由晶體管整流供電 - 半導體晶體管電路設計須知（一）

三、100W電子管擴音機改由晶體管整流供電

　　該機的電源整流電路如下圖a所示。

　　電路由燈絲變壓器B2、次高壓變壓器B1和大高壓變壓器B3供電。

　　開機時，先合上低壓開關Kl，接通燈絲變壓器B2，使整機所有電子管燈絲通電開始對陰極進行加熱。由于+810V大高壓由兩只汞汽整流管VI、V2(866X2)整流供電，故燈絲必須加熱5分鐘.才能加高壓。

　　加熱5分鐘后，合上高壓開關K2.由雙二極電子管Vl(5U4G)將B2次級的470V+470V交流電壓整流，經(jīng)ZL1、C3、C4、c5、C6濾波后輸出+436V電壓(次高壓)，供給推動級(6L6GX2)前置級工作電壓?！　「邏鹤儔浩鰾3次級920V+920V交流高壓經(jīng)汞汽管V2、V3(866X2)整流.ZL2、、C8濾波后輸出+810V大高壓，向末級功放管(一對FU-7接成乙類推挽電路)供電。

　　由于整流管損壞，遂將電路改晶體二極管整流供電，改裝步驟如下：

　　(1)首先對晶體二極管D1~D14進行耐壓檢測，耐壓大干1000V者留用，低于1000V者淘汰。

　　將14只二極管按下圖B所示分四組進行串聯(lián)焊接，在每組串接好的二極管套上一根φ6mm熱縮管，兩端各露出7mm的線頭供焊接用。然后用電吹風向熱縮管加熱，用這樣的方法將14只二極管改裝成四個二極管柱，并將每個二極管柱接人相應的位置(如下圖b所示)。

　　對開關三極管BG1和BC2耐壓進行檢測.BGl(2SC4706)耐壓大于900V合格.BG2(2SC143)耐壓大于1400V合格。

　　拔掉原機整流電子管V1、V2、V3，將原VI管的8腳管座從鐵底板上拆除，在該管座位置上安裝上一只小7腳管座，用于插新安裝的啟動電子管V4(6X2)，如下圖b所示。

　　(2)拆除變壓器B3燈絲繞組與V3、V4的連線.拆除B3燈絲繞組中心抽頭與濾波扼流圈ZL2的連線。

　　(3)將B3繞組V與繞組按下圖b所示進行串接，得到5V+2.5V=7,5V交流，再串接一只2W/4Ω的電阻RX，在RX上降去1.2V電壓后，在V4燈絲(3)、(4)腳兩端得到6.3V的交流電壓。

　　(4)將ZL1輸出端與C5連接點之間打“X”處斷開(如下圖A所示).串接人BG1，并且使BGI的C、B極分別與V4管座(2)、(5)腳相連接。

　　(5)將212輸出端打“X”處斷開，串接入BG2.使BG2的C、B極分別與V4的(7)、(1)腳相連接。

　　(6)將K2短接，僅保留Kl。插上電子管V4(6X2).由于電子管燈絲與陰極間耐壓有350V.若燈絲接地，則+810V的高壓必將燈絲與陰極間擊穿損壞，通過把V4燈絲懸浮(不接地)，即可保證V4燈絲和陰極不被擊穿，從而確保整個電路的安全。

　　改裝完畢，經(jīng)檢查無誤后，可通電試機，勿須作任何調(diào)試。

四、帶阻行管及帶阻晶體管檢測方法

　　1.帶阻晶體管的檢測

　　因帶阻晶體管內(nèi)部含有1 只或2 只電阻器，故檢測的方法與普通晶體管略有不同。檢測之前應先了解電阻器的阻值。

　　測量時，將萬用表置于R×1 kΩ 檔，測量帶阻晶體管集電極c 與發(fā)射極e 之間的電阻值(測NPN管時，應將黑表筆接c 極，紅表筆接e 極;測PNP 管時，應將紅表筆接c 極，黑表筆接e 極，正常時，阻值應為無窮大，且在測量的同時，若將帶阻晶體管的基極b 與集電極c 之間短路后，則應有小于50 kΩ的電阻值。否則，可確定為晶體管不良。

　　也可以用測量帶阻晶體管b、e 極，c、b 極及c、e 極之間正、反向電阻值的方法(應考慮到內(nèi)含電阻器對各極間正、反向電阻值的影響)來估測晶體管是否損壞。

??????? 2.帶阻尼行輸出管的檢測

　　用萬用表R×1 Ω 檔，測量發(fā)射結(jié)(基極b 與發(fā)射極e 之間)的正、反向電阻值。正常的行輸出管，其發(fā)射結(jié)的正、反向電阻值均較小，只有20～50 Ω。

　　用萬用表R×1 kΩ 檔，測量行輸出管集電結(jié)(基極b 與集電極c 之間)的正、反向電阻值。正常時，正向電阻值(黑表筆接基極b，紅表筆接集電極c)為3～10 kΩ，反向電阻值為無窮大。若測得正、反向電阻值均為0 或均為無窮大，則說明該管的集電結(jié)已擊穿損壞或開路損壞。

　　用萬用表R×1 kΩ 檔，測量行輸出管c、e 極內(nèi)部阻尼二極管的正、反向電阻值，正常時正向電阻值較小(6～7 kΩ)，反向電阻值為無窮大。若測得c、e 極之間的正、反向電阻值均很小，則是行輸出管c、e 極之間短路或阻尼二極管擊穿損壞;若測得c、e 極之間的正、反向電阻值均為無窮大，則是阻尼二極管開路損壞。

　　帶阻尼行輸出管的反向擊穿電壓可以用晶體管直流參數(shù)測試表測量，其方法與普通晶體管相同。

　　帶阻尼行輸出管的放大能力(交流電流放大系數(shù)β 值)不能用萬用表的hFE 檔直接測量，因為其內(nèi)部有阻尼二極管和保護電阻器。測量時可在行輸出管的集電極c 與基極b 之間并接1 只30 kΩ的電位器，然后再將行輸出管各電極hFE 插孔連接。適當調(diào)節(jié)電位器的電阻值，并從萬用表上讀出β值。

　　五、電子輻照對功率雙極晶體管損耗分析

　　功率雙極晶體管由于其低廉的成本， 在開關電源中作為功率開關管得到了廣泛的應用。應用電子輻照技術可以減小少子壽命， 降低功率雙極晶體管的儲存時間、下降時間， 提高開關速度， 且一致性、重復性好， 成品率高， 這是高反壓功率開關晶體管傳統(tǒng)制造工藝無法比擬的。為了降低功率雙極晶體管的損耗， 本文采用了10 MeV 電子輻照來減小其關斷延遲時間， 提高開關電源轉(zhuǎn)換效率。

　　通過在功率雙極晶體管中加入鉗位電路使得晶體管不能達到深飽和也能降低關斷延時和關斷損耗，本文也對電子輻照雙極晶體管和鉗位型雙極晶體管進行了比較。

　　本文實驗中采用的開關電源為BCD 半導體公司研發(fā)的3765序列充電器， 采用的功率雙極晶體管是BCD半導體公司提供的APT13003E, 它被廣泛應用于電子鎮(zhèn)流器、電池充電器及電源適配器等功率開關電路中。

　　1 開關電源中開關晶體管的損耗

　　圖1所示為一個典型的反激式開關電源示意圖。在示意圖中， 開關晶體管Q1 的集電極連接變壓器T1.當控制器驅(qū)動為高電平時， Q1 導通， 能量存儲到變壓器T1 中。當控制器驅(qū)動為低電平時， Q1關斷， 能量通過變壓器T1 釋放到后端。圖2所示為開關晶體管開關過程中集電極電壓和電流的波形示意圖。

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　　關晶體管在工作過程中的損耗分為開關損耗和穩(wěn)態(tài)損耗， 其中開關損耗包括導通損耗和關斷損耗， 穩(wěn)態(tài)損耗包括通態(tài)損耗和截止損耗， 其中截止損耗占總的損耗的比率很小， 可以忽略不計。我們把Vce由90% Vindc降到110% Vcesat所用的時間定義為導通延時， 即圖2中的t1 - t0, 把IC 由90% Icmax下降到0所用的時間定義為關斷延時， 即t3 - t2。

　　在開關晶體管開通時， 集電極電壓在控制器驅(qū)動電壓為高時， 基極電流變大， 集電極電壓由Vindc下降為0, 此時由于變壓器與原邊并聯(lián)的寄生電容兩端的電壓差也從0變?yōu)閂indc, 寄生電容充電， 因此在開關晶體管集電極產(chǎn)生一個尖峰電流， 另一方面， 如果副邊整流二極管的反向恢復電流沒有降到0, 也會進一步加大這個尖峰電流。開關晶體管出現(xiàn)集電極電壓和電流交替現(xiàn)象， 產(chǎn)生導通損耗， 直到集電極電壓降到Vcesat.導通損耗可以表示為：

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　　在晶體管導通后， 集電極電流從0逐漸變大， 而Vcesat不為0, 因此產(chǎn)生通態(tài)損耗。通態(tài)損耗可以表示為：

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　　在開關晶體管關斷時， 集電極電流不能馬上降為0, 而集電極電壓已經(jīng)從Vcesat開始上升， 在開關晶體管上產(chǎn)生電壓電流交替現(xiàn)象， 從而產(chǎn)生關斷損耗。

　　由于變壓器是電感元件， 當開關突然關斷時， 變壓器電感元件電流不能突變， 會產(chǎn)生較大的反激電壓， 阻礙電流變化， 通過電路加在開關管上， 產(chǎn)生比較大的損耗。關斷損耗可以表示為：

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　　開關管總的損耗可以表示為：

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　　一般情況下， 關斷損耗在開關損耗中占的比率最大， 而關斷損耗跟開關晶體管的關斷延遲時間有關， 減小關斷延遲時間( t3 - t2 )， 加快集電極電流下降速度， 可以降低開關晶體管的總損耗。