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精辟透徹!三極管的原理、參數 、應用、檢測...鉅興電子
2019.11.05

三極管

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。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)。其他的兩個電極成為集電極(用字母c表示)和發射極(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。

晶體三極管的結構和類型

晶體三極管,是半導體基本元器件之一,具有電流放大作用,是電子電路的核心元件。它最主要的功能是電流放大和開關作用。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結,兩個PN結把正塊半導體分成三部分,中間部分是基區,兩側部分是發射區和集電區,排列方式有PNP和NPN兩種。三極管的結構示意圖如圖1所示,電路符號如圖2所示。

從三個區引出相應的電極,分別為基極b發射極e和集電極c。發射區和基區之間的PN結叫發射結,集電區和基區之間的PN結叫集電極?;鶇^很薄,而發射區較厚,雜質濃度大,PNP型三極管發射區"發射"的是空穴,其移動方向與電流方向一致,故發射極箭頭向里;

NPN型三極管發射區"發射"的是自由電子,其移動方向與電流方向相反,故發射極箭頭向外。發射極箭頭向外。發射極箭頭指向也是PN結在正向電壓下的導通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類型。

三極管的材料

三極管的材料有鍺材料和硅材料。它們之間最大的差異就是起始電壓不一樣。鍺管PN結的導通電壓為0.2V左右,而硅管PN結的導通電壓為0.6~0.7V。在放大電路中如果用同類型的鍺管代換同類型的硅管,或用同類型的硅管代換同類型的鍺管一般是可以的,但都要在基極偏置電壓上進行必要的調整,因為它們的起始電壓不一樣。

但在脈沖電路和開關電路中不同材料的三極管是否能互換必須具體分析,不能盲目代換。

三極管的封裝形式和管腳識別

常用三極管的封裝形式有金屬封裝和塑料封裝兩大類,引腳的排列方式具有一定的規律。對于小功率金屬封裝三極管,底視圖位置放置,使三個引腳構成等腰三角形的頂點上,從左向右依次為e b c;對于中小功率塑料三極管按圖使其平面朝向自己,三個引腳朝下放置,則從左到右依次為e b c。

目前,國內各種類型的晶體三極管有許多種,管腳的排列不盡相同,在使用中不確定管腳排列的三極管,必須進行測量確定各管腳正確的位置,或查找晶體管使用手冊,明確三極管的特性及相應的技術參數和資料。

晶體三極管的電流放大作用

晶體三極管具有電流放大作用,其實質是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將ΔIc/ΔIb的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數,用符號“β”表示。電流放大倍數對于某一只三極管來說是一個定值,但隨著三極管工作時基極電流的變化也會有一定的改變。

晶體三極管的三種工作狀態

截止狀態:當加在三極管發射結的電壓小于PN結的導通電壓,基極電流為零,集電極電流和發射極電流都為零,三極管這時失去了電流放大作用,集電極和發射極之間相當于開關的斷開狀態,我們稱三極管處于截止狀態。

放大狀態:當加在三極管發射結的電壓大于PN結的導通電壓,并處于某一恰當的值時,三極管的發射結正向偏置,集電結反向偏置,這時基極電流對集電極電流起著控制作用,使三極管具有電流放大作用,其電流放大倍數β=ΔIc/ΔIb,這時三極管處放大狀態。

飽和導通狀態:當加在三極管發射結的電壓大于PN結的導通電壓,并當基極電流增大到一定程度時,集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大,而是處于某一定值附近不怎么變化,這時三極管失去電流放大作用,集電極與發射極之間的電壓很小,集電極和發射極之間相當于開關的導通狀態。三極管的這種狀態我們稱之為飽和導通狀態。

根據三極管工作時各個電極的電位高低,就能判別三極管的工作狀態,因此,電子維修人員在維修過程中,經常要拿多用電表測量三極管各腳的電壓,從而判別三極管的工作情況和工作狀態。

使用多用電表檢測三極管

三極管基極的判別:根據三極管的結構示意圖,我們知道三極管的基極是三極管中兩個PN結的公共極,因此,在判別三極管的基極時,只要找出兩個PN結的公共極,即為三極管的基極。

具體方法是將多用電表調至電阻擋的R×1k擋,先用紅表筆放在三極管的一只腳上,用黑表筆去碰三極管的另兩只腳,如果兩次全通,則紅表筆所放的腳就是三極管的基極。如果一次沒找到,則紅表筆換到三極管的另一個腳,再測兩次;

如還沒找到,則紅表筆再換一下,再測兩次。如果還沒找到,則改用黑表筆放在三極管的一個腳上,用紅表筆去測兩次看是否全通,若一次沒成功再換。這樣最多沒量12次,總可以找到基極。

三極管類型的判別:三極管只有兩種類型,即PNP型和NPN型。判別時只要知道基極是P型材料還N型材料即可。當用多用電表R×1k擋時,黑表筆代表電源正極,如果黑表筆接基極時導通,則說明三極管的基極為P型材料,三極管即為NPN型。如果紅表筆接基極導通,則說明三極管基極為N型材料,三極管即為PNP型。

半導體三極管的參數

半導體三極管的參數分為直流參數、交流參數和極限參數三大類。

(1) 直流參數

1)直流電流放大系數

在放大區基本不變。在共發射極輸出特性曲線上,通過垂直于X軸的直線(vCE=const)來求取IC / IB ,如圖3所示。在IC較小時和IC較大時,會有所減小,這一關系見圖4。

2)極間反向電流

①集電極-基極間反向飽和電流ICBO

ICBO的下標CB代表集電極和基極,O是Open的字頭,代表第三個電極E開路。它相當于集電結的反向飽和電流。

②集電極-發射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO和ICBO有如下關系:

相當基極開路時,集電極和發射極間的反向飽和電流,即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對應的Y坐標的數值,如圖5所示。

(2) 交流參數

1)交流電流放大系數

①共發射極交流電流放大系數β

在放大區,β值基本不變,可在共射接法輸出特性曲線上,通過垂直于X軸的直線求取△IC/△IB?;蛟趫D02.08上通過求某一點的斜率得到β。具體方法如圖6所示

2)特征頻率fT

三極管的β值不僅與工作電流有關,而且與工作頻率有關。由于結電容的影響,當信號頻率增加時,三極管的β將會下降。當β下降到1時所對應的頻率稱為特征頻率,用fT表示。

(3) 極限參數

1)集電極最大允許電流ICM

如圖02.08所示,當集電極電流增加時,β 就要下降,當β值下降到線性放大區β值的70~30%時,所對應的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。至于β值下降多少,不同型號的三極管,不同的廠家的規定有所差別??梢?,當IC>ICM時,并不表示三極管會損壞。

2)集電極最大允許功率損耗PCM

集電極電流通過集電結時所產生的功耗, PCM= ICVCB≈ICVCE,因發射結正偏,呈低阻,所以功耗主要集中在集電結上。在計算時往往用VCE取代VCB。

3)反向擊穿電壓

反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電壓的能力,其測試時的原理電路如圖7所示。

①V(BR)CBO--發射極開路時的集電結擊穿電壓。下標BR代表擊穿之意,是Breakdown的字頭,C、B代表集電極和基極,O代表第三個電極E開路。

②V(BR)EBO--集電極開路時發射結的擊穿電壓。

③V(BR)CEO--基極開路時集電極和發射極間的擊穿電壓。

對于V(BR)CER表示BE間接有電阻,V(BR)CES表示BE間是短路的。幾個擊穿電壓在大小上有如下關系:

V(BR)CBO≈V(BR)CES>V(BR)CER>V(BR)CEO>V(BR)EBO

由最大集電極功率損耗PCM、ICM和擊穿電壓V(BR)CEO,在輸出特性曲線上還可以確定過損耗區、過電流區和擊穿區,見圖8。

半導體三極管的型號

國家標準對半導體三極管的命名如下

第二位:A表示鍺PNP管、B表示鍺NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管第三位:X表示低頻小功率管、D表示低頻大功率管、G表示高頻小功率管、A表示高頻小功率管、K表示開關管。

表1 雙極型三極管的參數

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