如何利用升压三极管获取功率？-模拟基础电路图

我们都知道一个原理：三极管输出的功率，随输出电压不同，输出功率不同，电压越高，功率越大。

三极管是靠载流子的运动来工作的，以 npn管射极跟随器为例，当基极加不加电压时，基区和发射区组成的pn结为阻止多子(基区为空穴，发射区为电子)的扩散运动，在此pn结处会感应出由发射区指向基区的静电场(即内建电场)，当基极外加正电压的指向为基区指向发射区，当基极外加电压产生的电场大于内建电场时，基区的载流子(电子)才有可能从基区流向发射区，此电压的最小值即pn结的正向导通电压(工程上一般认为0.7v)。

但此时每个pn结的两侧都会有电荷存在，此时如果集电极-发射极加正电压，在电场作用下，发射区的电子往基区运动(实际上都是电子的反方向运动)，由于基区宽度很小，电子很容易越过基区到达集电区，并与此处的PN的空穴复合(靠近集电极)，为维持平衡，在正电场的作用下集电区的电子加速外集电极运动，而空穴则为pn结处运动，此过程类似一个雪崩过程。

集电极的电子通过电源回到发射极，这就是晶体管的工作原理。三极管工作时，两个pn结都会感应出电荷，当做开关管处于导通状态时，三极管处于饱和状态，如果这时三极管截至，pn结感应的电荷要恢复到平衡状态，这个过程需要时间。

下面我们将介绍通过实例来说明利用升压三极管可以获取更多功率的方式。虽然采用的6L6束射功率管尽管已经存在了66年，但是现在仍然十分流行地应用于电吉他放大器中，与其同类的6CA7 (EL34)功率五极管也是高保真音响“发烧友”之所爱。

这些电子管的开发人员将它们设计得以五极管模式工作，而在这种模式下它们能够输出最大的音频功率。另一方面，许多高保真音响爱好者更喜欢以三极管模式工作，而且直到现在也不得不将输出功率降低50%.输出功率降低意味着他们需要更大的电源和两倍数量的昂贵电子管来从三极管放大器中获得五极管的功率。图1a、1b和1c分别示出了将6L6变为五极管、实三极管和“升压三极管”的三种连接方式。升压三极管配置使得五极管在以真三极管模式工作时可以产生类似五极管的功率。为了理解升压三极管的工作情况，重说一下真空管理论是有益的。6L6是一个束射功率管，有阴极、控制栅极、帘栅极、抑制栅极和阳极。抑制栅极实际上是一个由两块聚束板提供的虚拟抑制栅极，但是可以将6L6束射功率管作为五极管来对待。你可以将五极管看作是具有下列电极功能的n沟道JFET:

图1 五极管(a)能输出比三极管(b)大得多的功率，但采用升压三极管配置除外(c)

* 热电子阴极：电子源(对应于JFET源极);

* 控制栅极：控制阴极电流;在相对于阴极的负电位下工作(对应于JFET栅极);

* 帘栅极：静电屏蔽控制栅极和板极，从而减小阳极电压对阴极电流的影响;在相对于阴极的正电位下工作;

* 抑制栅极：防止二次电子离开阳极到达帘栅极;在阴极电位下工作;

* 阳极：收集电子(对应于JFET漏极)。

图2 五极管的负载曲线表明，阳极可在阳极电压仅为50V时吸收150 mA电流

上图2示出了控制栅极电压为0~ -25V和帘栅极电压为250V时的五极管特性曲线。请注意理想化的负载线以及该五极管可以在板极电压仅为50V时吸收150 mA的阳极电流。高电压增益、高阳极阻抗和高输出功率是五极管放大的三个特点。只要将帘栅极与阳极直接连接，该五极管可以以三极管模式工作。低电压增益和低输出阻抗是这种模式的特点。

图3 纯三极管需要200V阳极电压才能吸收150 mA电流

上图3示出了三极管曲线与五极管曲线的差别。这些曲线代表0 ~ -90V的控制栅极电压。请注意负载线以及在三极管模式下板极无法在板极电压低于200V时吸收150 mA电流。这一事实大大限制了放大器效率及输出功率。但是，尽管输出功率有限，一些人还是更喜欢三极管模式，因为他们声称它能产生一种优秀的音响放大器。

图4 一个100V帘栅极电源可将一个普通三极管转变为一个升压三极管

图5 升压三极管的阳极可在阳极电压100V时吸收150 mA电流，而纯三极管则需要200V阳极电压才可以

对于图1c所示的升压三极管电路来说，你只是在标准三极管放大器电路上增加一个100V帘栅极-阳极电源(图4)。这样做就使三极管特征曲线向左平移了 100V(图5)。

请注意负载线以及板极此时可以在阳极电压仅为100V而不是纯三极管模式电路所要求的200V时吸收150 mA电流。你可以利用升压三极管放大获得大得多的功率，并仍然保持三极管放大的特性。在使用MicroCap-7评估软件对三个单端A类音频放大器进行Spice仿真中，静态阳极电流的控制栅极偏置为75 mA,而交流栅极信号只是短少放大器限幅。变压比可为五极管提供5 kΩ的阳极负载阻抗，为三极管和升压三极管提供3 kΩ的阳极负载阻抗。

总之，在开关电路中，三极管导通时，Uce达到最小值，此时电流达到最大值;三极管截止时，Uce达到最大值，但电流几乎为0.所以开关电路中，“开”与“关”状态下，三极管的耗散功率是很小的，而在“开”与“关”的转换过程中，Uce、Ic值都比较大，三极管承受的功率较大。而集电极电流过三极管时，会产生热量，管子因受热而引起参数的变化不超过允许值时的最大集电极耗散功率称为PCM.管子实际的耗散功率于集电极直流电压和电流的乘积，即Pc=Uce×Ic.使用时庆使Pc

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