔ)知識(shí)手冊(cè)：功率晶體管要點(diǎn)

1、電子工程師必備基礎(chǔ)知識(shí)手冊(cè)（八）功率晶體管穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管（又叫齊納二極管 它的電路符號(hào)是：此二極管是一種直到臨界反向 擊穿電壓 前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。在這臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻降低到 一個(gè)很少的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定，穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊 穿電壓來(lái)分檔的，因?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。 其伏安特性見(jiàn)圖1,穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來(lái)以便在較高的電壓上使用，通過(guò)串聯(lián)就 可獲得更多的穩(wěn)定電壓。 穩(wěn)壓管的應(yīng)用：1、浪涌保護(hù)電路穩(wěn)壓管在準(zhǔn)確的電壓下?lián)舸?，這就使得它可作為限制或保護(hù)之元件來(lái)使用，因?yàn)?各種電壓的穩(wěn)壓二極管都可以得到，故對(duì)于這種應(yīng)用特別

2、適宜圖中的穩(wěn)壓二極管 D是作為過(guò) 壓保護(hù)器件。只要電源電壓 VS超過(guò)二極管的穩(wěn)壓值D就導(dǎo)通,使繼電 器J吸合負(fù)載RL就與電源分開(kāi)。2、電視機(jī)里的過(guò)壓保護(hù)電路EC是電視機(jī)主供電壓,當(dāng)EC電壓過(guò)高時(shí)，D導(dǎo)通,三極管BG導(dǎo)通,其集電極電 位將由原 來(lái)的高電平（5V變?yōu)榈碗娖剑ㄟ^(guò)待機(jī)控制線的控制使電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)保 護(hù)狀態(tài)。3、電弧抑制電路在電感線圈上并聯(lián)接入一只合適的穩(wěn)壓二極管（也可接入一只普通二極管原理 一樣的話,當(dāng)線圈在導(dǎo)通狀態(tài)切斷時(shí)，由于其電磁能釋放所產(chǎn)生的高壓就被二極管 所吸收,所以當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)的電弧也就被消除了。這個(gè)應(yīng)用電路在工業(yè)上用 得比較多，如一些較 大功率的電磁吸控制電路就用到

3、它。4、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路在此電路中,串聯(lián)穩(wěn)壓管BG的基極被穩(wěn)壓二極管D鉗定在13V,那么其發(fā)射 極就輸出恒 定的12V電壓了。這個(gè)電路在很多場(chǎng)合下都有應(yīng)用。晶體管射隨電路在很多的電子電路中，為了減少后級(jí)電路對(duì)前級(jí)電路的影響和有些前級(jí)電路的 輸出要求有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力(即要求輸出阻抗較低 時(shí)，要用到緩沖電路，從而達(dá)到 增強(qiáng)電路的帶負(fù)載能力和前后級(jí)阻抗匹配，晶體管射隨器就是一種達(dá)到上述功能的 緩沖電路。晶體管射隨電路實(shí)際上是晶體管共發(fā)電路，它是晶體三極管三大電路形 式之一(共基電路、共集電路、共發(fā)電路，它的電路基本形式如圖A1所示。根據(jù)圖A1的等效電路可知,發(fā)射極電流le=lb+lc又因?yàn)镮c= B

4、 *Ib(是晶體管的 直流放大系數(shù)所以le=lb+ B *lb=lb(1+又根據(jù)電路回路電壓定律:Vi=lb(Rb+Rbe +le*Re =lb(Rb+Rbe+lb(1+ B Re(R是晶體管基極電阻,Rbe 是基 極與發(fā)射極之間的電阻,由于Rb和Rbe較少可忽略，那么Vi= lb(1+ B Re艮據(jù)歐姆 定律,電路的輸入阻抗為Vi/lb=lb(1+ B Re/lb=Re(1 +從此式可見(jiàn)電路的輸入阻抗 是Re的1 + B倍，電路的輸出阻抗等于 Rc與Re的并聯(lián)總阻抗.經(jīng)上述分析得出結(jié) 論：晶體管射隨電路具有較高的輸入阻抗和較低的輸出阻抗。晶體管電子濾波器在很多電子電路中，特別是一些小信號(hào)放大

5、電路，其電源往往會(huì)加入一級(jí)晶體管 電子濾波器,其電路結(jié)構(gòu)如圖J1,設(shè)圖的右邊是一個(gè)與電子濾波效果一樣的普通RC濾波電路，則它們有以下關(guān)系：圖的左邊 Uec=lb*R1+Ueb=lb*R1因?yàn)閘ec= B *lb (為晶體管的直流放大系數(shù)所以有 Uec=(lec/ B *R1圖的右邊Uec=Rec*lec由于左右圖互相等效所以有Rec*lec=（lec/ B *ft1Rec=R1/B兩濾波器的濾波性能一般用 R與C的乘積來(lái)衡量，所以有：R1*C 仁Rec*C1=（R1/ B *C13= C17 B由上式可知,電子濾波器所需的電容C1比一般RC濾波器所需電容少B倍.打 個(gè)比方設(shè)晶體管的直流放大系數(shù)

6、B =100如果用一般RC濾波器所需電容容量為 1000卩F如采用 電子濾波器那么電容只需要10卩F就滿足要求了。場(chǎng)效應(yīng)管現(xiàn)在越來(lái)越多的電子電路都在使用場(chǎng)效應(yīng)管，特別是在音響領(lǐng)域更是如此，場(chǎng)效 應(yīng)管與晶體管不同，它是一種電壓控制器件（晶體管是電流控制器件，其特性更象電 子管，它具有很高的輸入阻抗，較大的功率增益，由于是電壓控制器件所以噪聲小， 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖C-a。場(chǎng)效應(yīng)管是一種單極型晶體管，它只有一個(gè)P-N結(jié)，在零偏壓的狀態(tài)下，它是導(dǎo) 通的,如果在其柵極（G和源極（S之間加上一個(gè)反向偏壓（稱柵極偏壓 在反向電場(chǎng)作 用下P-N變厚（稱耗盡區(qū)溝道變窄,其漏極電流將變小，（如圖C1-b,反向偏壓達(dá)

7、到一 定時(shí)，耗盡區(qū)將完全溝道夾斷，此時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)如圖 C-c,此時(shí)的反 向偏壓我們稱之 為夾斷電壓,用Vpo表示，它與柵極電壓Vgs和漏源電壓Vds之間 可近以表示為Vpo=Vps+|Vgs|,這里|Vgs|是Vgs的絕對(duì)值.在制造場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，如果在柵極材料 加入之前,在溝道上先加上一層很薄的絕緣層的話，則將會(huì)大大地減小柵極電流，也 大大地增 加其輸入阻抗，由于這一絕緣層的存在，場(chǎng)效應(yīng)管可工作在正的偏置狀態(tài)， 我們稱這種場(chǎng) 效應(yīng)管為絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，又稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管,所以場(chǎng)效應(yīng)管有兩 種類型,一種是絕緣 柵型場(chǎng)效應(yīng)管，它可工作在反向偏置，零偏置和正向偏置狀態(tài)， 一種是結(jié)型柵型效應(yīng)

8、管，它只能工作在反向偏置狀態(tài).絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管又分為增強(qiáng) 型和耗盡型兩種，我們稱在 正常情況下導(dǎo)通的為耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管，在正常情況下斷 開(kāi)的稱增強(qiáng)型效應(yīng)管.增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)：當(dāng)Vgs=O時(shí)ld（漏極電流=0,只有當(dāng)Vgs 增加到某一個(gè)值時(shí)才開(kāi)始導(dǎo)通，有漏極電流產(chǎn)生.并稱開(kāi)始出現(xiàn)漏極電流時(shí)的柵源電 壓Vgs為開(kāi)啟電壓.耗盡型場(chǎng)效應(yīng) 管的特點(diǎn)，它可以在正或負(fù)的柵源電壓（正或負(fù)偏 壓下工作,而且柵極上基本無(wú)柵流（非常高的輸入電阻結(jié)型柵場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用的電路 可以使用絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，但絕緣柵增強(qiáng)型場(chǎng)效管應(yīng)用的電路不能用結(jié)型 柵場(chǎng)效 應(yīng)管代替?？煽毓瓒O管可控硅在自動(dòng)控制，機(jī)電領(lǐng)域，工業(yè)電氣及家電等方面都

9、有廣泛的應(yīng)用?？煽?硅是一種 有源開(kāi)關(guān)元件，平時(shí)它保持在非道通狀態(tài)，直到由一個(gè)較少的控制信號(hào) 對(duì)其觸發(fā)或稱 點(diǎn)火”使其道通，一旦被點(diǎn)火就算撤離觸發(fā)信號(hào)它也保持道通狀 態(tài)，要使其截止可在其 陽(yáng)極與陰極間加上反向電壓或?qū)⒘鬟^(guò)可控硅二極管的電流 減少到某一個(gè)值以下?？煽毓瓒O管可用兩個(gè)不同極性（P-N-P和N-P-N ）晶體管來(lái)模擬，如圖G1 所示。當(dāng) 可控硅的柵極懸空時(shí)，BG1和BG2都處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)電路基本上沒(méi) 有電流流過(guò)負(fù)載 電阻RL ,當(dāng)柵極輸入一個(gè)正脈沖電壓時(shí) BG2道通，使BG1的基 極電位下降，BG1因此開(kāi)始道通，BG1的道通使得BG2的基極電位進(jìn)一步升高，BG1的基極電位進(jìn) 一步

10、下降，經(jīng)過(guò)這一個(gè)正反饋過(guò)程使 BG1和BG2進(jìn)入飽和道通狀態(tài)。電路很快 從截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)入道 通狀態(tài)，這時(shí)柵極就算沒(méi)有觸發(fā)脈沖電路由于正反饋的作用將 保持道通狀態(tài)不變。如果此時(shí)在陽(yáng)極和陰極加上反向電壓，由于 BG1和BG2均處于反向偏置狀態(tài)所以 電路很快截 止，另外如果加大負(fù)載電阻 RL的阻值使電路電流減少BG1和BG2的 基電流也將減少，當(dāng)減少到某一個(gè)值時(shí)由于電路的正反饋?zhàn)饔?，電路將很快從?通狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)， 我們稱這個(gè)電流為維持電流。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可通 過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)短路可控硅的陽(yáng)極和陰極從而達(dá)到可控硅的關(guān)斷。應(yīng)用舉例可控硅在實(shí)際應(yīng)用中電路花樣最多的是其柵極觸發(fā)回路，概括起來(lái)有直流觸發(fā)

11、 電路，交 流觸發(fā)電路，相位觸發(fā)電路等等。1、直流觸發(fā)電路：如圖G2是一個(gè)電視機(jī)常用的過(guò)壓保護(hù)電路，當(dāng) E+電壓過(guò) 高時(shí)A點(diǎn)電壓也變高，當(dāng)它高于穩(wěn)壓管 DZ的穩(wěn)壓值時(shí)DZ道通，可控硅D受觸 發(fā)而道通將E+短路，使保險(xiǎn)絲RJ熔斷，從而起到過(guò)壓保護(hù)的作用。2、 相位觸發(fā)電路：相位觸發(fā)電路實(shí)際上是交流觸發(fā)電路的一種，如圖G3，這 個(gè)電路的方法是利用RC回路控制觸發(fā)信號(hào)的相位。當(dāng) R值較少時(shí)，RC時(shí)間常數(shù) 較少，觸發(fā)信 號(hào)的相移A1較少，因此負(fù)載獲得較大的電功率；當(dāng) R值較大時(shí)， RC時(shí)間常數(shù)較大，觸發(fā)信號(hào)的相移A2較大，因此負(fù)載獲得較少的電功率。這個(gè) 典型的電功率無(wú)級(jí)調(diào)整電 路在日常生活中有很多電氣

12、產(chǎn)品中都應(yīng)用它。什么叫壓縮倍頻程視頻信號(hào)的頻率范圍為50HZ-6.5MHZ,共有18個(gè)倍頻程（50*2*2*2,按照磁 帶的重放特性，每提高一個(gè)倍頻程信號(hào)電平上升 6DB,那么視頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍就 是6*18=108DB,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出磁帶的動(dòng)態(tài)范圍.為此要記錄視頻信號(hào)就要壓縮倍頻程,在錄象機(jī)中是采用將視頻亮度信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻記錄方式，通過(guò)控制調(diào)制指數(shù)使FM 的頻偏在1.1MHZ-7.8MHZ內(nèi),這樣使倍頻程減少到少于 3,因而適應(yīng)磁帶記錄動(dòng)態(tài)范圍 的要求。電路的響應(yīng)電路的工作狀態(tài)有兩種：一種是穩(wěn)定狀態(tài)、一種是暫時(shí)狀態(tài)或叫暫態(tài)。在具有 電容、電感的電路中，當(dāng)電路的工作條件發(fā)生變化時(shí)，由于儲(chǔ)能元件儲(chǔ)能的變 化，電路將從原來(lái) 的穩(wěn)定狀態(tài)經(jīng)歷一定時(shí)間變換到新的穩(wěn)定狀態(tài)，這一變換過(guò)程 稱為過(guò)渡過(guò)程，電路的過(guò) 渡過(guò)程通常是很短的， 所以又稱暫態(tài)過(guò)程。 根據(jù)電路的 激勵(lì)（電路中發(fā)生電流、電壓 的起因）通過(guò)對(duì)電路的暫態(tài)分析來(lái)得到電路的響應(yīng)（受激勵(lì)的作用在電路中所引起的電 流與電壓稱為響應(yīng)），由于激勵(lì)和響應(yīng)都是 時(shí)間的函數(shù)，所以這種分析有叫時(shí)域分析。微分電路電路結(jié)構(gòu)如圖W-1，微分電路可