?三極管的定義
? ? ? ? 半導體三極管也稱為晶體三極管,可以說它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開關作用。三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結構成的,而三極管由兩個PN結構成,共用的一個電極成為三極管的基極(用字母b表示)。其他的兩個電極成為集電極(用字母c表示)和發射極(用字母e表示)。由于不同的組合方式,形成了一種是NPN型的三極管,另一種是PNP型的三極管。三極管的種類很多,并且不同型號各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝,常見三極管的外觀,有一個箭頭的電極是發射極,箭頭朝外的是NPN型三極管,而箭頭朝內的是PNP型。實際上箭頭所指的方向是電流的方向。
電子制作中常用的三極管有90××系列,包括低頻小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP),低噪聲管9014(NPN),高頻小功率管9018(NPN)等。它們的型號一般都標在塑殼上,而樣子都一樣,都是TO-92標準封裝。在老式的電子產品中還能見到3DG6(低頻小功率硅管)、3AX31(低頻小功率鍺管)等,它們的型號也都印在金屬的外殼上。我國生產的晶體管有一套命名規則,電子工程技術人員和電子愛好者應該了解三極管符號的含義。符號的第一部分“3”表示三極管。符號的第二部分表示器件的材料和結構:A——PNP型鍺材料;B——NPN型鍺材料;C——PNP型硅材料;D——NPN型硅材料。符號的第三部分表示功能:U——光電管;K——開關管;X——低頻小功率管;G——高頻小功率管;D——低頻大功率管;A——高頻大功率管。另外,3DJ型為場效應管,BT打頭的表示半導體特殊元件。
? ? ? ?三極管的作用
三極管最基本的作用是放大作用,它可以把微弱的電信號變成一定強度的信號,當然這種轉換仍然遵循能量守恒,它只是把電源的能量轉換成信號的能量罷了。三極管有一個重要參數就是電流放大系數 b。當三極管的基極上加一個微小的電流時,在集電極上可以得到一個是注入電流b 倍的電流,即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化,并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化,這就是三極管的放大作用。三極管還可以作電子開關,配合其它元件還可以構成振蕩器。
Z304三極管的主要參數及極性判別
1. 常用小功率三極管的主要參數
常用小功率三極管的主要參數,參見表B311。
三極管電極和管型的判別
(1) 目測法
① 管型的判別
一般,管型是NPN還是PNP應從管殼上標注的型號來辨別。依照部頒標準,三極管型號的第二位(字母),A、C表示PNP管,B、D表示NPN管,例如:
3AX 為PNP型低頻小功率管 3BX 為NPN型低頻小功率管
3CG 為PNP型高頻小功率管 3DG 為NPN型高頻小功率管
3AD 為PNP型低頻大功率管 3DD 為NPN型低頻大功率管
3CA 為PNP型高頻大功率管 3DA 為NPN型高頻大功率管
此外有國際流行的9011 ~ 9018系列高頻小功率管,除9012和9015為PNP管外,其余均為NPN型管。
② 管極的判別
常用中小功率三極管有金屬圓殼和塑料封裝(半柱型)等外型,圖T305介紹了三種典型的外形和管極排列方式。
三極管內部有兩個PN結,可用萬用表電阻檔分辨e、b、c三個極。在型號標注模糊的情況下,也可用此法判別管型。
① 基極的判別
判別管極時應首先確認基極。對于NPN管,用黑表筆接假定的基極,用紅表筆分別接觸另外兩個極,若測得電阻都小,約為幾百歐~幾千歐;而將黑、紅兩表筆對調,測得電阻均較大,在幾百千歐以上,此時黑表筆接的就是基極。PNP管,情況正相反,測量時兩個PN結都正偏的情況下,紅表筆接基極。 實際上,小功率管的基極一般排列在三個管腳的中間,可用上述方法,分別將黑、紅表筆接基極,既可測定三極管的兩個PN結是否完好(與二極管PN結的測量方法一樣),又可確認管型。
② 集電極和發射極的判別
確定基極后,假設余下管腳之一為集電極c,另一為發射極e,用手指分別捏住c極與b極(即用手指代替基極電阻Rb)。同時,將萬用表兩表筆分別與c、e接觸,若被測管為NPN,則用黑表筆接觸c極、用紅表筆接e極(PNP管相反),觀察指針偏轉角度;然后再設另一管腳為c極,重復以上過程,比較兩次測量指針的偏轉角度,大的一次表明IC大,管子處于放大狀態,相應假設的c、e極正確。
三極管性能的簡易測量
(1) 用萬用表電阻檔測ICEO和
基極開路,萬用表黑表筆接NPN管的集電極c、紅表筆接發射極e(PNP管相反),此時c、e間電阻值大則表明ICEO小,電阻值小則表明ICEO大。 用手指代替基極電阻Rb,用上法測c、e間電阻,若阻值比基極開路時小得多則表明 b值大。
(2) 用萬用表hFE檔測 b
有的萬用表有hFE檔,按表上規定的極型插入三極管即可測得電流放大系數 b,若 b 很小或為零,表明三極管己損壞,可用電阻檔分別測兩個PN結,確認是否有擊穿或斷路。
半導體三極管的選用
選用晶體管一要符合設備及電路的要求,二要符合節約的原則。根據用途的不同,一般應考慮以下幾個因素:工作頻率、集電極電流、耗散功率、電流放大系數、反向擊穿電壓、穩定性及飽和壓降等。這些因素又具有相互制約的關系,在選管時應抓住主要矛盾,兼顧次要因素。 低頻管的特征頻率fT一般在2.5MHz以下,而高頻管的fT都從幾十兆赫到幾百兆赫甚至更高。選管時應使fT為工作頻率的3~10倍。原則上講,高頻管可以代換低頻管,但是高頻管的功率一般都比較小,動態范圍窄,在代換時應注意功率條件。
一般希望b選大一些,但也不是越大越好。b太高了容易引起自激振蕩,何況一般b高的管子工作多不穩定,受溫度影響大。通常b多選40~100之間,但低噪聲高b值的管子(如1815、9011~9015等),b值達數百時溫度穩定性仍較好。另外,對整個電路來說還應該從各級的配合來選擇b。例如前級用b高的,后級就可以用b較低的管子;反之,前級用 b 較低的,后級就可以用b較高的管子。
集電極-發射極反向擊穿電壓UCEO應選得大于電源電壓。穿透電流越小,對溫度的穩定性越好。普通硅管的穩定性比鍺管好得多,但普通硅管的飽和壓降較鍺管為大,在某些電路中會影響電路的性能,應根據電路的具體情況選用,選用晶體管的耗散功率時應根據不同電路的要求留有一定的余量。 對高頻放大、中頻放大、振蕩器等電路用的晶體管,應選用特征頻率fT高、極間電容較小的晶體管,以保證在高頻情況下仍有較高的功率增益和穩定性。
半導體光敏器件——光敏三極管
光敏三極管在原理上類似于晶體管,只是它的集電結為光敏二極管結構。它的等效電路見圖T313。由于基極電流可由光敏二極管提供,故一般沒有基極外引線(有基極外引線的產品便于調整靜態工作點)。 如在光敏三極管集電極c和發射極e之間加電壓,使集電結反偏,則在無光照時,c、e 間只有漏電流ICEO,稱為暗電流,大小約為0.3 μA。有光照時將產生光電流IB,同時IB被“放大”形成集電極電流IC,大小在幾百微安到幾毫安之間。 光敏三極管的輸出特性和晶體管類似,只是用入射光的照度來代替晶體管輸出特性曲線中的IB。光敏三極管制成達林頓形式時,可獲得很大的輸出電流而能直接驅動某些繼電器。 光敏三極管的缺點是響應速度(約5 ~ 10 ms)比光敏二極管(幾百毫微秒)慢,轉換線性差,在低照度或高照度時,光電流放大系數 值變小。
使用光敏三極管時,除了管子實際運行時的電參數不能超限外,還應考慮入射光的強度是否恰當,其光譜范圍是否合適。過強的入射光將使管芯的溫度上升,影響工作的穩定性,不合光譜的入射光,將得不到所希望的光電流。例如:硅光敏三極管的光譜響應范圍為0.4 ~ 1.1 mm波長的光波,若用熒光燈作光源,結果就很不理想。 另外,在實際選用光敏三極管時,應注意按參數要求選擇管型。如要求靈敏度高,可選用達林頓型光敏三極管;如要求響應時間快,對溫度敏感性小,就不選用光敏三極管而選用光敏二極管。探測暗光一定要選擇暗電流小的管子,同時可考慮有基極引出線的光敏三極管,通過偏置取得合適的工作點,提高光電流的放大系數。例如,探測10-3勒克斯的弱光,光敏三極管的暗電流必須小于0.1 nA。光敏三極管的基本應用電路見圖T314 ,幾種國產光敏三極管的參數見表B317。
表B317 部分國產光敏三極管的參數