帶反并聯(lián)二極管IGBT中的二極管設(shè)計(jì)

核心器件: 6L6束射功率管

本設(shè)計(jì)實(shí)例采用的6L6束射功率管盡管已經(jīng)存在了66年，現(xiàn)仍然十分流行地應(yīng)用于電吉他放大器中，與其同類(lèi)的6CA7 (EL34)功率五極管也是高保真音響"發(fā)燒友"之所愛(ài)。這些電子管的開(kāi)發(fā)人員將它們?cè)O(shè)計(jì)得以五極管模式工作，而在這種模式下它們能夠輸出最大的音頻功率。另一方面，許多高保真音響愛(ài)好者更喜歡以三極管模式工作，而且直到現(xiàn)在也不得不將輸出功率降低50%。輸出功率降低意味著他們需要更大的電源和兩倍數(shù)量的昂貴電子管來(lái)從三極管放大器中獲得五極管的功率。圖1a、1b和1c分別示出了將6L6變?yōu)槲鍢O管、實(shí)三極管和"升壓三極管"的三種連接方式。升壓三極管配置使得五極管在以真三極管模式工作時(shí)可以產(chǎn)生類(lèi)似五極管的功率。為了理解升壓三極管的工作情況，重說(shuō)一下真空管理論是有益的。6L6是一個(gè)束射功率管，有陰極、控制柵極、簾柵極、抑制柵極和陽(yáng)極。抑制柵極實(shí)際上是一個(gè)由兩塊聚束板提供的虛擬抑制柵極，但是你可以將6L6束射功率管作為五極管來(lái)對(duì)待。你可以將五極管看作是具有下列電極功能的n溝道JFET：

圖1 五極管(a)能輸出比三極管(b)大得多的功率，但采用升壓三極管配置除外(c)。

* 熱電子陰極：電子源(對(duì)應(yīng)于JFET源極);

* 控制柵極：控制陰極電流;在相對(duì)于陰極的負(fù)電位下工作(對(duì)應(yīng)于JFET柵極);

* 簾柵極：靜電屏蔽控制柵極和板極，從而減小陽(yáng)極電壓對(duì)陰極電流的影響;在相對(duì)于陰極的正電位下工作;

* 抑制柵極：防止二次電子離開(kāi)陽(yáng)極到達(dá)簾柵極;在陰極電位下工作;

* 陽(yáng)極：收集電子(對(duì)應(yīng)于JFET漏極)。[!--empirenews.page--]

圖2 五極管的負(fù)載曲線(xiàn)表明，陽(yáng)極可在陽(yáng)極電壓僅為50V時(shí)吸收150 mA電流。

圖2示出了控制柵極電壓為0

~ -25V和簾柵極電壓為250V時(shí)的五極管特性曲線(xiàn)。請(qǐng)注意理想化的負(fù)載線(xiàn)以及該五極管可以在板極電壓僅為50V時(shí)吸收150 mA的陽(yáng)極電流。高電壓增益、高陽(yáng)極阻抗和高輸出功率是五極管放大的三個(gè)特點(diǎn)。只要將簾柵極與陽(yáng)極直接連接，該五極管可以以三極管模式工作。低電壓增益和低輸出阻抗是這種模式的特點(diǎn)。圖3示出了三極管曲線(xiàn)與五極管曲線(xiàn)的差別。這些曲線(xiàn)代表0 ~ -90V的控制柵極電壓。請(qǐng)注意負(fù)載線(xiàn)以及在三極管模式下板極無(wú)法在板極電壓低于200V時(shí)吸收150 mA電流。這一事實(shí)大大限制了放大器效率及輸出功率。但是，盡管輸出功率有限，一些人還是更喜歡三極管模式，因?yàn)樗麄兟暦Q(chēng)它能產(chǎn)生一種優(yōu)秀的音響放大器。對(duì)于圖1c所示的升壓三極管電路來(lái)說(shuō)，你只是在標(biāo)準(zhǔn)三極管放大器電路上增加一個(gè)100V簾柵極-陽(yáng)極電源(圖4)。這樣做就使三極管特征曲線(xiàn)向左平移了100V(圖5)。請(qǐng)注意負(fù)載線(xiàn)以及板極此時(shí)可以在陽(yáng)極電壓僅為100V而不是純?nèi)龢O管模式電路所要求的200V時(shí)吸收150 mA電流。你可以利用升壓三極管放大獲得大得多的功率，并仍然保持三極管放大的特性。在使用MicroCap-7評(píng)估軟件(www.spectrum-soft.com)對(duì)三個(gè)單端A類(lèi)音頻放大器進(jìn)行Spice仿真中，靜態(tài)陽(yáng)極電流的控制柵極偏置為75 mA，而交流柵極信號(hào)只是短少放大器限幅。變壓比可為五極管提供5 kΩ的陽(yáng)極負(fù)載阻抗，為三極管和升壓三極管提供3 kΩ的陽(yáng)極負(fù)載阻抗。表1給出了這些參數(shù)。

圖3 純?nèi)龢O管需要200V陽(yáng)極電壓才能吸收150 mA電流。

圖4 一個(gè)100V簾柵極電源可將一個(gè)普通三極管轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)升壓三極管。

圖5 升壓三極管的陽(yáng)極可在陽(yáng)極電壓100V時(shí)吸收150 mA電流，而純三極管則需要200V陽(yáng)極電壓才可以。