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三极管
阅读:57008时间:2010-10-27 11:08:51

  三极管是一种半导体电子器件,有3个引脚,晶体三极管分别为集电极(c),基极(b),发射极(e),电子三极管分别为屏极、栅极、阴极。能够把微弱信号放大成辐值较大的电信号,也称双极型晶体管,晶体三极管

原理

  三极管是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成,发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极。

  当b点电位高于e点电位零点几伏时,发射结处于正偏状态,而C点电位高于b点电位几伏时,集电结处于反偏状态,集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。

  在制造三极管时,有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的,同时基区做得很薄,而且,要严格控制杂质含量,这样,一旦接通电源后,由于发射结正确,发射区的多数载流子(电子)极基区的多数载流子(控穴)很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散,但因前者的浓度基大于后者,所以通过发射结的电流基本上是电子流,这股电子流称为发射极电流Ie。

  由于基区很薄,加上集电结的反偏,注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic,只剩下很少(1-10[%])的电子在基区的空穴进行复合,被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补纪念给,从而形成了基极电流Ibo根据电流连续性原理得:

  Ie=Ib+Ic

  这就是说,在基极补充一个很小的Ib,就可以在集电极上得到一个较大的Ic,这就是所谓电流放大作用,Ic与Ib是维持一定的比例关系,即:

  β1=Ic/Ib

  式中:β--称为直流放大倍数,

  集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为:

  β= △Ic/△Ib

  式中β--称为交流电流放大倍数,由于低频时β1和β的数值相差不大,所以有时为了方便起见,对两者不作严格区分,β值约为几十至一百多。

  三极管作为电流放大器件,在实际使用中常常利用其电流放大作用,通过电阻转变为电压放大作用。

种类与结构

  三极管分很多种,按功率大小可分为大功率管和小功率管;按电路中的工作频率可分为高频管和低频管;按半导体材料不同可分为硅管和锗管;按结构不同可分为NPN管和PNP管。无论是NPN型还是PNP型都分为三个区,分别称为发射区、基区和集电区,由三个区各引出一个电极,分别称为发射极(E)、基极(B)和集电极(C),发射区和基区之间的PN结称为发射结,集电区和基区之间的PN结称为集电结。其中发射极箭头所示方向表示发射极电流的流向。在电路中,晶体管用字符T表示。具有电流放大作用的三极管,在内部结构上具有其特殊性,这就是:其一是发射区掺杂浓度大于集电区掺杂浓度,集电区掺杂浓度远大于基区掺杂浓度;其二是基区很薄,一般只有几微米。这些结构上的特点是三极管具有电流放大作用的内在依据。

特性曲线

  三极管的特性曲线是用来表示各个电极间电压和电流之间的相互关系的,它反映出三极管的性能,是分析放大电路的重要依据。特性曲线可由实验测得,也可在晶体管图示仪上直观地显示出来。

  1.输入特性曲线

  晶体管的输入特性曲线表示了VCE为参考变量时,IB和VBE的关系。

  图1是三极管的输入特性曲线,由图可见,输入特性有以下几个特点:

三极管输入特性曲线

  (1)  输入特性也有一个“死区”。在“死区”内,VBE虽已大于零,但IB几乎仍为零。当VBE大于某一值后,IB才随VBE增加而明显增大。和二极管一样,硅晶体管的死区电压VT(或称为门槛电压)约为0.5V,发射结导通电压VBE =(0.6~0.7)V;锗晶体管的死区电压VT约为0.2V,导通电压约(0.2~0.3)V。若为PNP型晶体管,则发射结导通电压VBE分别为(-0.6 ~ -0.7)V和(-0.2~ -0.3)V。

  (2)一般情况下,当VCE >1V以后,输入特性几乎与VCE=1V时的特性重合,因为VCE >1V后,IB无明显改变了。晶体管工作在放大状态时,VCE总是大于1V的(集电结反偏),因此常用VCE≥1V的一条曲线来代表所有输入特性曲线。

  2.输出特性曲线

三极管输出特性曲线

  晶体管的输出特性曲线表示以IB为参考变量时,IC和VCE的关系,即:

  图2是三极管的输出特性曲线,当IB改变时,可得一组曲线族,由图可见,输出特性曲线可分放大、截止和饱和三个区域。

 

  (1) 截止区 :IB = 0的特性曲线以下区域称为截止区。在这个区域中,集电结处于反偏,VBE≤0发射结反偏或零偏,即VC>VE≧VB。电流IC很小,(等于反向穿透电流ICEO)工作在截止区时,晶体管在电路中犹如一个断开的开关。

  (2) 饱和区 :特性曲线靠近纵轴的区域是饱和区。当VCE<VBE时,发射结、集电结均处于正偏,即VB>VC>VE。在饱和区IB增大,IC几乎不再增大,三极管失去放大作用。规定VCE=VBE时的状态称为临界饱和状态,用VCES表示,此时集电极临界饱和电流:

主要参数

  工作电压/电流

  用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围.

  特征频率fT

  :当f= fT时,三极管完全失去电流放大功能.如果工作频率大于fT,电路将不正常工作.

  hFE

  电流放大倍数.

  VCEO

  集电极发射极反向击穿电压,表示临界饱和时的饱和电压.

  PCM

  最大允许耗散功率.

  封装形式

  指定该管的外观形状,如果其它参数都正确,封装不同将导致组件无法在电路板上实现.

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