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引言 雙極結型晶體管(BJT)看起來像老式的電子元件，但由于具有低成本和卓越參數的優點，它們可以解決許多問題。我們可以發現過去由于這些元件太高成本而不可能實現的新應用，比如我們可以在某些情況下用多個并聯的小功率晶體管替代更大功率的晶體管(帶或不帶散熱器)，并從中收獲諸多好處。 一般來說，與更大功率特別是帶大塊散熱器的晶體管相比，小功率晶體管速度更快，具有更高的工作頻率、更低的噪聲、更小的總諧波失真，并且它們的封裝更方便人工和自動焊接。 功耗最高1W左右的許多晶體管采用類似于TO-92的封裝。這些晶體管大多數價格比較低，可以大批量購買，而且TO-92那樣的封裝很方便使用。 從這些封裝產生的熱量很容易通過冷卻風扇甚至正常的空氣對流高效地散發掉。另外，我們可以利用這些晶體管周邊較大的銅表面積提高它們的功耗。針對這些電子元件的不同封裝，它們的數據手冊和文獻資料中記錄有大量散熱信息和計算方法，因此我們這里不再詳細討論。 諸如TO-126、TO-220之類的功率晶體管封裝又大又重，很難安裝在PCB上，而且為了發揮這些功率晶體管的全部性能和可靠性，還要額外使用散熱器。 這些封裝和散熱器會阻塞冷卻空氣的流動，而且額外散熱器的使用會產生機械和電氣問題，比如在振動設備中散熱器不是很穩定，它們需要電氣隔離等。 晶體管電路 讓我們考慮以下這些經常在音頻驅動器使用的NPN/PNP晶體管對： TIP29/TIP30 (NPN/PNP, 40V, 1A, 2W, Ftmin = 3MHz, TO-220), BD139/BD140 (NPN/PNP, 80V, 1.5A, 1.25W, Ftmin >3MHz or not specified, TO-126) BC639/BC640 (NPN/PNP, 80V, 1A, 0.8W, Ft=130MHz/50MHz, TO-92) BC327/BC337 (NPN/PNP, 45V, 0.8A, 0.625W, Ft(typ). 100MHz/100MHz, TO-92) BC550/BC560 (NPN/PNP, 45V, 0.1A, 0.5W, Ftmin =100MHz/100MHz, TO-92) 這些晶體管的其中一些參數可能在不同制造商那里有所不同，也有些參數可能所有制造商都不標。 我們可以看到，兩個并聯BC639的功耗大約是1.6W，超過了單個BD135/137/139 1.25W的功耗。 另外，BC639/BC640對有保證的轉換頻率遠高于BD139/BD140對的Ft (在數據手冊中并不總是有保證的)。小功率晶體管的直流增益通常遠高于更大晶體管的增益。因此我們可以嘗試使用兩個或多個小功率晶體管代替帶或不帶小型散熱器的一個更大功率的晶體管。 圖1畫出了采用1個運放(OA)和6個小功率晶體管的音頻放大器電路，它可以取代用一個運放和一對不帶散熱器的更大功率晶體管(比如BD135/BD136)組成的放大器電路。 圖1：1個運放和6個小功率晶體管的電路代替一個運放加上兩個更大功率晶體管組成的電路。 連接發射極的均衡電阻R6到R11是必須要的。這些電阻可以在一定程度上減小并聯晶體管之間的差異。它們的阻值通常在放大器公共負載的2%至10%之間。為了確保輸出電流在所有并聯晶體管之間得到合適的分配，應該監測這些電阻上的壓降。 電阻R5也是必須的，并且應該具有最小的適用值。它能減小放大器的交越失真。 IC1可以是任何合適的放大器，如NE5534/A。最好是使用能夠驅動至少600Ω負載的運放。如果需要調整放大器的輸出偏移量，可以使用帶偏移調整引腳的運放。 在運放和晶體管不過載的條件下可以得到運放的整個供電電壓范圍。 我們應該注意到，許多運放有很大的會使運放發熱的靜態電流。舉例來說： NE5534/A的最大靜態電流Iqmax = 8mA, LF355的最大靜態電流Iqmax = 4mA, LF356的最大靜態電流Iqmax = 10mA, NE5532的最大靜態電流Iqmax = 16mA, RC4560的最大靜態電流Iqmax = 5.7mA, 如果我們在±15V或更高的電源電壓下使用這些和類似的運放，那么在沒有任何輸入信號的情況下這些運放也會有顯著的功耗。對于采用表貼封裝的運放來說這種情況尤其糟糕，比如NE5532的功耗將達30V*16mA = 540mW，這一點應該加以慎重考慮。 新加的高增益小功率晶體管要求運放輸出很小的電流，因此可以降低運放IC的散熱風險。事實上，這些新增晶體管還可以用來利用運放的最大峰峰值電壓降低運放IC的功耗，因為它向負載提供更小的輸出電流。 小功率晶體管的速度更快，并且基極-發射極結點中的閾值電壓也更低。它們通常是為前置放大器設計的，與更大功率的晶體管相比，用它們可以獲得更低的總諧波失真(THD)和互調失真(IMD)。小功率晶體管通常還具有更高的增益，增益范圍在400至800之間，這也是更低THD和IMD的一個原因。 并聯更小功率的線性穩壓器代替單個大功率穩壓器 并聯使用更小功率的線性穩壓器有許多好處。并聯小功率晶體管代替單個大功率晶體管(帶或不帶散熱器)的上述方法同樣適用于線性穩壓器，如78xx、79xx、LM317x、LM337x和類似器件。 圖2給出了4個采用TO-92封裝的78Lxx的并聯電路，它們可以代替單個采用TO-220或類似封裝的78Mxx電路。不需要在每種情況下都使用C1到C8所有的電容。只要我們設計正確的PCB版圖，我們就可以在所有并聯穩壓器組的輸入輸出端使用單個電解電容和單個高頻電容。然而，這些電容的使用取決于并聯IC的要求。在某些情況下我們應該將這些電容緊靠每個IC放置。 圖2：4個采用TO-92封裝的78Lxx的并聯電路，可代替單個采用TO-220封裝的78Mxx電路。 電阻R1到R4是必須的。這些電阻的實際阻值取決于穩壓器的容差，穩壓器的數量、以及每個穩壓器的平均輸出電流和最大輸出電流。 從這個角度看，最好是使用容差為±2%或更好的穩壓器。 在這個案例中可以使用標準的R1至R4均衡電阻計算過程。舉例來說，如果我們并聯使用兩個輸出電壓為15V±2%的78L15穩壓器，這兩個穩壓器的輸出電壓可能從14.7V至15.3V。 在最壞的情況下，第一個穩壓器的輸出是15.3V，另一個穩壓器的輸出是14.7V。 我們希望兩個穩壓器的輸出電流都在它們各自的最大電流以下，比如每個穩壓器在100mA以下。 如果均衡電阻阻值為10Ω，穩壓器最大輸出電流為100mA，那么第一個穩壓器在輸出電壓為14.3V時將產生100mA電流，第二個穩壓器輸出同樣14.3V電壓時將在負載上產生40mA電流。(只是為了參考，我們可以認為15V±10%是從13.5V至16.5V，15V±5%是從14.25V至15.75V。) 此外，第一個穩壓器將產生更多的熱量，其輸出電壓將因為輸出電壓具有負溫度系數而下降。因此第一個穩壓器將產生不到100mA的電流，第二個穩壓器將產生超過40mA的電流。總之，兩個穩壓器將在14.3V或更高電壓時產生至少140mA的電流。 雖然兩個穩壓器沒有相同的輸出電流，但這不是問題，因為它們不會過載，而且我們使用的是比78M15體積更小、價格更低的穩壓器78L15。另外一個優點是，如果其中一個穩壓器因為某個原因出現了開路故障，那么另外一個穩壓器還可以工作一段時間。 本文小結 這篇短文建議考慮使用多個并聯的小功率晶體管或小功率穩壓器或其它小功率元件代替需要額外散熱器的單個大功率晶體管或大功率穩壓器。 當使用運放時這種并聯方案更具優勢。將多個運放并聯起來使用有許多好處，還可以降低每個運放的功耗。 這種方法也適用于線性穩壓器，如78xx、79xx、LM317x、LM337x和類似器件。 這種方法有極多優點，上面提到了一些，比如： *更容易組裝更小、更便宜和更快的元件， *可以獲得更好的組裝力阻 *可以將均衡電阻用于診斷目的，比如測量并聯元件之間的電流等 需要時我們可以使用并聯的達林頓晶體管。 在系統機箱內經常會有一個或多個長期運轉的冷卻風扇。在這種情況下，使用像TO-92這樣不帶散熱器的大量更小封裝也更有利，因為更小封裝對冷卻空氣流動的阻礙更小。我們還可以從封裝的四面八方散發電子元件產生的熱量，從而提高PCB上所有元件的冷卻效率。 安裝更小封裝的PCB開發和生產要比安裝帶或不帶散熱器的更大功率和更重封裝的PCB開發和生產容易得多。 安裝更小封裝的PCB能夠更好地承受機械振動和沖擊，這點對移動設備來說尤其重要。 |
