晶体管交直流参数对电路设计的影响

在电路中，不管晶体管是工作在直流工作状态还是交流工作状态，正确选择晶体管的直流参数是很重要的。也就是说，应根据工作环境中直流电路的工作状态要求，对晶体管进行最基础的选择，确定晶体管的工作电压，工作电流和功耗，来计算电路中应用的晶体管直流工作电压(Vcc)、最大工作电流(ICM)和功耗(PCM)等。

在交流工作状态下，晶体管的交流工作状态很重要，比如输出功率(PL)、交流增益(GP)、效率(η)、特征频率(fT)、极间电容(CCE和CBE)等。

对交流参数，我们一般查看晶体管的输出功率、交流增益和特征频率就可以了。特征频率决定晶体管是否满足电路工作频率要求，交流增益和输出功率决定了电路的放大级数和输入功率。在交流放大电路中，同种类型的晶体管，我们更愿意选用基极到地阻抗小的器件，因为同样的输入功率、产生同样的输出功率，输入阻抗越小，晶体管工作越稳定。 在某些情况下，直流参数和交流参数是不能分开的。如我们常说的击穿电压VEBO和VCEO。一般情况下，击穿电压VEBO指标大于等于4V。当晶体管处于完全导通状态，晶体管基极和发射极之间的电压最大不会超过0.7V(硅晶体管)，也就是说，在直流工作状态下，击穿电压远远不足4V的电压。但对交流信号电路，特别是输入功率大、输入阻抗较高的晶体管，电路在非稳定状态时，基极的交流信号幅度有时会大于4V。在一次偶然的实验中我们发现，晶体管在调试和低温试验时，各种指标均正常，但在长时间高温工作时，晶体管基极和发射极击穿。经过反复的检查发现，所有器件均合格，电路调试状态正常；唯一不同的是，电路反射功率较大，使晶体管的基极信号幅度长时间处于VEBO击穿电压的临界状态，造成晶体管的基极发射极击穿。所以，应该选择VEBO偏大的晶体管。

晶体管的增益有直流放大倍数(HFE)和交流增益(GP)两种。一般情况下，直流放大倍数越大，电路直流工作的电流就越大，一般根据电路实际需要选择不同的直流放大倍数。而交流增益和直流放大倍数之间没有任何关系，交流增益一般只给出范围，如≥12dB，而没有给出具体的最大增益，同时晶体管手册只给出最大工作频率，不会给出工作频率范围内的频响。交流增益不会因为直流放大倍数的改变而变化(很小的变化可以忽略)，有些晶体管直流的增益变大时交流增益反而变小。

对于晶体管的直流放大倍数，可以通过简单的测试方法便可得到，但对于交流增益，必须通过专门的电路进行测试才能知道。一般的晶体管手册中，给出交流增益的同时，会给出交流增益测试电路图。根据功率的不同，晶体管的增益范围不同，同种功率的晶体管，增益范围越窄，晶体管芯片制作的工艺一致性越好；晶体管在工作频带内交流增益变化越小，晶体管的交流参数越稳定，晶体管的一致性越好，电路的互换性越好。

通过晶体管的输出特征曲线图，不仅可以计算出晶体管的直流放大倍数，同时也可以测出晶体管的饱和压降VCES，这也是一个非常重要的参数。我们对许多大功率晶体管测试时发现，好的晶体管VCES仍小于等于1V，但差的晶体管VCES远远大于1V，有的竟然在2.5V～3V之间(见左图)。

通过对比我们发现好的晶体管曲线分布均匀，曲线之间相互平行，基极的电流稳定后集电极电流基本不变，饱和压降VCES小(见左图中红线对应的VCE电压，小于等于1V)；而差的晶体管曲线分布不均匀，曲线之间相互不平行，基极电流稳定后集电极电流变化很大，饱和压降VCES(大约2.8V)。根据实际应用得知，曲线分布不均匀、VCES大的晶体管线性差、功耗大、输出指标不好。应用这种晶体管进行设计，电路是很难达到高指标的。