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淺析三極管結(jié)構(gòu)與工作原理

日期:2019-12-06 / 人氣: / 來(lái)源:

[概要說(shuō)明]文主要是關(guān)于大功率三極管的相關(guān)介紹,并著重對(duì)大功率三極管的結(jié)構(gòu)、作用及其分類進(jìn)行了詳盡的闡述。
三極管,全稱應(yīng)為半導(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(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào), 也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。晶體三極管,是半導(dǎo)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。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié),兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分,中間部分是基區(qū),兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū),排列方式有PNP和NPN兩種。

本文主要是關(guān)于大功率三極管的相關(guān)介紹,并著重對(duì)大功率三極管的結(jié)構(gòu)、作用及其分類進(jìn)行了詳盡的闡述。

大功率三極管

大功率三極管一般是指耗散功率大于1w的三極管。可廣泛應(yīng)用于高、中、低頻功率放大、開(kāi)關(guān)電路,穩(wěn)壓電路,模擬計(jì)算機(jī)功率輸出電路。

功率三極管的結(jié)構(gòu)

常見(jiàn)的大功率三極管外形如圖所示。它們的特點(diǎn)是工作電流大,而且體積也大,各電極的引線較粗而硬,集電極引線與金屬外殼或散熱片相連。這樣金屬外殼就是管子的集電極,塑封三極管的自帶散熱片也就成為集電極了。

大功率三極管的分類

大功率三極管根據(jù)其特征頻率的不同分為高頻大功率三極管(f(t)》3mhz)和低頻大功率三極管 (f(t)《(3mhz)。  常用的高頻大功率三極管有3da87、3dal51、3dal52、3da88、3dag3、3da30、3dal4、3da41、3dal、3da2、3da3等。  常用的低頻大功率三極管有:3ddl2、3ddl3、3ddl4、3ddl5、3dd50、3ddl00、3dd52、3ddlo2、3dd205、3dd207、3dd301、3cd6、3cd3o、dd0l、dd03等。

大功率三極管的應(yīng)用

高頻大功率三極管主要用于功率驅(qū)動(dòng)電路、功率放大電路、通信電路的設(shè)備中。低頻大功率三極管的用途很廣泛,如電視機(jī)、擴(kuò)音機(jī)、音響設(shè)備的低頻功率放大電路、穩(wěn)壓電源電路、開(kāi)關(guān)電路等。

大功率三極管的檢測(cè)

利用萬(wàn)用表檢測(cè)中、 小功率三極管的極性、 管型及性能的各種方法, 對(duì)檢測(cè)大功率三極管來(lái)說(shuō)基本上適用。 但是, 由于大功率三極管 —2— 的工作電流比較大, 因而其 pn 結(jié)的面積也較大。 pn 結(jié)較大, 其反向飽和電流也必然增大。 所以, 若像測(cè)量中、 小功率三極管極間電阻那樣, 使用萬(wàn)用表的 r× 1 k 檔測(cè)量, 必然測(cè)得的電阻值很小, 好像極間短路一樣, 所以通常使用 r× 1 0 或 r× 1 檔檢測(cè)大功率三極管。

三極管的放大原理

1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子

電源Ub經(jīng)過(guò)電阻Rb加在發(fā)射結(jié)上,發(fā)射結(jié)正偏,發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(自由電子)不斷地越過(guò)發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū),形成發(fā)射極電流Ie,同時(shí)基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散,但由于多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)載流子濃度,可以不考慮這個(gè)電流,因此可以認(rèn)為發(fā)射結(jié)主要是電子流。

2、基區(qū)中電子的擴(kuò)散與復(fù)合

電子進(jìn)入基區(qū)后,先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集,漸漸形成電子濃度差,在濃度差的作用下,促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴(kuò)散,被集電結(jié)電場(chǎng)拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子(因?yàn)榛鶇^(qū)很薄)與基區(qū)的空穴復(fù)合,擴(kuò)散的電子流與復(fù)合電子流之比例決定了三極管的放大能力。

3、集電區(qū)收集電子

由于集電結(jié)外加反向電壓很大,這個(gè)反向電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴(kuò)散,同時(shí)將擴(kuò)散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流Icn,另外集電區(qū)的少數(shù)載流子(空穴)也會(huì)產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng),流向基區(qū)形成反向飽和電流,用Icbo來(lái)表示,其數(shù)值很小,但對(duì)溫度卻異常敏感。

三極管的構(gòu)成部分

比如NPN型三極管,由兩個(gè)N區(qū)1個(gè)P區(qū)構(gòu)成,也可分發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)這三個(gè)區(qū),它有三個(gè)集,每個(gè)區(qū)各引出一條腳,叫三個(gè)集,他們分別是基極d、發(fā)射極e、集電極c,所以從外形上看,三極管有三個(gè)腳。

三極管的優(yōu)點(diǎn)

1、電子開(kāi)關(guān)速度可選200KHZ,當(dāng)然快慢都可以工作;

2、不會(huì)像機(jī)械開(kāi)關(guān)那樣,會(huì)產(chǎn)生電弧,接觸有安全可靠。

三極管的分類

1、小功率晶體三極管

小功率晶體三極管的功率一般小于0.3W,它是電阻電路重用的最多的晶體三極管之一,主要用來(lái)放大交、直流信號(hào)或應(yīng)用在振蕩器、變換器等電路中。

2、中功率晶體三極管

中功率晶體三極管的功率一般在0.3~1W之間,這種晶體管主要用于驅(qū)動(dòng)電路和激勵(lì)電路之中,或者是為大功率放大器提供驅(qū)動(dòng)信號(hào),根據(jù)工作電流和耗散功率,應(yīng)采用適當(dāng)?shù)纳岱绞健?/span>

3、大功率晶體三極管

大功率晶體三極管的功率一般在1W以上,這種晶體三極管由于耗散功率比較大,工作時(shí)往往會(huì)引起芯片內(nèi)溫度過(guò)高,所以通常需要安裝散熱片,以確保晶體三極管良好的散熱。

4、低頻晶體三極管

低頻晶體三極管的特征頻率一般小于3MHz,這種晶體管多用于低頻放大電路,例如收音機(jī)的功放電路等。

5、高頻晶體三極管

高頻晶體三極管的特征頻率大于3MHz,這種晶體三極管多用于高頻放大電路、混頻電路或高頻振蕩電路。

6、貼片三極管

貼片三極管體積小巧,多用于數(shù)碼產(chǎn)品的電子電路中。

7、金屬封裝的晶體三極管

采用金屬封裝的晶體三極管主要有B型,C型,D型,E型,F(xiàn)型,G型,其中小功率晶體三極管(以高頻小功率晶體三極管為主)主要采用B型封裝形式,F(xiàn)型和G型封裝形式主要用于低頻大功率晶體三極管。

8、光敏三極管

光敏三極管是一種具有放大能力的光-電轉(zhuǎn)換器件,因此相比光敏二極管它具有更高的靈敏度。需要注意的是,光敏晶體管既有3個(gè)引腳的,也有2個(gè)引腳的,使用時(shí)要注意辨別,不要誤認(rèn)為2個(gè)引腳的光敏晶體三極管為光敏二極管。

三極管的作用

晶體三極管具有電流放大作用,其實(shí)質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來(lái)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(shù),用符號(hào)“β”表示,電流放大倍數(shù)對(duì)于某一只三極管來(lái)說(shuō)是一個(gè)定值,但隨著三極管工作時(shí)基極電流的變化也會(huì)有一定的改變。

一、擴(kuò)流

把一只小功率可控硅和一只大功率三極管組合,就可得到一只大功率可控硅,其最大輸出電流由大功率三極管的特性決定,見(jiàn)附圖9(a)。圖9(b)為電容容量擴(kuò)大電路。利用三極管的電流放大作用,將電容容量擴(kuò)大若干倍,這種等效電容和一般電容器一樣,可浮置工作,適用于在長(zhǎng)延時(shí)電路中作定時(shí)電容,用穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路雖具有簡(jiǎn)單、元件少、制作經(jīng)濟(jì)方便的優(yōu)點(diǎn),但由于穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電流一般只有數(shù)十毫安,因而決定了它只能用在負(fù)載電流不太大的場(chǎng)合。圖9(c)可使原穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電流及動(dòng)態(tài)電阻范圍得到較大的擴(kuò)展,穩(wěn)定性能可得到較大的改善。

二、代換

9(d)中的兩只三極管串聯(lián)可直接代換調(diào)光臺(tái)燈中的雙向觸發(fā)二極管;圖9(e)中的三極管可代用8V左右的穩(wěn)壓管,圖9(f)中的三極管可代用30V左右的穩(wěn)壓管,上述應(yīng)用時(shí),三極管的基極均不使用。

三、模擬

三極管夠成的電路還可以模擬其它元器件,大功率可變電阻價(jià)貴難覓,用圖9(g)電路可作模擬品,調(diào)節(jié)510電阻的阻值,即可調(diào)節(jié)三極管C、E兩極之間的阻抗,此阻抗變化即可代替可變電阻使用。圖9(h)為用三極管模擬的穩(wěn)壓管,其穩(wěn)壓原理是:當(dāng)加到A、B兩端的輸入電壓上升時(shí),因三極管的B、E結(jié)壓降基本不變,故R2兩端壓降上升,經(jīng)過(guò)R2的電流上升,三極管發(fā)射結(jié)正偏增強(qiáng),其導(dǎo)通性也增強(qiáng),C、E極間呈現(xiàn)的等效電阻減小,壓降降低,從而使AB端的輸入電壓下降,調(diào)節(jié)R2即可調(diào)節(jié)此模擬穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值。

三極管的檢測(cè)方法

1、一般正常的三極管是能夠測(cè)量到兩個(gè)PN結(jié),他們的引腳排列是:在正面的時(shí)候依次為:b—c—e極,b基極、c集電極、e發(fā)射極。但是大功率三極管是固定的,在電路上更換安裝的時(shí)候絕對(duì)不能接反,安裝必須正確;

2、三極管實(shí)物的型號(hào)表示方法:C或D開(kāi)頭加數(shù)字的就表示是NPN型的,比如:C1815、D1407、D5287等都是NPN型,A和B開(kāi)頭的加些數(shù)字呢則表示是PNP型,比如:B817、A1015等;

3、如果三極管損壞了,就是它內(nèi)部PN被擊穿短路了,那么我們就用萬(wàn)用表測(cè)三個(gè)極中任意兩個(gè)極之間的阻值都為0,這樣的話,我們必須要更換三極管之后設(shè)備才會(huì)正常工作。

三極管的輸出特性

1)飽和區(qū):

三極管工作在飽和區(qū)時(shí)基極-發(fā)射極和基極-集電極之間都處于正向偏置,從圖中可以看出飽和區(qū)的三極管集電極電流IC隨著UCE的增大而增大,特別是UCE幾乎為零時(shí)IC增大速率很明顯,集電極電流IC超過(guò)一定值時(shí),三極管的直流增益hFE會(huì)下降,當(dāng)直流增益hFE下降到正常數(shù)值的三分之二時(shí)的集電極電流,稱為三極管的最大集電極電流。

2)放大區(qū):

三極管工作在放大區(qū)時(shí)基極-發(fā)射極處于正向偏置,基極-集電極之間處于反向偏置(因?yàn)閁CE大于0.7V),這個(gè)時(shí)候三極管集電極電流IC變化很平緩,也就是說(shuō)三極管集電極電流IC等于直流增益hFE與基極電流IB的乘積,基極開(kāi)路時(shí)加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓成為集-射極反向擊穿電壓。當(dāng)UCE大于集-射極反向擊穿電壓時(shí)將導(dǎo)致三極管的擊穿(相當(dāng)于二極管的PN結(jié)加上反向偏置電壓超出最大反向耐壓導(dǎo)致二極管的擊穿),三極管的數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的集-射極反向擊穿電壓一般是常溫25℃下的值,該值隨著環(huán)境溫度的升高而降低,使用時(shí)要特別注意。

3)截止區(qū):

顯然此時(shí)三極管基極-發(fā)射極處于反向偏置,基極電流IB等于0。

總的來(lái)說(shuō)三極管截止時(shí)等效于一個(gè)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)(電阻無(wú)窮大),所以三極管集電極電流IC等于零;三極管飽和時(shí)等效于一個(gè)開(kāi)關(guān)的接通(電阻很?。匀龢O管集電極和發(fā)射極之間的電壓幾乎為零。集電極電流IC通過(guò)集電結(jié)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量,引起三極管的參數(shù)變化。當(dāng)三極管因受熱引起的參數(shù)變化不超過(guò)允許值時(shí),集電極小號(hào)的功率等于IC和UCE的乘積。



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