晶體管電路是當(dāng)今電子電路設(shè)計(jì)技術(shù)的核心。盡管如今集成電路被用于許多電路，但在各個(gè)領(lǐng)域通常需要基本的晶體管電路設(shè)計(jì)。

盡管使用帶有晶體管的分立電子元件會(huì)使用更多元件，但可以定制電路以提供所需的功能。因此，使用分立晶體管和一些附加電子元件的電路是電子電路設(shè)計(jì)的核心。

這意味著了解晶體管電路設(shè)計(jì)仍然很重要，因?yàn)樗粌H可以設(shè)計(jì)基本的晶體管電路，還可以更好地了解基于雙極晶體管技術(shù)的集成電路的操作。

雙極晶體管基礎(chǔ)知識(shí)

顯然，任何晶體管電路中的關(guān)鍵電子元件都是晶體管本身。這些電子元件可以以離散形式獲得，也可以在集成電路內(nèi)獲得。

晶體管以多種格式制造，可用于實(shí)現(xiàn)從小信號(hào)到高功率，從音頻到射頻和開關(guān)的各種角色。

它們也作為 PNP 晶體管和 NPN 晶體管出現(xiàn)——在這些 NPN 晶體管中，使用更廣泛，因?yàn)橥m合廣泛使用的負(fù)極接地系統(tǒng)，而且它們?cè)谒俣确矫娴男阅芨谩?/p>

雖然NPN晶體管的使用更廣泛，但這并不意味著不使用PNP晶體管。他們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)與NPN晶體管和其他一些電路相輔相成的應(yīng)用。

晶體管基本結(jié)構(gòu)及電路符號(hào)

晶體管電路設(shè)計(jì)參數(shù)

在開始晶體管電路的電子電路設(shè)計(jì)之前，有必要定義電路的要求：與晶體管電路相關(guān)的一些主要參數(shù)。

晶體管電路設(shè)計(jì)的要求中可能需要許多參數(shù)：

電壓增益：電壓增益通常是電子電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要求。電路的電壓增益是從電路輸入到輸出的電壓增加。在數(shù)學(xué)方面，電壓增益，Av是輸出電壓除以輸入電壓。

電壓增益是許多電路的關(guān)鍵目標(biāo)之一，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)“尺寸”

電流增益：在電子電路設(shè)計(jì)中，電路的電流增益通常很重要，尤其是在電路驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載時(shí)。通常，一個(gè)沒有電壓增益的電路，只需要電流增益，就可以使具有相對(duì)高阻抗輸出的電路驅(qū)動(dòng)另一個(gè)具有較低阻抗的電路。

這方面的例子有很多：RF振蕩器通常需要一個(gè)緩沖級(jí)來確保振蕩器電路本身不會(huì)過度負(fù)載，但需要輸出來驅(qū)動(dòng)其他電路。電流增益也用于電源電路中，其中穩(wěn)壓器的串聯(lián)調(diào)整元件需要提供顯著的電流水平，但使用低電流基準(zhǔn)電壓源。還有很多其他需要電流增益的例子。

與電壓 gan 一樣，電路的電流增益比較輸入和輸出電平，但以電流為單位。電流增益等于輸出電流除以輸入電流。

輸入阻抗：晶體管電路的輸入阻抗始終很重要。它決定了前一級(jí)的負(fù)載，在阻抗匹配是一個(gè)重要參數(shù)的射頻電路中也很重要。

在許多電子電路設(shè)計(jì)中，高輸入阻抗是可取的，因?yàn)檫@意味著前一級(jí)不會(huì)過度負(fù)載。如果晶體管電路的輸入阻抗太低，那么它將加載前一個(gè)電路，從而降低信號(hào)電平，在某些情況下可能導(dǎo)致失真。配置晶體管級(jí)以提供正確的輸入阻抗是電子電路設(shè)計(jì)過程的關(guān)鍵要素。

輸出阻抗：輸出阻抗也很重要。如果晶體管電路驅(qū)動(dòng)低阻抗電路，則其輸出必須具有低阻抗，否則晶體管輸出級(jí)將出現(xiàn)較大的壓降，并且在某些情況下可能會(huì)發(fā)生信號(hào)失真。

如果負(fù)載阻抗較低，則通常需要具有高電流增益的電路，并且可以在電子電路設(shè)計(jì)過程中選擇合適的電路格式。如果允許更高的輸出阻抗，則具有較高電壓增益的電路通常更合適。

頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)是影響晶體管電路設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要因素。低頻或音頻晶體管電路設(shè)計(jì)與射頻應(yīng)用的設(shè)計(jì)有很大不同。此外，電路中電子元件的選擇也決定了響應(yīng)：晶體管以及電子電路設(shè)計(jì)中的電容和電阻值都會(huì)影響頻率響應(yīng)。

在電路設(shè)計(jì)的早期階段，需要對(duì)所需的頻率響應(yīng)有一個(gè)明確的要求，然后才能圍繞該要求設(shè)計(jì)電路。

電源電壓和電流：任何電路的關(guān)鍵參數(shù)之一是所需電壓和電流方面的功率要求。通過這種方式，可以確保在電子電路設(shè)計(jì)階段提供正確的電壓和所需的電流能力。

功耗：另一個(gè)與提供給電路的電壓和電流密切相關(guān)的參數(shù)是耗散的功率。如果功耗很高，則可能需要進(jìn)行冷卻和通常從電路中去除熱量的安排，特別是任何可能散發(fā)大量熱量的電子元件。通常這將是晶體管，但其他組件也可能會(huì)散熱。

晶體管電路功能

晶體管電路可以執(zhí)行許多不同的功能。通常有標(biāo)準(zhǔn)模塊用于放大器、振蕩器、濾波器、電流源、差分放大器等常見功能。

這些標(biāo)準(zhǔn)電路格式被廣泛使用，可以在電子電路設(shè)計(jì)過程中采用并確定電子元件值。

這些電路通常遵循已使用多年的成熟電路。這些電路通常與舊的真空管或熱離子閥技術(shù)一起使用，并且與雙極晶體管以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管，有時(shí)甚至是運(yùn)算放大器同樣有效。

采用基本格式，并確定電子元件的值以提供所需的性能。這通常需要一些實(shí)驗(yàn)，但如今，電路仿真軟件能夠準(zhǔn)確地復(fù)制電路的操作，以便可以針對(duì)所需的性能和功能優(yōu)化電子元件值。

晶體管電路配置或拓?fù)?/p>

無論電路的整體功能如何，在電子電路設(shè)計(jì)過程開始時(shí)也有必要考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

晶體管電路可以使用不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都具有不同的特性，尤其是在輸入和輸出阻抗方面。

這些配置拓?fù)涫歉鶕?jù)電子電路設(shè)計(jì)要求選擇的，包括共發(fā)射極、共集電極或發(fā)射極跟隨器以及共基極。

晶體管電路設(shè)計(jì)流程

晶體管設(shè)計(jì)過程分為幾個(gè)階段。這些通常按邏輯順序進(jìn)行，但通常會(huì)對(duì)不同階段進(jìn)行一些重新審視，以優(yōu)化各種電子元件的值，以提供所需的整體性能。

確定要求：確定實(shí)際需求是一個(gè)重要的階段，而正確地做到這一點(diǎn)將意味著電路的概念在以后不會(huì)改變。

定義電路功能和拓?fù)洌阂坏┐_定了整個(gè)電子設(shè)備的總體要求，就有必要決定實(shí)際的晶體管電路。例如，晶體管有許多振蕩器電路、濾波器、放大器等，可以根據(jù)特定要求選擇最佳類型。這通常也定義了實(shí)際的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即使用共發(fā)射極、共集電極、共基極，但如果不是，這可以構(gòu)成此時(shí)整體決策的一部分，因?yàn)榇藭r(shí)可以考慮振蕩器上的負(fù)載、增益、輸出阻抗等。

設(shè)置偏置條件：在任何電路中，電子電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵特征之一是確保有源器件的偏置電平：在這種情況下，雙極晶體管設(shè)置正確。如果偏置不正確，晶體管電路將無法工作。確定設(shè)置偏置的電子元件（主要是電阻器）的值是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵階段之一。

確定功能電子元件值：除了設(shè)置偏置條件外，還需要確定提供電路功能的其他電子元件的值。電子電路設(shè)計(jì)過程的這一部分與設(shè)置偏置條件一起進(jìn)行，因?yàn)橐粋€(gè)條件的值將影響另一個(gè)條件，反之亦然。

重新審視電子元件的偏置和功能值：設(shè)置電路值后，總是需要進(jìn)行一些迭代，以平衡偏置和電路整體功能的要求。圍繞此過程可能會(huì)進(jìn)行一些迭代。

測(cè)試電路：測(cè)試電路是任何設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素。通常，許多實(shí)驗(yàn)室都會(huì)有電路仿真軟件，因此可以在構(gòu)建電路之前對(duì)其進(jìn)行仿真，以消除大部分問題。然而，最終的測(cè)試是在盡可能接近操作條件的條件下構(gòu)建和運(yùn)行電路。

返工和修改：通常需要修改電子電路。如果需要，則使用新的電子元件值、布局等對(duì)其進(jìn)行返工和測(cè)試。

這些參數(shù)代表了晶體管電路設(shè)計(jì)所需的一些主要電路參數(shù)。了解這些參數(shù)可以決定電路配置的選擇，并且肯定會(huì)決定元件值和許多其他因素的確定。

因此，在開始設(shè)計(jì)之前，有必要了解控制晶體管電路操作的參數(shù)。

審核編輯：黃飛