我想使用几个并联的晶体管来控制通过负载的电流。这是为了在晶体管上分配通过负载的电流,以便可以组合额定集电极电流小于流过负载的单个晶体管来控制负载。
两个问题:
如下图所示的安排是否可以正常工作?(电阻值只是非常粗略的近似)。
应该如何计算电阻值?我正在考虑使用晶体管的 hfe 值范围如下:计算两个集电极电流:对于 VR 的最小值,对于最小和最大 hfe 值的最小和最大集电极电流。
谢谢
编辑:实际上我会移除 R-limit,并让 VR 跨越轨道,将雨刷器连接到 R1-R3
我想使用几个并联的晶体管来控制通过负载的电流。这是为了在晶体管上分配通过负载的电流,以便可以组合额定集电极电流小于流过负载的单个晶体管来控制负载。
两个问题:
如下图所示的安排是否可以正常工作?(电阻值只是非常粗略的近似)。
应该如何计算电阻值?我正在考虑使用晶体管的 hfe 值范围如下:计算两个集电极电流:对于 VR 的最小值,对于最小和最大 hfe 值的最小和最大集电极电流。
谢谢
编辑:实际上我会移除 R-limit,并让 VR 跨越轨道,将雨刷器连接到 R1-R3
对于 BJT(如上图所示的传统晶体管)和 MOSFET,这实际上是一种非常常见的技术。使用 BJT,您无需担心单独的微调基极电阻,您需要做的只是添加电流共享电阻或有时称为镇流电阻。例如,看看这个页面,我在谷歌上找到的第一个解释了这个设计:
http://www.allaboutcircuits.com/vol_3/chpt_4/16.html
如果您使用 MOSFET,则根本不需要电流共享电阻,它们可以“开箱即用”并联。MOSFET 具有“内置”负反馈:如果一个 MOSFET 获得更大份额的电流,它会变得更热,这反过来会增加其电阻并减少通过它的电流量。这就是为什么在需要多个并联晶体管的应用中通常首选 MOSFET 的原因。然而,BJT 更容易内置到电流源中,因为它们具有相当恒定的电流增益。
如图所示,您的电路不是一个好主意,因为所有晶体管都不相同。部件之间的增益可能存在显着差异,BE 下降也不会完全匹配。更糟糕的是,最终消耗最多电流的晶体管会变得最热,这使得它的 BE 下降,这使得它需要更多的电流......
用双极晶体管解决这个问题的最简单方法是在每个发射极串联一个小的独立电阻。你有一个 50 Ω 负载,所以 1 Ω 发射极电阻应该没问题。现在你把所有的基地绑在一起的方向。
当晶体管比其他晶体管承载更多电流时,其发射极电阻上的电压会上升。这会降低其 BE 电压相对于其他电压,从而使其基极电流更小,从而使其承载的总输出电流更少。发射极电阻器基本上会引起一些负反馈,使所有晶体管保持大致平衡。
对于需要并联晶体管并以线性方式控制电流(而不是完全打开和关闭晶体管)的应用,BJT 是您的最佳选择。正如 Olin Lathrop 所说,该电路需要与 BJT 发射器串联电阻以帮助平衡电流。
这是一个显示发射极电阻器放置的起始示例电路。
Re1 和 Re2 将有助于平衡 BJT 之间的电流。问题是Vbe的温度系数(\$\gamma\$)约为-1.6mV/C。随着部件升温,Vbe 会降低,从而允许从 Vc 的固定值向晶体管提供更多的基极驱动。对于 Vbe 随温度变化的一阶模型,Re1 中电流的简单方程为:
IRe1 = \$\frac{(\beta +1) (\text{Vc}-\text{Vbeo} (1-\gamma \text{$\Delta $T1}))}{\text{Rb1}+\文本{Re1} (\beta +1)}\$
当然 \$\beta\$ 也会随着温度的变化而变化,但这应该不那么重要。
仔细选择 Re1 和 Rb1 可以减少对电流的热效应。我们在这里谈论的是 20% 的数字。例如,如果 Vc=2V,Vbeo=0.7V,\$\beta\$=50,Rb1=10 Ohms,Re1=1 Ohm,则 \$\text{$\Delta $T1}\$ 增加 100C 以上周围的; 通过 Re1 的电流应大致如下:
因此,对于 1 欧姆的 Re1,温度升高 100 度时会有大约 10% 的变化。本例中的发射极电阻器中的功率最高约为 1.5W。可以使用较低的值,但变化会更大。除了 Vc 和 Rload 两端的电压外,Q1 和 Q2 的运行大部分是独立的。
但是,要真正控制电流,需要一个反馈回路来调节 Vc。而且,要真正使每个晶体管中的电流匹配,每个晶体管都需要一个反馈回路。
不要尝试使用 MOSFET。至少不要指望 MOSFET 会神奇地共享电流。
虽然 MOSFET 在开关操作模式下非常适合并联,但它们不会在线性操作中共享电流。这是因为栅源阈值电压 (\$V_{\text{th}}\$) 具有负温度系数。随着设备温度的升高,\$V_{\text{th}}\$ 会变小,因此温度越高的部分就越早开始执行(Micro Semi 对此有应用说明)。这是一个传输特性的图表来说明。
你可以看到 \$V_{\text{th}}\$ 随着 \$T_j\$ 的上升而下降。这也意味着对于低漏极电流(图表中大约 5 安培左右),跨导 (\$g_f\$) 对于较热的部分实际上会更高。直到超过图表上显示的大约 15 安培的交叉点,并行设备才会开始共享电流。在线性模式下运行的 FET 到达交叉点是不寻常的。
这甚至是单个 MOSFET 中的问题。MOSFET 管芯上的热点是众所周知的现象。如果您打开 MOSFET 的顶部并拉起显微镜,您会在芯片上看到数千个并联微型 MOSFET 单元。每个微型 FET 都有自己的 \$V_{\text{th}}\$。因此,对于固定的 \$V_{\text{gs}}\$ 和线性操作,具有较低 \$V_{\text{th}}\$ 的单元将首先开始导电并升温。\$V_{\text{th}}\$ 将下降,并且该单元格(及其周围的单元格)将进行更多操作。将形成一个热点。有可能以这种方式损坏设备。On-Semi 在应用笔记AND8199(给 Phil Frost 的帽子小费)中介绍了这一点。
如果裸片上的单元之间的共享很差,想象一下在没有很好匹配 \$V_{\text{th}}\$ 的单独设备之间的共享会有多糟糕。还记得 BJT 的 Vbe 是如何变化 -1.6mV/C 的吗?那么 FET 的 \$V_{\text{th}}\$ 变化大约 -3mV/C,大约是 BJT 的两倍。因此,线性操作中并联 FET 之间的电流不平衡将比 BJT 差得多(而且它们已经够糟糕了)。
要使用 MOSFET 线性控制电流,\$V_{\text{gs}}\$ 需要由反馈回路主动控制。 这是一个最近的例子,说明当 MOSFET 不受反馈环路控制时会发生什么。
并联线性控制的 MOSFET 用于电流共享意味着每个器件都有一个反馈回路。