带反并联二极管IGBT中的二极管设计

核心器件: 6L6束射功率管

本设计实例采用的6L6束射功率管尽管已经存在了66年，现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，但是你可以将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)。[!--empirenews.page--]

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。

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。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(www.spectrum-soft.com)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。表1给出了这些参数。

图3 纯三极管需要200V阳极电压才能吸收150 mA电流。

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。