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三极管

2014-3-12 12:35| 编辑:电工学习网| 查看: 4545| 评论: 0

  半导体三极管也称为晶体三极管,可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的,而三极管由两个PN结构成,共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式,形成了一种是NPN型的三极管,另一种是PNP型的三极管。三极管的种类很多,并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装,常见三极管的外观,有一个箭头的电极是发射极,箭头朝外的是NPN型三极管,而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。
  电子制作中常用的三极管有90××系列,包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP),低噪声管9014(NPN),高频小功率管9018(NPN)等。它们的型号一般都标在塑壳上,而样子都一样,都是TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功率锗管)等,它们的型号也都印在金属的外壳上。我国生产的晶体管有一套命名规则,电子工程技术人员和电子爱好者应该了解三极管符号的含义。符号的第一部分“3”表示三极管。符号的第二部分表示器件的材料和结构:A——PNP型锗材料;B——NPN型锗材料;C——PNP型硅材料;D——NPN型硅材料。符号的第三部分表示功能:U——光电管;K——开关管;X——低频小功率管;G——高频小功率管;D——低频大功率管;A——高频大功率管。另外,3DJ型为场效应管,BT打头的表示半导体特殊元件。

  三极管最基本的作用是放大作用,它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号,当然这种转换仍然遵循能量守恒,它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数 b。当三极管的基极上加一个微小的电流时,在集电极上可以得到一个是注入电流b 倍的电流,即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化,并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化,这就是三极管的放大作用。三极管还可以作电子开关,配合其它元件还可以构成振荡器。
  Z304三极管的主要参数及极性判别
  1. 常用小功率三极管的主要参数
常用小功率三极管的主要参数,参见表B311

  2.三极管电极和管型的判别
  (1) 目测法
① 管型的判别
一般,管型是
NPN还是PNP应从管壳上标注的型号来辨别。依照部颁标准,三极管型号的第二位(字母),A、C表示PNP管,B、D表示NPN管,例如:
3AX 为PNP型低频小功率管 3BX 为NPN型低频小功率管
3CG 为PNP型高频小功率管 3DG 为NPN型高频小功率管
3AD 为PNP型低频大功率管 3DD 为NPN型低频大功率管
3CA 为PNP型高频大功率管 3DA 为NPN型高频大功率管
此外有国际流行的
9011 ~ 9018系列高频小功率管,除90129015PNP管外,其余均为NPN型管。
  ② 管极的判别
常用中小功率三极管有金属圆壳和塑料封装(半柱型)等外型,图T305介绍了三种典型的外形和管极排列方式。
  (2) 用万用表电阻档判别
三极管内部有两个PN结,可用万用表电阻档分辨e、b、c三个极。在型号标注模糊的情况下,也可用此法判别管型。
  ① 基极的判别
判别管极时应首先确认基极。对于NPN管,用黑表笔接假定的基极,用红表笔分别接触另外两个极,若测得电阻都小,约为几百欧~几千欧;而将黑、红两表笔对调,测得电阻均较大,在几百千欧以上,此时黑表笔接的就是基极。PNP管,情况正相反,测量时两个PN结都正偏的情况下,红表笔接基极。 实际上,小功率管的基极一般排列在三个管脚的中间,可用上述方法,分别将黑、红表笔接基极,既可测定三极管的两个PN结是否完好(与二极管PN结的测量方法一样),又可确认管型。
  ② 集电极和发射极的判别
确定基极后,假设余下管脚之一为集电极
c,另一为发射极e,用手指分别捏住c极与b极(即用手指代替基极电阻Rb)。同时,将万用表两表笔分别与c、e接触,若被测管为NPN,则用黑表笔接触c极、用红表笔接e极(PNP管相反),观察指针偏转角度;然后再设另一管脚为c极,重复以上过程,比较两次测量指针的偏转角度,大的一次表明IC大,管子处于放大状态,相应假设的c、e极正确。
  3.三极管性能的简易测量
  (1) 用万用表电阻档测ICEO
基极开路,万用表黑表笔接NPN管的集电极c、红表笔接发射极e(PNP管相反),此时c、e间电阻值大则表明ICEO小,电阻值小则表明ICEO大。 用手指代替基极电阻Rb,用上法测c、e间电阻,若阻值比基极开路时小得多则表明 b值大。
  (2) 用万用表hFE档测 b
有的万用表有hFE档,按表上规定的极型插入三极管即可测得电流放大系数
b,若 b 很小或为零,表明三极管己损坏,可用电阻档分别测两个PN结,确认是否有击穿或断路。
  4.半导体三极管的选用
  选用晶体管一要符合设备及电路的要求,二要符合节约的原则。根据用途的不同,一般应考虑以下几个因素:工作频率、集电极电流、耗散功率、电流放大系数、反向击穿电压、稳定性及饱和压降等。这些因素又具有相互制约的关系,在选管时应抓住主要矛盾,兼顾次要因素。 低频管的特征频率fT一般在2.5MHz以下,而高频管的fT都从几十兆赫到几百兆赫甚至更高。选管时应使fT为工作频率的3~10倍。原则上讲,高频管可以代换低频管,但是高频管的功率一般都比较小,动态范围窄,在代换时应注意功率条件。
  一般希望b选大一些,但也不是越大越好。b太高了容易引起自激振荡,何况一般b高的管子工作多不稳定,受温度影响大。通常b多选40~100之间,但低噪声高b值的管子(如1815、9011~9015等),b值达数百时温度稳定性仍较好。另外,对整个电路来说还应该从各级的配合来选择b。例如前级用b高的,后级就可以用b较低的管子;反之,前级用 b 较低的,后级就可以用b较高的管子。
  集电极-发射极反向击穿电压UCEO应选得大于电源电压。穿透电流越小,对温度的稳定性越好。普通硅管的稳定性比锗管好得多,但普通硅管的饱和压降较锗管为大,在某些电路中会影响电路的性能,应根据电路的具体情况选用,选用晶体管的耗散功率时应根据不同电路的要求留有一定的余量。 对高频放大、中频放大、振荡器等电路用的晶体管,应选用特征频率fT高、极间电容较小的晶体管,以保证在高频情况下仍有较高的功率增益和稳定性。
  半导体光敏器件——光敏三极管
  光敏三极管在原理上类似于晶体管,只是它的集电结为光敏二极管结构。它的等效电路见图T313。由于基极电流可由光敏二极管提供,故一般没有基极外引线(有基极外引线的产品便于调整静态工作点)。 如在光敏三极管集电极c和发射极e之间加电压,使集电结反偏,则在无光照时,c、e 间只有漏电流ICEO,称为暗电流,大小约为0.3 μA。有光照时将产生光电流IB,同时IB被“放大”形成集电极电流IC,大小在几百微安到几毫安之间。 光敏三极管的输出特性和晶体管类似,只是用入射光的照度来代替晶体管输出特性曲线中的IB。光敏三极管制成达林顿形式时,可获得很大的输出电流而能直接驱动某些继电器。 光敏三极管的缺点是响应速度(约5 ~ 10 ms)比光敏二极管(几百毫微秒)慢,转换线性差,在低照度或高照度时,光电流放大系数 值变小。
  使用光敏三极管时,除了管子实际运行时的电参数不能超限外,还应考虑入射光的强度是否恰当,其光谱范围是否合适。过强的入射光将使管芯的温度上升,影响工作的稳定性,不合光谱的入射光,将得不到所希望的光电流。例如:硅光敏三极管的光谱响应范围为0.4 ~ 1.1 mm波长的光波,若用荧光灯作光源,结果就很不理想。 另外,在实际选用光敏三极管时,应注意按参数要求选择管型。如要求灵敏度高,可选用达林顿型光敏三极管;如要求响应时间快,对温度敏感性小,就不选用光敏三极管而选用光敏二极管。探测暗光一定要选择暗电流小的管子,同时可考虑有基极引出线的光敏三极管,通过偏置取得合适的工作点,提高光电流的放大系数。例如,探测10-3勒克斯的弱光,光敏三极管的暗电流必须小于0.1 nA。光敏三极管的基本应用电路见图T314 ,几种国产光敏三极管的参数见表B317
B317 部分国产光敏三极管的参数
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