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  • 三極管工作原理與主要參數(shù)詳解
    • 發(fā)布時(shí)間:2020-06-22 17:21:05
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    三極管工作原理與主要參數(shù)詳解
    三極管(全稱:半導(dǎo)體三極管,也稱雙極型晶體管、晶體三極管),是一種控制電流的半導(dǎo)體器件其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號, 也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。介紹三極管的工作原理以及主要參數(shù)。
    晶體三極管
    晶體三極管是p型和n型半導(dǎo)體的有機(jī)結(jié)合,兩個(gè)pn結(jié)之間的相互影響,使pn結(jié)的功能發(fā)生了質(zhì)的飛躍,具有電流放大作用。晶體三極管按結(jié)構(gòu)粗分有npn型和pnp型兩種類型。如圖2-17所示。(用Q、VT、PQ表示)三極管之所以具有電流放大作用,首先,制造工藝上的兩個(gè)特點(diǎn):
    (1)基區(qū)的寬度做的非常薄;
    (2)發(fā)射區(qū)摻雜濃度高,即發(fā)射區(qū)與集電區(qū)相比具有雜質(zhì)濃度高出數(shù)百倍。
    晶體三極管的工作原理
    三極管工作必要條件是(a)在B極和E極之間施加正向電壓(此電壓的大小不能超過1V);(b)在C極和E極之間施加反向電壓(此電壓應(yīng)比eb間電壓較高);(c)若要取得輸出必須施加負(fù)載。
    當(dāng)三極管滿足必要的工作條件后,其工作原理如下:
    (1) 基極有電流流動(dòng)時(shí)。由于B極和E極之間有正向電壓,所以電子從發(fā)射極向基極移動(dòng),又因?yàn)镃極和E極間施加了反向電壓,因此,從發(fā)射極向基極移動(dòng)的電子,在高電壓的作用下,通過基極進(jìn)入集電極。于是,在基極所加的正電壓的作用下,發(fā)射極的大量電子被輸送到集電極,產(chǎn)生很大的集電極電流。
    (2)基極無電流流動(dòng)時(shí)。在B極和E極之間不能施加電壓的狀態(tài)時(shí),由于C極和E極間施加了反向電壓,所以集電極的電子受電源正電壓吸引而在C極和E極之間產(chǎn)生空間電荷區(qū),阻礙了從發(fā)射極向集電極的電子流動(dòng),因而就沒有集電極電流產(chǎn)生。
    綜上所述,在晶體三極管中很小的基極電流可以導(dǎo)致很大的集電極電流,這就是三極管的電流放大作用。此外,三極管還能通過基極電流來控制集電極電流的導(dǎo)通和截止,這就是三極管的開關(guān)作用(開關(guān)特性)。
    晶體三極管共發(fā)射極放大原理如下圖所示:
    A、vt是一個(gè)npn型三極管,起放大作用。
    B、ecc 集電極回路電源(集電結(jié)反偏)為輸出信號提供能量。
    C、rc 是集電極直流負(fù)載電阻,可以把電流的變化量轉(zhuǎn)化成電壓的變化量反映在輸出端。
    D、基極電源ebb和基極電阻rb,一方面為發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓,同時(shí)也決定了基極電流ib.
    E、cl、c2作用是隔直流通交流偶合電容。
    F、rl是交流負(fù)載等效電阻。
    交流通路:ui正端-cl-vtb-vtc-c2-rl-ui負(fù)端。
    (1)在日常使用中采用兩組電源不便,可用一組供電。
    (2)為簡化電路,用“UCC”的端點(diǎn)和“地”表示直流電源。
    (3)把輸入信號電壓、輸出信號電壓和直流電源的公共端點(diǎn)稱為“地”并用符號“丄”表示,以地端作零電位參考。
    畫外音: 我們可以用水龍頭與閘門放水的關(guān)系,來想象或者說是理解三極管的放大原理。其示意圖如下圖 2-20 所示:
    三極管工作原理
    圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖
    ① 如圖 2.20 (a)所示:當(dāng)發(fā)射結(jié)無電壓或施加電壓在門限電壓以下,相當(dāng)于閘門關(guān)緊時(shí),水未從水龍頭底部通過水嘴流出來。此時(shí), ec 之間電阻值無窮大, ec 之間的電流處于截止?fàn)顟B(tài),或者說是開關(guān)的 OFF 狀態(tài)。
    三極管工作原理
    圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖
    ② 如圖 2.20 ( b )所示:當(dāng)對發(fā)射結(jié)施加電壓在門限電壓范圍時(shí)(以硅管 0.7V 左右為例),相當(dāng)于閘門松動(dòng)一點(diǎn)點(diǎn),從水龍頭底部通過水嘴流出的水成滴答狀態(tài)。此時(shí), ec 之間的電阻值也下降了一點(diǎn)點(diǎn)。
    三極管工作原理
    圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖
    ③ 如圖 2.20 ( c )所示:當(dāng)對發(fā)射結(jié)施加電壓在 0.8V 時(shí),相當(dāng)于閘門已打開三分之一的狀態(tài)時(shí),水龍頭底部已經(jīng)可以有三分之一的水通過水嘴流出來了,此時(shí), ec 之間的電阻值也下降了三分之一, ec 之間的電流處于調(diào)控或者說是放大狀態(tài)。
    三極管工作原理
    圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖
    ④ 如圖 2.20 ( d )所示:當(dāng)對發(fā)射結(jié)施加電壓在 0.9V 時(shí),相當(dāng)于閘門已打開三分之二的狀態(tài)時(shí),水龍頭底部已經(jīng)可以有三分之二的水通過水嘴流出來了,此時(shí), ec 之間的電阻值也下降了三分之二, ec 之間的電流處于調(diào)控或者說是放大狀態(tài)。
    三極管工作原理
    圖 2-20三極管放大原理參考示意圖
    ⑤ 如圖 2.20 ( e )所示:當(dāng)對發(fā)射結(jié)施加電壓在 1V 或者 1V 以上時(shí),相當(dāng)于閘門已完全打開的狀態(tài)時(shí),水龍頭底部所有的水已經(jīng)可以通過水嘴流出來了,此時(shí), ec 之間的電阻值也下降為“ 0 ”,或者說很小,可以或略不計(jì), ec 之間的電流處于飽和狀態(tài),或者說是開關(guān)的 ON 狀態(tài)。
    三極管主要參數(shù)
    三極管的主要參數(shù)分為三種,即直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù),下面分別介紹:
    直流參數(shù)
    •共發(fā)射極直流放大倍數(shù)β=Ic/Ib
    •集電極—基極反向截止電流Icbo,Ic=0時(shí),基極和集電極間加規(guī)定反向電壓時(shí)的集電極電流。Icb越小,說明三極管的集電結(jié)質(zhì)量越好。
    •集電極—發(fā)射極反向截止電流Iceo(穿透電流),Ib=0時(shí),集電極—發(fā)射極之間在規(guī)定反向電壓時(shí)的集電極電流。要求Iceo越小越好。
    交流參數(shù)
    •共發(fā)射極交流放大倍數(shù)β=△Ic/△Ib,其中△Ib是Ib的變化量,△Ic時(shí)Ic對應(yīng)的變化量,三極管β值一般以20~100之間為好。
    •共基極交流放大倍數(shù)α=△Ic/△Ie約等于≈1。
    極限參數(shù)
    •集電極最大允許電流Icm,集電極Ic值超過一定限額β值會(huì)下降,當(dāng)β下降到額定值的1/2~2/3時(shí)的Ic值稱Icm,正常工作時(shí)不允許超過Icm。
    •集電極—發(fā)射極之間擊穿電壓BUceo:指基極開路時(shí),集電極和發(fā)射極之間的擊穿電壓。
    •集電極最大允許耗散功率Pcm:由于集電結(jié)處于反向連接,所以,電阻很大。當(dāng)電流流過集電結(jié)時(shí),集電結(jié)就會(huì)產(chǎn)生熱量,為了使集電結(jié)的溫度不超過規(guī)定值,集電極耗散功率將受到限制,一般應(yīng)使Pcm≤IcUce。
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