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超毅電子與您共同的詳細(xì)分析半導(dǎo)體三極管

目錄:解決方案星級(jí):3星級(jí)人氣:-發(fā)表時(shí)間:2012-09-25 11:22:00
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 超毅電子是服務(wù)為一體的半導(dǎo)體商家,主要就是分兩大類,一、不可見光(紅外線發(fā)射管、紅外線接收管、紅外線光電開關(guān)、光耦、光遮斷器等)二、可見光(直插LED、貼片LED、數(shù)碼管等)我們有專業(yè)負(fù)責(zé)產(chǎn)品的銷售與產(chǎn)品技術(shù)解決方案的業(yè)務(wù)與工程,為客服解決一切潛在的問題。下面就以一問一答的方式來探討分析三級(jí)的電子電路圖。

一問:三極管是由兩個(gè) PN 結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件,如果我們用兩只二極管按一定的方式連接起來(見圖1),能不能組成一個(gè)三極管呢?

電路圖

一答:這個(gè)問題很多初學(xué)者都會(huì)提出來。三極管絕不是兩個(gè) PN 結(jié)的簡(jiǎn)單湊合,兩個(gè)二極管的組合不能形成一個(gè)三極管。我們以NPN型三極管為例(見圖2),兩個(gè)PN結(jié)共用了一個(gè)P區(qū)——基區(qū),基區(qū)做得極薄,只有幾微米到幾十微米,正是靠著它把兩個(gè) PN 結(jié)有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)不可分割的整體,它們之間存在著相互聯(lián)系和相互影響,使三極管完全不同于兩個(gè)單獨(dú)的PN結(jié)的特性。三極管在外加電壓的作用下,形成基極電流、集電極電流和發(fā)射極電流,成為電流放大器件。

電路圖

一問:怎樣理解三極管的電流放大作用呢?

電流放大

 

一答:三極管內(nèi)部進(jìn)行的物理過程是十分復(fù)雜的,初學(xué)者暫時(shí)不必去深入探討。從應(yīng)用的角度來講,可以把三極管看作是一個(gè)電流分配器。一個(gè)三極管制成后,它的三個(gè)電流之間的比例關(guān)系就大體上確定了(見圖3),用式子來表示就是:

公式

β 和 α 稱為三極管的電流分配系數(shù),其中 β 值大家比較熟悉,都管它叫電流放大系數(shù)。三個(gè)電流中,有一個(gè)電流發(fā)生變化,另外兩個(gè)電流也會(huì)隨著按比例地變化。例如,基極電流的變化量 ΔI b = 10 μA , β = 50 ,根據(jù) ΔI c = βΔI b 的關(guān)系式,集電極電流的變化量 ΔI c = 50×10 = 500μA ,實(shí)現(xiàn)了電流放大。

一問:為什么在三極管內(nèi)部能夠把基極電流變成比它大 β 倍的集電極電流呢?

電路圖

一答:這個(gè)問題問得好。三極管自身并不能把小電流變成大電流,它僅僅起著一種控制作用,控制著電路里的電源,按確定的比例向三極管提供 Ib 、 Ic 和 Ie 這三個(gè)電流。為了容易理解,我們還是用水流比喻電流(見圖4)。這是粗、細(xì)兩根水管,粗的管子內(nèi)裝有閘門,這個(gè)閘門是由細(xì)的管子中的水量控制著它的開啟程度。如果細(xì)管子中沒有水流,粗管子中的閘門就會(huì)關(guān)閉。注入細(xì)管子中的水量越大,閘門就開得越大,相應(yīng)地流過粗管子的水就越多,這就體現(xiàn)出以小控制大,以弱控制強(qiáng)的道理。由圖可見,細(xì)管子的水與粗管子的水在下端匯合在一根管子中。三極管的基極b、集電極c和發(fā)射極e就對(duì)應(yīng)著圖4中的細(xì)管、粗管和粗細(xì)交匯的管子。電路見圖,若給三極管外加一定的電壓,就會(huì)產(chǎn)生電流Ib IcIe 。調(diào)節(jié)電位器 RP 改變基極電流 Ib , Ic 也隨之變化。由于 IcβIb ,所以很小的Ib控制著比它大β倍的 Ic 。 Ic 不是由三極管產(chǎn)生的,是由電源 V CC 在 I b 的控制下提供的,所以說三極管起著能量轉(zhuǎn)換作用。

電路圖

一問:為了得到比較高的放大倍數(shù),選擇三極管時(shí)是不是β越大越好?

一答:?jiǎn)渭儚?font face="Times New Roman">“放大的角度來看,我們當(dāng)然希望β值越大越好??墒?,三極管接成共發(fā)射極放大電路(圖6)時(shí),從管子的集電極c到發(fā)射極e總會(huì)產(chǎn)生一有害的漏電流,稱為穿透電流Iceo,它的大小與β值近似成正比,β值越大,Iceo就越大。Iceo這種寄生電流不受Ib控制,卻成為集電極電流Ic的一部分,IcβIbIceo 。值得注意的是,Iceo跟溫度有密切的關(guān)系,溫度升高,Iceo急劇變大,破壞了放大電路工作的穩(wěn)定性。所以,選擇三極管時(shí),并不是β越大越好,一般取硅管β40150,鍺管取4080。

電路圖

一問:三極管的穿透電流一般有多大呢?怎么測(cè)量穿透電流?

一答:在常溫下,鍺管的穿透電流比較大,一般由幾十微安到幾百微安,硅管的穿透電流就比較小,一般只有零點(diǎn)幾微安到幾微安。Iceo雖然不大,卻與溫度有著密切的關(guān)系,它們遵循著所謂的加倍規(guī)則,這就是溫度每升高10℃,Iceo約增大一倍。例如,某鍺管在常溫 20℃時(shí),Iceo20μA ,在使用中管芯溫度上升到50℃Iceo就增大到160μA左右。測(cè)量Iceo的電路很簡(jiǎn)單(圖7),三極管的基極開路,在集電極與發(fā)射極之間接入電源VCC6V),串聯(lián)在電路中的電流表(可用萬用表中的0.1mA擋)所指示的電流值就是Iceo 。

電路圖

一問:三極管的β是不是一個(gè)不變的常數(shù)呢?

一答:嚴(yán)格地說,三極管的β值不是一個(gè)不變的常數(shù)。在實(shí)際使用中,調(diào)整三極管的集電極電流I,β值會(huì)隨著發(fā)生變化(圖8)。一般說來,在Ic很?。ɡ鐜资玻┗蚝艽螅唇咏姌O最大允電流ICM)時(shí),β值都比較小,在1mA以上相當(dāng)寬的范圍內(nèi),小功率管的β值都比較大,所以,同學(xué)們?cè)谡{(diào)試放大電路時(shí),要確定合適的工作電流Ic,以獲得最佳放大狀態(tài)。另外,β值也和三極管的其它參數(shù)一樣,跟溫度有密切的關(guān)系。溫度升高,β值相應(yīng)變大。一般溫度每升高1℃ β值增加0.5%~%。

電路圖

一問:為了保證三極管的β值不致下降太多,在使用中怎樣對(duì)它的集電極電流進(jìn)行限制呢?

一答:三極管有一個(gè)極限參數(shù)叫集電極最大允許電流,用ICM表示。ICM常稱為三極管的額定電流,所以人們常常誤認(rèn)為超過了ICM值,由于過熱會(huì)把管子燒壞。實(shí)際上,規(guī)定ICM值是為避免集電極電流太大時(shí)引起β值下降過多。一般把β值降低到它的最大值一半左右時(shí)的集電極電流定為集電極最大允許電流ICM 。

一問:三極管為什么分成高頻管和低頻管?

一答:正好可以向大家進(jìn)一步說明,三極管的電流放大系數(shù)β值還與電路的工作頻率有關(guān)。在一定的頻率范圍內(nèi),可以認(rèn)為β值是不隨頻率變化的(圖9),可是當(dāng)頻率升高到超過某一數(shù)值后,β值就會(huì)明顯下降。為了保證三極管在高頻時(shí)仍然具有足夠的放大能力,人們規(guī)定:當(dāng)頻率升高到使β值下降到低頻(1000Hz)值β00.707倍時(shí),所對(duì)應(yīng)的頻率稱為β截止頻率,用表示。就是三極管接成共發(fā)射極電路時(shí)所允許的最高工作頻率。

電路圖

一問:怎樣劃分低頻管和高頻管呢?

一答:回答這個(gè)問題,還需要多說幾句。剛剛提到的三極管β截止頻率 fβ 是在三極管接成共發(fā)射極放大電路時(shí)測(cè)定的。如果三極管接成共基極電路,隨著頻率的升高,其電流放大系數(shù)ααIcIe)值下降到低頻(1000Hz)值αo0.707倍時(shí),所對(duì)應(yīng)的頻率稱為α截止頻率,用表示(圖10)。反映了三極管共基極運(yùn)用時(shí)的頻率限制。在三極管產(chǎn)品系列中,常根據(jù)的大小劃分低頻管和高頻管。國(guó)家規(guī)定,3MHz的為低頻管,3MHz的為高頻管。

電路圖

一問:假如三極管的工作頻率高于值,會(huì)不會(huì)失去電流放大能力呢?的關(guān)系是什么?

一答:當(dāng)頻率高于值后,繼續(xù)升高頻率,β值將隨之下降,直到β,三極管就失去了放大能力。為此,人們規(guī)定:在高頻條件下,β時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率,稱為特征頻率,用fT 表示。fT常作為標(biāo)志三極管頻率特性好壞的重要參數(shù)。在選擇三極管時(shí),應(yīng)使管子的特征頻率fT比實(shí)際工作頻率高出35倍。

的物理意義是相同的,僅僅是放大電路連接方式不同。理論分析和實(shí)驗(yàn)都可以證明,同一只三極管的值遠(yuǎn)比值要小,它們之間的關(guān)系為

=(1α

這就說明了共發(fā)射極電路的極限工作頻率比共基極電路低得多。所以,高頻放大和振蕩電路大多采用共基極連接。

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