复合晶体管(以下简称复合管)是由两个或两个以上的晶体管按一定方式连接而成的,它等效为一个高β值的晶体三极管。
复合管可以由两个同极性的三极管组成,也可以由两个不同极性的三极管组成。若两只管子组合后β值不够高,也可以用三只晶体管组成复合管。图1给出了几种不同形式的复合管。在组成复合管时,必须注意管脚的连接一定要构成电流通路。图1标出了复合管的直流通路,可以看出,复合管中第一个管子发射极电流I\(_{e1}\)的方向必须与第二个管子的基极电流I\(_{b}\)2的方向相同(实际使\(_{用}\)中,在保证热稳定的情况下,总是希望两者越接近\(_{越}\)好。即Ie1≈I\(_{b}\)2,以提高总的电流放大\(_{倍}\)数)。从图1还可以看出,第一个管子的基极就是复合管的\(_{基}\)极,因此无论组成复合管的管子导电极性如何,管子的个数\(_{多}\)少,只要满足上述电流通路的要求,复合管的导电极性总是取决\(_{于}\)组成复合管的第一只管子的导电极性。图1中画出了几种复合管的\(_{等}\)效为一个管子的导电极性,都是取决于第一个管子。弄清楚这一点很重\(_{要}\),因为只有构成这样的电流通路,两管的直流工作点才能建立,这样也便于\(_{分}\)析复合管在电路中的应用情况,不致于将电源极性接错。

复合管的一个最大特点是它的电流放大倍数很高,是组成复合管的各个单管电流放大倍数的乘积。如图1(a)中,若BG\(_{1}\)、 BG2两管的电流放大倍数分别为β\(_{1}\)、β2,则复合管的集电极电流I\(_{c}\)=Ic1+I\(_{c2}\)=β1I\(_{b1}\)+β2I\(_{b}\)2。因I\(_{b2}\)=Ie1=I\(_{b1}\)+Ic\(_{1}\)=Ib1+β\(_{1}\)Ib1=(1十β\(_{1}\))I\(_{b}\)1。所以Ic=β\(_{1}\)Ib1+β\(_{2}\)Ib2=β\(_{1}\)Ib1+β\(_{2}\)(1+β1)I\(_{b1}\)=(β1+β\(_{2}\)+β1β\(_{2}\))Ib1由于复合管的基极电流I\(_{b}\)=I\(_{b1}\),所以复合管的电流放大倍数β=Ic/I\(_{b}\)=Ic/I\(_{b1}\)=β1+β\(_{2}\)+β1β\(_{2}\)≈β1β\(_{2}\)β。同理对于其它几种形式复合管亦可推算出这样的结果。
既然复合管仍然等效成一个管子,那么把它应用在电路中,仍象一个晶体管一样,也有共基极、共发射极、共集电极三种接法。但由于复合管具有相当高的电流放大倍数,所以多用于较大功率输出的电路中,以满足功率增益的要求,通常采用共发射极和共集电极两种接法,尤其以共集电极电路接法为常见。
复合管在电路中用得很多,下面我们结合几个例子来看看由复合管组成的电路的特点。

1.图2为串联调整式晶体管稳压电源的典型电路。调整管是由BG\(_{2}\)、BG3组成的复合管来承担的。这个稳压电源输出电流为1安,输出电压为12伏,若把调整管改用一只晶体管行吗?下面我们来分析一下。

用单管作调整管的稳压电源的调整部分如图3所示。由于调整管与负载是串联的,故I\(_{e3}\)≈IL=1安≈Ic3。若BG\(_{3}\)的β为50,那么Ib3≈20毫安。根据稳压原理,要使BG\(_{3}\)起到调整作用,即使其c—e间管压降Uce与输出电压V\(_{L}\)作相反的变化,就必须使其基极电流Ib3。受比较放大器BG\(_{1}\)管集电极电流Ic1的控制。从图3中可以看出,I\(_{c1}\)流经BG1管的集电极负载R\(_{c1}\), Ib3也流经R\(_{c1}\),因此,只有Ic1>>I\(_{b3}\)时,Ic1的变化引起R\(_{c1}\)上压降变化才能足以改变调整管基极A点的电位,达到控制调整管的目的。这就对比较放大器提出了较高的要求。若比较放大器用低频小功率管,因它的集电极电流较小(约几个毫安),Ic1比I\(_{b3}\)小得多,这就使得Rc1上的压降主要由I\(_{b3}\)来决定,因而调整管BG3不受比较放大器的控制;另一方面负载电流I\(_{L}\)的变化必然引起调整管基极电流Ib3的变化(I\(_{b3}\)≈ILβ\(_{3}\)),于是A点的电位变化很大,使比较放大器工作点发生很大偏移,严重影响比较放大器的正常工作,输出电压的稳定度也就越来越差。若用一只中功率管作比较放大 器,虽然它的工作电流可以调上去,但由于总放大倍数不够大,负反馈不够深,电源仍不能满足对输出电压所提出的稳定指标的要求。因此在这种大功率稳压电源里不用单只晶体管作调整管。
若用复合管,如图2电路,那么要满足公式I\(_{c1}\)>>Ib3,就要使复合管的β\(_{复}\)>>IL/I\(_{c1}\),就必须满足β复>>1(A)/1(mA)=1000(这里假定I\(_{c1}\)=1毫安)。这说明要想使调整管受比较放大器控制,必须使β复>>1000,图中,若取β\(_{2}\)=β3=50(当然β\(_{2}\)不一定和β3相等),则β\(_{复}\)=β2×β\(_{3}\)=2250,于是复合管的基极电流Ib2=I\(_{L}\)/β复=1(A)/2500=0.4(mA),I\(_{b2}\)比控制电流Ic1要小得多,调整管就可以在比较大的范围内受比较放大器的控制了。因此,在大功率稳压电源中,使用复合管作调整管,利用其高β值这一特点,对改善稳压器性能、简化稳压电路大有好处。
上面谈了用复合管的好处,但也应注意到,对BG\(_{2}\)管来说,其集电极反向饱和电流Icb02经BG\(_{2}\)、BG3管放大后,使复合管的总的穿透电流I\(_{ceo}\)也大,尤其对于Icbo较大的锗管,当稳压器空载(I\(_{L}\)=0)或轻载(IL较小)时,由于温升,这个反向饱和电流急剧增大,就会使主调管工作在截止区,稳压器就无法正常工作。为此,一方面选I\(_{cbo}\)小的管子,另一方面也可以在电路中接一电阻R′,当轻载或空载时,Ies很小,所以BG\(_{3}\)的输入电阻升高,R′的分流作用大,减小了Icbo的影响;当I\(_{L}\)增加时,R′的分流作用小,对IL影响不大。通常取R′为BG\(_{3}\)的输入电阻的(1-10)倍就可以了。也有的稳压电路中将R′接在图中虚线所示处。若用Icbo小的管子(如硅管)R′可不用。

2.图4为一高阻输入级电路,常用在一些仪器、仪表电路中及用在扩音机的前置教的输入电路部分。我们来分析一下这个电路的输入阻抗。BG\(_{1}\)、BG2组成复合管,构成射极输出器。其输入阻抗由两部分并联而成,一部分是等效偏置电阻R\(_{b}\),Rb=R\(_{3}\)+R1R\(_{2}\)/(R1+R\(_{2}\)),另一部分是复合管的等效输入阻抗Ri,R\(_{i}\)≈β1β\(_{2}\)Re′,而R\(_{e}\)′=ReR\(_{L}\)/(Re+R\(_{L}\))。总的输入阻抗Ri′应是R\(_{b}\)与Ri并联,即R\(_{i}\)′=Rb//R\(_{i}\),在忽略偏置电阻、管子的输入电阻及Re>>R\(_{L}\)时,R′1≈β1β\(_{2}\)RL,可见等效输入阻抗要比用一只管子的高得多。在这个电路里为达到高阻输入的目的,还把复合管的直流工作点工作电流调得低些,比如若使BG\(_{2}\)管的集电极电流Ic2≤1毫安,则BG\(_{1}\)管就可以工作在所谓弱电流状态(工作电流小到微安级),因Ib1很小所以总的输入阻抗就提高了。另外,在这个电路里加了自举电容C\(_{2}\),使输出信号电压VL通过C\(_{2}\)反送到R3下端,由于射极输出器的电压放大倍数≤1,所以R\(_{3}\)上的信号电压UR3≈V\(_{S}\)-VL≈0,说明几乎没有交流信号电流流过R\(_{3}\),因此R3的有效交流电阻要比R\(_{3}\)本身的直流电阻提高几个数量级,从而使电路的总的输入阻抗大大提高。
3.在一些高传真度的功率放大器中,常采用无变压器电路,在要求大功率输出时,末级功放常用复合管,如图5所示,接成共集电极电路。因其输出阻抗低、输入阻抗高,所以在输出端可省掉输出变压器。上面两个管复合后成为一个PNP型管,下面复合管为一个NPN型,两者信号输入极性相反,所以这里不用输入变压器进行阻抗匹配和将信号倒相,这种电路也叫复合互补电路。

在变压器耦合的功放级,是否也可以用复合管呢?比如原来功放级用的3AX31管坏了,它的β=100,现在想用两只β各为10的3AX31组成复合管来代替,行吗?在要求不高的情况下,只要机内装配允许,这样用也是可以的。但在这种情况下,复合管与单管并不是完全等效的,如穿透电流较单管大些,输入、输出阻抗也有出入,所以换上复合管后,对输入、输出变压器的匹配情况、功放级的输出功率等都会有些影响。(金国钧)