[发明专利]半导体电路不稳定性解决效率提高

说明书

本发明属于半导体电子技术，用在各种半导体电路中，从电路结构上来解决各种半导体分立元件电路和集成电路的热不稳定性，提高半导体功率放大电路中的晶体管和电路效率，提高半导体电子设备的电可靠性，降低半导体电子设备的成本。

在半导体分立元件电路和集成电路的各种电子电路（小信号放大电路、功效放大电路、振荡电路、脉冲电路、直流放大电路和整流电路等）中，当环境温度变化或晶体管集电极电流变化时，均将引起晶体管结温变化，电路工作点将随晶体管结温变化，使各种半导体电子电路的工作特性不能保持稳定，即各种半导体电子电路中均存在热不稳定性。

半导体电子电路热稳定性差，是从第一只晶体管投入使用以来就一直存在，到现在为止未得到有效解决的问题。现理论认为，晶体管的参数，反向饱和电流I_cbo，电流放大系数β和基极-发射极正向电压U_BE随温度变化，是造成晶体管温度稳定性差的主要原因。I_cbo，β和U_BE是制造晶体管的材料，制造工艺等决定，因此，长期以来半导体电路电热不稳定性，是作为半导体器件中的问题进行研究和解决。

从半导体理论得知，半导体材料的电导率，由该半导体材料的禁带宽度决定，而半导体材料的禁带宽度是随温度而变化的。故当半导体电子元件的结温变化时，该半导体元件的电参数要随结温变化。这是半导体材料的性质决定而必然要产生的变化。故从半导体电子元件上，解决不了I_CBO，β和U_BE必然要随半导体元件的结温变化的问题，即从半导体元件上不能解决半导体电子电路的热不稳定性。

以往也从电路结构上采用稳定法和补偿法来对I_CBO，β和U_BE随晶体管结温的变化进行补偿，使半导体电路热不稳定性得到一定的改善。

据南京邮电学院，北京邮电学院编“半导体电路”一书指出：“在2～6～2节中分析3分压式电流负反馈偏置电路的工作原理，指出这种放大电路保持工作点稳定的关键在于：（1）设法使U_B基本与管子参数无关而近似恒定。（2）用R_B引入足够大的电流负反馈，来牵制I_CQ（≈IEQ）的变化。”

“分压式电流负反馈偏置电路的工作点稳定具体条件为：I_EQR_E》U_BEQR》R_B。为了使工作点稳定，R_E应尽可能选得大些，但R_E和R_B的选择还受到放大器其它方面要求的限制。R_E过大，在一定的电流电压下，会使U_CEQ减小，或使R_C减小，对于放大器的交流信号的放大不利，R_B选得过小。也就是R_b1，R_b2选得过小，会使电流功率消耗很大，同时R_B过小时，对输入的交流信号有很大的分路作用，将使放大倍数下降。”

“分压式电流负反馈偏置放大电路的工作点稳定性在有的情况下受到限制。例如：有时R_E不允许用得很大（在功率放大和集成电路中都存在这种情况），则I_CQRR_E》U_BE的条件难以满足，因此对U变化的稳定作用差。”

“采用硅管时，U_BE的变化对工作点的稳定影响很大，为了解决这个问题，在采用硅管的放大电路中，可以在管子发射极与基极间，接一个与晶体管同一类型并有相似温度特性的正向偏置半导体二极管。以抵消晶体管U_BE随温度的变化，如图四所示，如果能做到：ΔUD/ΔT≈ΔU_BE/ΔT则ΔIBQ/ΔT≈0则I_BQ很恒定，从而工作点就十分稳定。现在由于R_b1和R_b2的分压作用，U′_D＜U_D所以ΔU′_D/ΔT＜ΔV_BE/ΔT不能实现补偿。”