如果掌握了晶体管和MOS管的相关知识后
发布时间:2018-11-13 17:56

  3、数字集成电路畅行的年代,为什么还需要学习模拟知识,背后的逻辑又是什么?

  晶体管或许可以说是整个电子信息系统以及集成电路的基石。三极管电路也是最为常见的电路模块,其应用也极为灵活。我记得前几年看过晶体管设计一书中,有一段话我一直印象很深刻,大致意思是说,如果想制作一个电路,只需要将几个IC组合起来,起振复位上电源大体就可以简单地完成了。

  但是,如果掌握了晶体管和MOS管的相关知识后,对于电路系统的认识将会大为不同。因为,以IC为单位作为黑盒子来考虑,此时IC被一定程度上认为是理想器件,但是,以单个晶体管放大电路为例,电压增益是有限的,输入电流是以基极电流的形式存在并不是理想

  的0电流,但是我们懂得晶体管后,我们可以知道其内部结构,通过内部结构,我们结合外部电路,能够帮助我们更好的理解分析,调试电路。

  (open) 与闭合(closed) 动作,当三极管呈开启状态时,负载电流便被阻断,反之,当三极管呈闭合状态时,电流便可以流通。详细的说,当Vin为低电压时,由于基极没有电流,因此集电极亦无电流,致使连接于集电极端的负载亦没有电流,而相当于开关的开启,此时三极管工作在截止(cut off)区。

  同理,当Vin为高电压时,由于有基极电流流动,因此使集电极流过更大的放大电流,因此负载回路便被导通,而相当于开关的闭合,此时三极管工作在饱和区(saturation)。

  下图是英特尔公司某块主板中电路图的一部分,就是一个典型的三极管应用电路。

  当A为高电平时,三极管1导通,所以输出B点跟发射极电平相同,为低电平;因为B为低电平,所以三极管2截止,输出C为高电平。

  当A为低电平时,三极管1截止,所以输出B点为高电平;因为B为高电平,所以三极管2导通,输出C为低电平。

  由于射极带负载电阻的射极跟随器,在输出很大电流时也就是阻抗较低情况时,输出波形的负半轴会被截去,不能得到完整的输出最大电压而失真。为提升性能并改善这个缺点将发射极负载电阻换成PNP管的射极跟随器电路称之为推挽射极跟随器。

  由于上边的NPN晶体管将电流“吐出来”给负载(对应推,source current),PNP晶体管从负载将电流“吸进来”(对应挽,sink current),所以称为推挽(push-pull)。但是此电路的缺点是在0V附近晶体管都截止,会产生交越失真。推挽电路以及拉电流、灌电流是实际工程系统中非常重要的概念,通过此电路学习理解此概念非常易懂。

  交越失真是指正弦波的上下侧没有连接上的那部分,此失真的原因在于晶体管的基极都是连在一起的,所以基极电位是一样的。当输入信号在0V附近时,基极-发射极间没有电位差,因此没有基极电流的流动。也就是,此时两个晶体管都是截止的,并没有工作。

  另外,即便是基极上加上了输入信号,对上侧在基极电位比发射极电位高0.6V以前,也不会工作。反之,对于下侧晶体管的基极只有比发射极低0.6V以后才能工作。所以,体现在波形上就会产生一个交越失真的盲区。

  不过,此电流稍加修改就是一个很好用的电路了,思路很简单,用两个二极管在每个晶体管的基极上加上大概0.6V的二极管的正向压降--补偿电压,就可以抵消晶体管的盲区了。如下图所示:

  此电路用两个二极管的压降抵消晶体管的基极-发射极间的电压Vbe,可以认为晶体管的空载电流几乎为0。所以当不存在信号时,就也没有晶体管的发热问题。顺便提一下,这个电路中在输出状态总有一个晶体管处于截止状态的电路称之为B类

购买咨询电话
400-100-2205