三極管的基礎知識
- 發(fā)布時間:2022-09-21 09:20:38
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導通條件
NPN型三極管的導通條件是C點電位>B點電位>E點電位,三極管飽和導通的條件是Ub>Ue,Ub>Uc。
PNP型三極管的導通條件是E點電位>B點電位>C點電位,三極管飽和導通的條件是Ue>Ub,Uc>Ub。
NPN型三極管
1、定義:
NPN型三極管,由三塊半導體構成,其中兩塊N型和一塊P型半導體組成,P型半導體在中間,兩塊N型半導體在兩側。三極管是電子電路中最重要的器件,它最主要的功能是電流 放大和開關作用。
半導體三極管也稱為晶體三極管,可以說它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開關作用。 三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結構成的,而三極管由兩個PN結構成,共用的一個電極成為三極管的基極(用字母B表示--B取自英文Base,基本(的)、基礎(的)),其他的兩個電極分別稱為集電極(用字母C表示--C取自英文Collector,收集)和發(fā)射極(用字母E表示-- E取自英文Emitter,發(fā)射)。電流從集電極輸入的。
2、基本作用:
三極管最基本的作用是放大作用,它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號,當然這種轉換仍然遵循能量守恒,它只是把電源的能量轉換成信號的能量。
三極管有一個重要參數(shù)就是電流放大系數(shù)β。當三極管的基極上加一個微小的電流時,在集電極上可以得到一個是注入電流β倍的電流,即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化,并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化,這就是三極管的放大作用。
3、工作原理:
三極管是一種控制元件,主要用來控制電流的大小,以共發(fā)射原理圖極接法為例(信號從基極輸入,從集電極輸出,發(fā)射極接地),當基極電壓UB有一個微小的變化時,基極電流IB也會隨之有一小的變化,受基極電流IB的控制,集電極電流IC會有一個很大的變化,基極電流IB越大,集電極電流IC也越大,反之,基極電流越小,集電極電流也越小,即基極電流控制集電極電流的變化。
但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多,這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β(β=ΔIC/ΔIB, Δ表示變化量。),三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。三極管在放大信號時,首先要進入導通狀態(tài),即要先建立合適的靜態(tài)工作點,也叫 建立偏置 ,否則會放大失真。
4、常用:
電子制作中常用的三極管有9 0× ×系列,包括低頻小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP),低噪聲管9014(NPN),高頻小功率管9018(NPN)等。它們的型號一般都標在塑殼上,而樣子都一樣,都是TO-92標準封裝。在老式的電子產(chǎn)品中還能見到3DG6(低頻小功率硅管)、3AX31 (低頻小功率鍺管) 等,它們的型號也都印在金屬的外殼上。
第一部分的3表示為三極管。 第二部分表示器件的材料和結構,A: PNP型鍺材料 B: NPN型鍺材料 C: PNP型硅材料 D: NPN型硅材料 第三部分表示功能,U:光電管 K:開關管 X:低頻小功率管 G:高頻小功率管 D:低頻大功率管 A:高頻大功率管。另外,3DJ型為場效應管,BT打頭的表示半導體特殊元件。
PNP型三極管
1、定義:PNP型三極管,是由2塊P型半導體中間夾著1塊N型半導體所組成的三極管,所以稱為PNP型三極管。也可以描述成,電流從發(fā)射極E流入的三極管。
PNP型三極管與NPN型三極管的區(qū)別
1、2個PN結的方向不一致。PNP是共陰極,即兩個PN結的N結相連做為基極,另兩個P結分別做集電極和發(fā)射極;電路圖里標示為箭頭朝內的三極管。NPN則相反。
2、工作原理:晶體三極管按材料分有兩種:鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式,但使用最多的是硅NPN和PNP兩種三極管,兩者除了電源極性不同外,其工作原理都是相同的,下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。
對于NPN管,它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成,發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結稱為發(fā)射結,而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結稱為集電結,三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。
當b點電位高于e點電位零點幾伏時,發(fā)射結處于正偏狀態(tài),而C點電位高于b點電位幾伏時,集電結處于反偏狀態(tài),集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。
放大原理
1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子
電源Ub經(jīng)過電阻Rb加在發(fā)射結上,發(fā)射結正偏,發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(自由電子)不斷地越過發(fā)射結進入基區(qū),形成發(fā)射極電流Ie。同時基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴散,但由于多數(shù)載流子濃度遠低于發(fā)射區(qū)載流子濃度,可以不考慮這個電流,因此可以認為發(fā)射結主要是電子流。
2、基區(qū)中電子的擴散與復合
電子進入基區(qū)后,先在靠近發(fā)射結的附近密集,漸漸形成電子濃度差,在濃度差的作用下,促使電子流在基區(qū)中向集電結擴散,被集電結電場拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子(因為基區(qū)很薄)與基區(qū)的空穴復合,擴散的電子流與復合電子流之比例決定了三極管的放大能力。
3、集電區(qū)收集電子
由于集電結外加反向電壓很大,這個反向電壓產(chǎn)生的電場力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴散,同時將擴散到集電結附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流Icn。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子(空穴)也會產(chǎn)生漂移運動,流向基區(qū)形成反向飽和電流,用Icbo來表示,其數(shù)值很小,但對溫度卻異常敏感。
根據(jù)電流連續(xù)性原理得:Ie=Ib+Ic;
這就是說,在基極補充一個很小的Ib,就可以在集電極上得到一個較大的Ic,這就是所謂電流放大作用,Ic與Ib是維持一定的比例關系,即:β1=Ic/Ib,公式中:β1--稱為直流放大倍數(shù),集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為:β= △Ic/△Ib,公式中β--稱為交流電流放大倍數(shù),由于低頻時β1和β的數(shù)值相差不大,所以有時為了方便起見,對兩者不作嚴格區(qū)分,β值約為幾十至一百多。
同理,PNP三極管則主要是形成空穴電流,其余原理基本相近。
直流參數(shù)
共發(fā)射極直流放大倍數(shù)β=Ic/Ib
集電極—基極反向截止電流Icbo,Ic=0時,基極和集電極間加規(guī)定反向電壓時的集電極電流。Icb越小,說明三極管的集電結質量越好。
集電極—發(fā)射極反向截止電流Iceo(穿透電流),Ib=0時,集電極—發(fā)射極之間在規(guī)定反向電壓時的集電極電流。要求Iceo越小越好。
交流參數(shù)
共發(fā)射極交流放大倍數(shù)β=△Ic/△Ib,其中△Ib是Ib的變化量,△Ic時Ic對應的變化量,三極管β值一般以20~100之間為好。
共基極交流放大倍數(shù)α=△Ic/△Ie約等于≈1。
極限參數(shù)
集電極最大允許電流Icm,集電極Ic值超過一定限額β值會下降,當β下降到額定值的1/2~2/3時的Ic值稱Icm,正常工作時不允許超過Icm。
集電極—發(fā)射極之間擊穿電壓BUceo:指基極開路時,集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓。
集電極最大允許耗散功率Pcm:由于集電結處于反向連接,所以,電阻很大。當電流流過集電結時,集電結就會產(chǎn)生熱量,為了使集電結的溫度不超過規(guī)定值,集電極耗散功率將受到限制,一般應使Pcm≤IcUce。
電流走向
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