TO-264封装的BJT晶体管常见于音频放大器与功率电子设备中。我们偶尔会遇到引脚数超过三个的晶体管，例如图1所示的安森美NJL3281DG（NPN型）和NJL1302DG（PNP型）。这些晶体管有五条引脚：三条用于常规晶体管连接，另两条用于集成热耦合反馈二极管。
本技术简报回顾了AB类放大器的偏置工作原理，重点探讨输出晶体管与偏置网络间的热耦合关系。该反馈路径对于防止放大器输出级热失控至关重要。
图 1 ：安森美NJL3281DG NPN晶体管实物图，包含三条晶体管引脚和两条用于稳定热反馈的二极管引脚。
技术提示 ：A类放大器的输出晶体管始终处于导通状态。AB类放大器的偏置设置使输出晶体管在Q点保持微导通。B类放大器的两个输出晶体管在Q点完全关闭。
A类放大器效率低下，因为输出晶体管会持续消耗大量功率。B类放大器效率高但存在严重的交越失真。AB类放大器在高效与低失真之间实现了良好平衡。
什么是热失控？
热失控对音频放大器中的大功率晶体管等半导体器件构成威胁。问题本质在于温度与导电性之间存在固有正相关关系。电流导致温度升高，而温度升高又引发更大电流。最终形成失控循环，可能损毁晶体管；若设备具备过温或过流保护，则可能触发保护机制。
如何防止热失控？
经典解决方案是在散热器上紧贴输出晶体管安装热敏半导体元件。该半导体元件随后用于自动调节输出级偏置。这构成负反馈回路，通过抵消不受控的正向热失控反馈来稳定放大器工作状态。
图2展示了采用晶体管Q1作为温度传感元件的经典解决方案。可将晶体管Q1视为随温度变化的可变电阻。当温度上升时，Q1集电极到发射极的测量电压会降低。这导致Q3和Q4基极间测得的电压降低。偏置电压降低将因此减少流经Q3和Q4的电流。
图 2 ：音频放大器的典型输出级。晶体管Q1、Q3和Q4必须进行热耦合。
技术提示 ：偏置应在放大器静默无输出信号时设置（微调）。对于甲乙类推挽放大器，直流静态工作点（Q）使晶体管刚好处于导通点上方。用万用表测量Q3和Q4基极间电压约为1.5伏直流。
注意电流通过输出晶体管Q3和Q4从电源轨流向电源轨。因此Q点是平衡点，既要使晶体管导通，又要避免随着Q3和Q4产生废热增加而进入热失控状态。
需要指出的是，Q点对放大器失真有着深远影响。这是另一个需要权衡的问题。我们当然可以降低乙类偏置的Q点来减小静态电流，降低热失控风险。但这会增加交越失真，因为会出现Q3和Q4同时关断的瞬间。
使用二极管的替代偏置方案
图3展示了另一种热调节形式，使用一对热耦合二极管代替晶体管。本例中二极管具有与晶体管基极-发射极结相似的特性。与图2的晶体管示例相同，二极管导通会随温度升高而增加。这有助于降低施加在输出晶体管上的偏置电压，从而实现放大器的热稳定。
图 3 ：音频放大器的典型输出级。二极管D1、D2以及晶体管Q3和Q4必须进行热耦合。
热耦合存在的问题
图2和图3都存在热滞后问题。传感元件Q1和D1/D2始终在热响应上落后于输出晶体管Q3和Q4。这简单反映了采样点位于不同位置的事实。晶体管与热传感元件在散热器上通常相隔数英寸。因此，在传感元件检测到问题之前，晶体管芯片本身可能早已过热。
这会导致系统在设定点附近发生热振荡的不稳定现象，可能加剧低电平音乐段落的交越失真。偏置调节也是个耗时过程。我曾花费长达一小时，通过多次"设定-等待-检查"循环才能正确设置Q点。
采用集成二极管的热稳定解决方案
图1所示的安森美JL3281DG(NPN)/NJL1302DG(PNP)晶体管提供了独特的热稳定方案。该方案采用集成在晶体管本体内的二极管，而非独立二极管，从而确保芯片与传感二极管的最佳热耦合。
更值得一提的是，安森美设计人员精确控制了热传感二极管的特性以匹配晶体管。这使得图2所示的可变电阻R1不再必要。同时也省去了耗时的偏置微调步骤。
技术提示 ：集成二极管设计方案自带预设偏置，其Q点由安森美工程师根据输出晶体管与传感二极管的匹配特性确定。这对需要更强偏置控制的用户可能造成困扰，例如将放大器设置为纯A类模式时。此类情况下，设计者或更倾向选用传统晶体管，如密切相关的MJL3281AG(NPN)和MJL1302AG(PNP)。
最后的思考
集成热传感二极管的晶体管为放大器设计提供了绝佳案例，可能是您下次电路设计的理想选择。紧密的热耦合将热滞后问题最小化，从而提升放大器稳定性并缩短维护时间。
本文基于传统输出级配置展开讨论。或许改日我们可以探讨西克对管结构。
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