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晶體三極管 - 主要作用

晶體三極管

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。

在三極管的集電極與電源之間接一個電阻，可將電流放大轉(zhuǎn)換成電壓放大：當基極電壓UB升高時，IB變大，IC也變大，IC 在集電極電阻RC的壓降也越大，所以三極管集電極電壓UC會降低，且UB越高，UC就越低，ΔUC=ΔUB。

晶體三極管 - 主要參數(shù)

晶體三極管

1、直流參數(shù)

（1）集電極一基極反向飽和電流Icbo，發(fā)射極開路（Ie=0)時，基極和集電極之間加上規(guī)定的反向電壓Vcb時的集電極反向電流，它只與溫度有關(guān)，在一定溫度下是個常數(shù)，所以稱為集電極一基極的反向飽和電流。良好的三極管，Icbo很小，小功率鍺管的Icbo約為1～10微安，大功率鍺管的Icbo可達數(shù)毫安，而硅管的Icbo則非常小，是毫微安級。

（2）集電極一發(fā)射極反向電流Iceo(穿透電流）基極開路（Ib=0）時，集電極和發(fā)射極之間加上規(guī)定反向電壓Vce時的集電極電流。Iceo大約是Icbo的β倍即Iceo=(1+β)IcbooIcbo和Iceo受溫度影響極大，它們是衡量管子熱穩(wěn)定性的重要參數(shù)，其值越小，性能越穩(wěn)定，小功率鍺管的Iceo比硅管大。

（3）發(fā)射極---基極反向電流Iebo集電極開路時，在發(fā)射極與基極之間加上規(guī)定的反向電壓時發(fā)射極的電流，它實際上是發(fā)射結(jié)的反向飽和電流。

（4）直流電流放大系數(shù)β1（或hEF）這是指共發(fā)射接法，沒有交流信號輸入時，集電極輸出的直流電流與基極輸入的直流電流的比值，即：β1=Ic/Ib

2、交流參數(shù)

（1）交流電流放大系數(shù)β（或hfe）這是指共發(fā)射極接法，集電極輸出電流的變化量△Ic與基極輸入電流的變化量△Ib之比，即：β=△Ic/△Ib一般晶體管的β大約在10-200之間，如果β太小，電流放大作用差，如果β太大，電流放大作用雖然大，但性能往往不穩(wěn)定。

（2）共基極交流放大系數(shù)α（或hfb）這是指共基接法時，集電極輸出電流的變化是△Ic與發(fā)射極電流的變化量△Ie之比，即：α=△Ic/△Ie因為△Ic＜△Ie，故α＜1。高頻三極管的α＞0.90就可以使用α與β之間的關(guān)系：α=β/（1+β）β=α/（1-α）≈1/（1-α）

（3）截止頻率fβ、fα當β下降到低頻時0.707倍的頻率，就是共發(fā)射極的截止頻率fβ；當α下降到低頻時的0.707倍的頻率，就是共基極的截止頻率fαofβ、fα是表明管子頻率特性的重要參數(shù)，它們之間的關(guān)系為：fβ≈（1-α）fα

（4）特征頻率fT因為頻率f上升時，β就下降，當β下降到1時，對應(yīng)的fT是全面地反映晶體管的高頻放大性能的重要參數(shù)。

3、極限參數(shù)

（1）集電極最大允許電流ICM當集電極電流Ic增加到某一數(shù)值，引起β值下降到額定值的2/3或1/2，這時的Ic值稱為ICM。所以當Ic超過ICM時，雖然不致使管子損壞，但β值顯著下降，影響放大質(zhì)量。

（2）集電極----基極擊穿電壓BVCBO當發(fā)射極開路時，集電結(jié)的反向擊穿電壓稱為BVEBO。

（3）發(fā)射極-----基極反向擊穿電壓BVEBO當集電極開路時，發(fā)射結(jié)的反向擊穿電壓稱為BVEBO。

（4）集電極-----發(fā)射極擊穿電壓BVCEO當基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓，使用時如果Vce＞BVceo，管子就會被擊穿。

（5）集電極最大允許耗散功率PCM集電流過Ic，溫度要升高，管子因受熱而引起參數(shù)的變化不超過允許值時的最大集電極耗散功率稱為PCM。管子實際的耗散功率于集電極直流電壓和電流的乘積，即Pc=Uce×Ic.使用時慶使Pc＜PCM。PCM與散熱條件有關(guān)，增加散熱片可提高PCM。

晶體三極管 - 特性曲線

晶體三極管

1、輸入特性其特點是：

1）當Uce在0-2伏范圍內(nèi)，曲線位置和形狀與Uce有關(guān)，但當Uce高于2伏后，曲線Uce基本無關(guān)通常輸入特性由兩條曲線（Ⅰ和Ⅱ）表示即可。

2）當Ube＜UbeR時，Ib≈O稱（0～UbeR)的區(qū)段為“死區(qū)”當Ube＞UbeR時，Ib隨Ube增加而增加，放大時，三極管工作在較直線的區(qū)段。

3）三極管輸入電阻，定義為:rbe=(△Ube/△Ib)Q點，其估算公式為：rbe=rb+(β+1)(26毫伏/Ie毫伏）rb為三極管的基區(qū)電阻，對低頻小功率管，rb約為300歐。

2、輸出特性

輸出特性表示Ic隨Uce的變化關(guān)系（以Ib為參數(shù)），它分為三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)當Ube＜0時，則Ib≈0，發(fā)射區(qū)沒有電子注入基區(qū)，但由于分子的熱運動，集電集仍有小量電流通過，即Ic=Iceo稱為穿透電流，常溫時Iceo約為幾微安，鍺管約為幾十微安至幾百微安，它與集電極反向電流Icbo的關(guān)系是：Icbo=(1+β)Icbo常溫時硅管的Icbo小于1微安，鍺管的Icbo約為10微安，對于鍺管，溫度每升高12℃，Icbo數(shù)值增加一倍，而對于硅管溫度每升高8℃，Icbo數(shù)值增大一倍，雖然硅管的Icbo隨溫度變化更劇烈，但由于鍺管的Icbo值本身比硅管大，所以鍺管仍然受溫度影響較嚴重的管，放大區(qū)，當晶體三極管發(fā)射結(jié)處于正偏而集電結(jié)于反偏工作時，Ic隨Ib近似作線性變化，放大區(qū)是三極管工作在放大狀態(tài)的區(qū)域。飽和區(qū)當發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正偏狀態(tài)時，Ic基本上不隨Ib而變化，失去了放大功能。根據(jù)三極管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)偏置情況，可能判別其工作狀態(tài)。

截止區(qū)和飽和區(qū)是三極管工作在開關(guān)狀態(tài)的區(qū)域，三極管和導通時，工作點落在飽和區(qū)，三極管截止時，工作點落在截止區(qū)。

晶體三極管 - 產(chǎn)品檢測

晶體三極管

大功率晶體三極管的檢測

利用萬用表檢測中、小功率三極管的極性、管型及性能的各種方法，對檢測大功率三極管來說基本上適用。但是，由于大功率三極管的工作電流比較大，因而其PN結(jié)的面積也較大。PN結(jié)較大，其反向飽和電流也必然增大。所以，若像測量中、小功率三極管極間電阻那樣，使用萬用表的R×1k擋測量，必然測得的電阻值很小，好像極間短路一樣，所以通常使用R×10或R×1擋檢測大功率三極管。

普通達林頓管的檢測

用萬用表對普通達林頓管的檢測包括識別電極、區(qū)分PNP和NPN類型、估測放大能力等項內(nèi)容。因為達林頓管的E－B極之間包含多個發(fā)射結(jié)，所以應(yīng)該使用萬用表能提供較高電壓的R×10K擋進行測量。

大功率達林頓管的檢測

檢測大功率達林頓管的方法與檢測普通達林頓管基本相同。但由于大功率達林頓管內(nèi)部設(shè)置了V3、R1、R2等保護和泄放漏電流元件，所以在檢測量應(yīng)將這些元件對測量數(shù)據(jù)的影響加以區(qū)分，以免造成誤判。具體可按下述幾

步驟進行

晶體三極管

A用萬用表R×10K擋測量B、C之間PN結(jié)電阻值，應(yīng)明顯測出具有單向?qū)щ娦阅?。正、反向電阻值?yīng)有較大差異。

B在大功率達林頓管B－E之間有兩個PN結(jié)，并且接有電阻R1和R2。用萬用表電阻擋檢測時，當正向測量時，測到的阻值是B－E結(jié)正向電阻與R1、R2阻值并聯(lián)的結(jié)果；當反向測量時，發(fā)射結(jié)截止，測出的則是(R1＋R2)電阻之和，大約為幾百歐，且阻值固定，不隨電阻擋位的變換而改變。但需要注意的是，有些大功率達林頓管在R1、R2、上還并有二極管，此時所測得的則不是(R1＋R2)之和，而是(R1＋R2)與兩只二極管正向電阻之和的并聯(lián)電阻值。

帶阻尼行輸出三極管的檢測

將萬用表置于R×1擋，通過單獨測量帶阻尼行輸出三極管各電極之間的電阻值，即可判斷其是否正常。具體測試原理，方法及步驟如下：

A將紅表筆接E，黑表筆接B，此時相當于測量大功率管B－E結(jié)的等效二極管與保護電阻R并聯(lián)后的阻值，由于等效二極管的正向電阻較小，而保護電阻R的阻值一般也僅有20～50，所以，二者并聯(lián)后的阻值也較??；反之，將表筆對調(diào)，即紅表筆接B，黑表筆接E，則測得的是大功率管B－E結(jié)等效二極管的反向電阻值與保護電阻R的并聯(lián)阻值，由于等效二極管反向電阻值較大，所以，此時測得的阻值即是保護電阻R的值，此值仍然較小。

B將紅表筆接C，黑表筆接B，此時相當于測量管內(nèi)大功率管B－C結(jié)等效二極管的正向電阻，一般測得的阻值也較??；將紅、黑表筆對調(diào)，即將紅表筆接B，黑表筆接C，則相當于測量管內(nèi)大功率管B－C結(jié)等效二極管的反向電阻，測得的阻值通常為無窮大。

C將紅表筆接E，黑表筆接C，相當于測量管內(nèi)阻尼二極管的反向電阻，測得的阻值一般都較大，約300～∞；將紅、黑表筆對調(diào)，即紅表筆接C，黑表筆接E，則相當于測量管內(nèi)阻尼二極管的正向電阻，測得的阻值一般都較小，約幾歐至幾十歐。

偏置電路

三極管在實際的放大電路中使用時，還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性（相當于一個二極管），基極電流必須在輸入電壓 大到一定程度后才能產(chǎn)生（對于硅管，常取0.7V）。當基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時，基極電流就可以認為是0。但實際中要放大的信號往往遠比 0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流的改變（因為小于0.7V時，基極電流都是0）。如果我們事先在三極管的基極上加上一 個合適的電流（叫做偏置電流，上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的，所以它被叫做基極偏置電阻），那么當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時，小 信號就會導致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會被放大并在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對那些增加的 信號放大，而對減小的信號無效（因為沒有偏置時集電極電流為0，不能再減小了）。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當輸入的基極電流變小時，集電極 電流就可以減?。划斴斎氲幕鶚O電流增大時，集電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。

開關(guān)作用

下面說說三極管的飽和情況。像上面那樣的圖，因為受到電阻 Rc的限制（Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓），集電極電流是不能無限增加下去的。當基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大 時，三極管就進入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準則是：Ib*β〉Ic。進入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為 一個開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當作開關(guān)使用：當基極電流為0時，三極管集電極電流為0（這叫做三極管截止），相當于開關(guān)斷開；當基極電流很 大，以至于三極管飽和時，相當于開關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關(guān)管。

工作狀態(tài)

如果我們在上面這個圖中，將電阻Rc換成一個燈泡，那么當基極電流為0時，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時（大于流過燈泡的電流除以三極管 的放大倍數(shù) β），三極管就飽和，相當于開關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了，所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通 斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會隨著增加（在三極管未飽和之前）。

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(guān)作用。三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結(jié)構(gòu)成的，而三極管由兩個PN結(jié)構(gòu)成，共用的一個電極成為三極管的基極(用字母b表示)。其他的兩個電極成為集電極(用字母c表示)和發(fā)射極(用字母e表示)。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管。

  三極管的種類很多，并且不同型號各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝，常見三極管的外觀，有一個箭頭的電極是發(fā)射極，箭頭朝外的是NPN型三極管，而箭頭朝內(nèi)的是PNP型。實際上箭頭所指的方向是電流的方向。

  電子制作中常用的三極管有90××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。我國生產(chǎn)的晶體管有一套命名規(guī)則，電子工程技術(shù)人員和電子愛好者應(yīng)該了解三極管符號的含義。