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晶体三极管,是最常用的基本元器件之一,晶体三极管的作用主要是电流放大,他是电子电路的核心元件,现在的大规模集成电路的基本组成部分也就是晶体三极管。 三极管基本机构是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把正块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种, 从三个区引出相应的电极,分别为基极b发射极e和集电极c。发射区和基区之间的PN结叫发射结,集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄,而发射区较厚,杂质浓度大,PNP型三极管发射区"发射"的是空穴,其移动方向与电流方向一致,故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子,其移动方向与电流方向相反,故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。
三极管是一种控制元件,三极管的作用非常的大,可以说没有三极管的发明就没有现代信息社会的如此多样化,电子管是他的前身,但是电子管体积大耗电量巨大,现在已经被淘汰。三极管主要用来控制电流的大小,以共发射极接法为例(信号从基极输入,从集电极输出,发射极接地),当基极电压UB有一个微小的变化时,基极电流IB也会随之有一小的变化,受基极电流IB的控制,集电极电流IC会有一个很大的变化,基极电流IB越大,集电极电流IC也越大,反之,基极电流越小,集电极电流也越小,即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多,这就是三极管的电流放大作用。 刚才说了电流放大是晶体三极管的作用,其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数,用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值,但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。根据三极管的作用我们分析它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号,当然这种转换仍然遵循能量守恒,它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时,在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流,即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化,并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化,这就是三极管的放大作用。三极管的作用还有电子开关,配合其它元件还可以构成振荡器,此外三极管还有稳压的作用。
三极管参数
1、共射电流放大系数
在共射极放大电路中,若交流输入信号为零,则管子各极间的电压和电流都是直流量,此时的集电极电流IC和基极电流IB的比就是 , 称为共射直流电流放大系数。
当共射极放大电路有交流信号输入时,因交流信号的作用,必然会引起IB的变化,相应的也会引起IC的变化,两电流变化量的比称为共射交流电流放大系数β
上述两个电流放大系数 和β的含义虽然不同,但工作在输出特性曲线放大区平坦部分的三极管,两者的差异极小,可做近似相等处理,故在今后应用时,通常不加区分,直接互相替代使用。
由于制造工艺的分散性,同一型号三极管的β值差异较大。常用的小功率三极管,β值一般为20~100。β过小,管子的电流放大作用小,β过大,管子工作的稳定性差,一般选用β在40~80之间的管子较为合适。
2、极间反向饱和电流ICBO和ICEO
(1)集电结反向饱和电流ICBO是指发射极开路,集电结加反向电压时测得的集电极电流。常温下,硅管的ICBO在nA(10-9)的量级,通常可忽略。
(2)集电极-发射极反向电流ICEO是指基极开路时,集电极与发射极之间的反向电流,即穿透电流,穿透电流的大小受温度的影响较大,穿透电流小的管子热稳定性好。
3、极限参数
(1)集电极最大允许电流
晶体管的集电极电流IC在相当大的范围内β值基本保持不变,但当IC的数值大到一定程度时,电流放大系数β值将下降。使β明显减少的IC即为ICM。为了使三极管在放大电路中能正常工作,IC不应超过ICM。
(2)集电极最大允许功耗
晶体管工作时、集电极电流在集电结上将产生热量,产生热量所消耗的功率就是集电极的功耗,
功耗与三极管的结温有关,结温又与环境温度、管子是否有散热器等条件相关。根据5-7式可在输出特性曲线上作出三极管的允许功耗线,如图5-8所示。功耗线的左下方为安全工作区,右上方为过损耗区。
(3)反向击穿电压
反向击穿电压是指基极开路时,加在集电极与发射极之间的最大允许电压。使用中如果管子两端的电压,集电极电流IC将急剧增大,这种现象称为击穿。管子击穿将造成三极管永久性的损坏。三极管电路在电源EC的值选得过大时,有可能会出现,当管子截止时,导致三极管击穿而损坏的现象。一般情况下,三极管电路的电源电压应小于反向电压
4、温度对三极管参数的影响
几乎所有的三极管参数都与温度有关,因此不容忽视。温度对下列的三个参数影响最大。