威尼斯城所有登入网址-澳门威尼斯游戏网址-首页

威尼斯城所有登入网址-澳门威尼斯游戏网址-首页欢迎您!
网站地图|收藏大家

PCB之半导体三极管

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2019-06-10 12:05    浏览量:

     
         半导体三极管又称晶体三极管,简称晶体管或三极管,又称为双极型三极管(简称BJT)。它是由两个靠得很近、相互影响的PN结构成,具有电流放大作用,是组成放大电路的主要元件。

一、三极管的分类

三极管种类很多,按照工作频率不同,可分为高频管、低频管等;按照功率不同,可分为大功率管、中功率管、小功率管等;按照材料分,有硅管、锗管等。常见封装形式有金属封装、塑料封装等。

根据内部结构不同,三极管可分为NPN型和PNP型两种,图1-8是三极管的符号。三极管有三个电极,分别为集电极C、基极B和发射极E;基极和发射极之间的PN结叫发射结,集电极和基极之间的PN结叫集电结。

img

图1-8 三极管的符号

利用数字万用表的“二极管挡”对三极管的两个PN结进行简单的测试,测量方法和二极管相同,由于C、E之间有两个“背靠背”的PN结,所以C、E的正、反向电阻都很大。

三极管放大必须具备的外部条件是:发射结正偏,集电结反偏,提供偏置电压的电路叫偏置电路,NPN、PNP的偏置电路如图1-9所示。

img

图1-9 三极管的偏置
(a)NPN三极管的偏置;(b)PNP三极管的偏置

“发射结正偏,集电结反偏”具体到NPN三极管就是:U C >U B >U E ;PNP三极管就是:U C <U B <U E

二、三极管的特性曲线

三极管外部各极电流和电压的关系曲线,称为三极管的特性曲线。特性曲线全面反映了各极电流与电压之间的关系,它是分析和计算三极管电路的依据之一。

对于三极管不同的连接方式,有不同的特性曲线,下面讨论最常用的共射极接法的输入特性和输出特性曲线。

1.输入特性曲线

当三极管的集电极和发射极之间的电压U CE 为某一定值时,基极电流I B 与发射结电压U BE 之间的关系,称为三极管的输入特性,通常可利用晶体管特性测试仪测出。图1-10是硅NPN型三极管的输入特性曲线。

img

图1-10 输入特性曲线

当U CE =0V(集电极与发射极短路)时,输入特性与二极管正向伏安特性相似。当U CE 增大时,曲线将向右移,实际上,当U CE 增大到一定值(例如2V)以后,曲线变化不大,几乎重叠在一起。

由图1-10可以看出,三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性相似,也有一段死区电压,硅管约为0.5V,锗管约为0.1~0.2V。在正常工作时,硅管的发射结电压约为0.6~0.7V,锗管约为0.2~0.3V(PNP型管均取负值)。

2.输出特性

当三极管的基极电流I B 为某一定值时,集电极电压U CE 和集电极电流I C 之间的关系,称为三极管的输出特性。对应于I B 的每一个确定值均有一条输出特性曲线,如图1-11所示。

img

图1-11 输出特性曲线

从图中观察三极管的工作状态可分为三个区域,现分别讨论如下。

1)截止区

I B ≤0的区域称为截止区,这时I C ≈0。为了使三极管截止,常在发射结上加反向电压,这样三极管截止时,发射结和集电结均反偏。

2)放大区

在图1-11中曲线平坦区域,I B 的微小变化引起I C 很大的变化,且I C 的变化基本上与U CE 无关,I C 只受I B 控制——电流控制电流源,因此把这一区域称为放大区。三极管工作在放大区时,发射结正偏,集电结反偏。

3)饱和区

曲线靠近纵轴的区域是饱和区。此时发射结与集电结均处于正向偏置。这时的I C 已不再随I B 增大而增大,即不受I B 的控制,三极管失去了电流放大作用。饱和时,集电极与发射极之间的压降称为饱和压降U CES ,其值很小。

当三极管工作在饱和区时,如略去U CES ,集电极与发射极之间可以认为近似“短路”,如同一个闭合的开关;当三极管工作在截止区时,如略去很小的I C ,集电极与发射极之间可以认为近似“开路”,如同一个断开的开关。因此,三极管工作在饱和区、截止区时,通常称三极管工作在“开关”状态。

三、三极管的主要参数及其温度影响

1.三极管的主要参数

1)共射极直流电流放大系数 img

三极管在共射极接法时,集电极的直流电流I C 与基极直流电流I B 的比值,就定义为三极管的共射极电流放大系数 img 或h FE )。

img

(1-2)

2)共射极交流电流放大系数β

当有信号输入时,三极管处于动态工作状态,此时I B 、I C 将发生变化。当集电极电压U CE 一定时,集电极电流的变化量与基极电流变化量的比值,称为交流电流放大系数,用β或h fe 表示。

img

(1-3)

在三极管正常工作时 img 因此,可利用这种近似关系进行计算。

3)极间反向电流

(1)I CBO 指发射极开路时,集电极—基极间的反向饱和电流。

(2)I CEO 指基极开路时,集电极—发射极之间的穿透电流,且有

img

(1-4)

选用三极管时,一般希翼极间反向电流越小越好,以减少温度的影响,硅管的反向电流比锗管小2~3个数量级,所以在要求较高的场合常选用硅管。

4)极限参数

(1)集电极最大允许电流I CM 。当I C 超过某一数值后,β值将明显下降,此时I C 的值即为集电极最大允许电流I CM

(2)集电极最大允许耗散功率P CM 。P CM 与三极管的工作温度和散热条件有关,三极管不能超温使用。在使用中集电极的平均功耗不得超过P CM

(3)反向击穿电压。集电极开路时,发射结的反向击穿电压为U (BR)EBO ;发射极开路时,集电结的反向击穿电压为U (BR)CBO ;基极开路时,集—射极之间的反向击穿电压为U (BR)CEO

通常,三极管的U (BR)EBO 较小,只有几伏,有的甚至不到1V,U (BR)CBO 是集电结所允许加的最高反向电压,一般为几十伏,有的可达几百伏甚至上千伏;U (BR)CEO 一般为几伏至上千伏。

为了保证三极管能安全、可靠地工作,其有关电压、电流值不能超出极限参数,否则将极易导致三极管的损坏或性能的劣化。图1-11中表示出了由I CM 、U (BR)CEO 及P CM 限定的范围,也就是三极管的安全工作区。

2.温度对三极管参数的影响

温度对三极管参数β、I CBO 、U BE 有较大影响。

(1)温度每升高1℃,β值增大0.5%~1%。

(2)温度每升高10℃,I CBO 约增加1倍。

(3)温度每升高1℃ img 下降(负的温度系数)约2~2.5mV。

常用半导体三极管的参数见表1-3。

表1-3 常用半导体三极管的参数

img

四、复合管

为了提高电流增益(一般到1000以上),将两个或两个以上的三极管连接起来,电流逐级放大,组合成一个等效的管子,并封装在一起称为复合管,又称达林顿管,常用的达林顿管有:TIP122(NPN)、TIP112(PNP)等。复合管也可以由分立的三极管适当地连接而成,几种接法及其等效管如图1-12所示。

img

图1-12 复合管的接法及等效管
(a)、(c)等效为NPN管;(b)、(d)等效为PNP管

复合管的电流放大系数近似等于构成它的两只三极管的电流放大系数的乘积,即

img

(1-5)

复合管多用于要求输出电流大,而驱动电流又较小的场合,将多个达林顿管封装在一起,称为达林顿阵列,如ULN2803内部有8个达林顿管,所有发射极接在一起(共发射极),它一般工作在开关状态(饱和、截止)。ULN2803的符号及输出(集电极)的内部结构如图1-13所示。

img

图1-13 ULN2803的符号及输出的内部结构
(a)ULN2083的符号;(b)输出的内部结构

每一个集电极到电源(U CC )都接有一个二极管,接感性负载起“续流”作用,以保护达林顿管,防止达林顿管由饱和到截止时,感性负载产生的反电势造成击穿,如接电阻性负载,电源(U CC )端子可以不接(悬空)。

五、光电三极管及光电耦合器

1.光电三极管

光电三极管,又称为光敏三极管,其符号如图1-14(a)所示,它是一个光(可见光或红外光)控电流源,它比光电二极管的灵敏度高得多。

2.光电耦合器

图1-14(b)是由发光二极管和光电三极管(也有达林顿管结构)封装在一起构成的光电耦合器(简称光耦),也是一个电流控制的电流源,它先是通过发光二极管将电流转换成光(一般是红外光),再由光电三极管转换成电流,发光二极管和光电三极管的信号(即电流)是通过光来耦合的——光电耦合器,有光电隔离作用,光电耦合隔离的隔离电压可达2500~5000V。它广泛用于智能数字控制系统的接口电路。

img

图1-14 光电三极管及光电耦合器
(a)光电三极管;(b)光电耦合器

常用达林顿管输出的光电耦合器的参数见表1-4。

表1-4 常用达林顿管输出的光电耦合器的参数

img

参数说明:

内含光耦组数:内部有几组光电耦合器。

电流传输系数:光电三极管I C 与发光二极管I F 的比值(用百分数表示 img 是电流传输系数的测试条件。

管压降:光电三极管C—E之间的电压降 img 是管压降的测试条件,使用时不得超过管压降的最大值,否则光电三极管会因功耗过大而烧坏。

工作电压:光电三极管C—E之间的最高电压。

隔离电压:光电三极管与发光二极管的隔离电压。 

相关资讯推荐

关注官方微信

Copyright ? 威尼斯城所有登入网址-澳门威尼斯游戏网址-首页 版权所有 地址:深圳市龙岗区坪地街道新联中路17号



威尼斯城所有登入网址|澳门威尼斯游戏网址

XML 地图 | Sitemap 地图