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三极管结构与作业原理详解

本站为您提供的三极管结构与工作原理详解,很多初学者都会认为三极管是两个PN 结的简单凑合(如图1)。这种想法是错误的,两个二极管的组合不能形成一个三极管。我们以NPN 型三极管为例(见图2 ),两个PN 结共用了一个P 区——基区,基区做得极薄,只有几微米到几十微米.

  许多初学者都会以为三极管是两个PN 结的简略将就(如图1)。这种主意是过错的,两个二极管的组合不能构成一个三极管。咱们以NPN 型三极管为例(见图2 ),两个PN 结共用了一个P 区——基区,基区做得极薄,只要几微米到几十微米,正是靠着它把两个PN 结有机地结组成一个不可分割的全体,它们之间存在着彼此联络和彼此影响,使三极管彻底不同于两个独自的PN 结的特性。三极管在外加电压的效果下,构成基极电流、集电极电流和发射极电流,成为电流扩大器件。

  三极管结构与作业原理详解

  三极管结构与作业原理详解

  二、三极管的电流扩大效果与其物理结构有关,三极管内部进行的物理进程是十分复杂的,初学者暂时不必去深入探讨。从运用的视点来讲,能够把三极管看作是一个电流分配器。一个三极管制成后,它的三个电流之间的份额联系就大体上确认了(见图 3 ),用式子来表明便是

  β 和 α 称为三极管的电流分配系数,其间 β 值咱们比较了解,都管它叫电流扩大系数。三个电流中,有一个电流发生改动,别的两个电流也会跟着按份额地改动。例如,基极电流的改动量 ΔI b = 10 μA , β = 50 ,依据 ΔI c = βΔI b 的联系式,集电极电流的改动量 ΔI c = 50&TImes;10 = 500μA ,完成了电流扩大。

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  三、三极管本身并不能把小电流变成大电流,它只是起着一种操控效果,操控着电路里的电源,按确认的份额向三极管供给 I b 、 I c 和 I e 这三个电流。为了简单了解,咱们仍是用水流比方电流(见图 4 )。这是粗、细两根水管,粗的管子内装有闸口,这个闸口是由细的管子中的水量操控着它的敞开程度。假如细管子中没有水流,粗管子中的闸口就会封闭。注入细管子中的水量越大,闸口就开得越大,相应地流过粗管子的水就越多,这就体现出“以小操控大,以弱操控强”的道理。由图可见,细管子的水与粗管子的水在下端汇合在一根管子中。三极管的基极 b 、集电极 c 和发射极 e 就对应着图 4 中的细管、粗管和粗细交汇的管子。电路见图 5 ,若给三极管外加必定的电压,就会发生电流 I b 、 I c 和 I e 。调理电位器 RP 改动基极电流 I b , I c 也随之改动。因为 I c = βI b ,所以很小的 I b 操控着比它大 β 倍的 I c 。 I c 不是由三极管发生的,是由电源 V CC 在 I b 的操控下供给的,所以说三极管起着能量转化效果。

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  四、如图,假定三极管的β=100,RP=200K,此刻的Ib=6v/(200k+100k)=0.02mA,Ic=βI b=2mA当RP=0时,Ib=6v/100k=0.06mA,Ic=βI b=2mA。以上两种状况都契合Ic=βI b,咱们说,三极管处于“扩大区”。假定RP=0,Rb=1k,此刻,Ib=6v/1k=6mA按Ic=βI b核算,Ic应等于600mA,而实际上,因为图中300欧姆限流电阻(Rc)的存在,实际上Ic=(6v/300)≈20mA,此刻,Ic≠βI b,并且,Ic不再受Ib操控,即处于“饱满区”,当RP和Rb大到必定程度,使Ube《死区电压(硅管约0.5V,锗管约0.3)此刻be结处于不导通状况,Ib=0,则Ic=0,处于“截止区”。

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  五、单纯从“扩大”的视点来看,咱们期望 β 值越大越好。但是,三极管接成共发射极扩大电路时,从管子的集电极 c 到发射极 e 总会发生一有害的漏电流,称为穿透电流 I ceo ,它的巨细与 β 值近似成正比, β 值越大, I ceo 就越大。 I ceo 这种寄生电流不受 I b 操控,却成为集电极电流 I c 的一部分, I c = βI b + I ceo 。值得注意的是, I ceo 跟温度有亲近的联系,温度升高, I ceo 急剧变大,破坏了扩大电路作业的稳定性。所以,挑选三极管时,并不是 β 越大越好,一般取硅管 β 为 40 ~ 150 ,锗管取 40 ~ 80 。

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  六、在常温下,锗管的穿透电流比较大,一般由几十微安到几百微安,硅管的穿透电流就比较小,一般只要零点几微安到几微安。 I ceo 尽管不大,却与温度有着亲近的联系,它们遵从着所谓的“加倍规矩”,这便是温度每升高 10℃ , I ceo 约增大一倍。例如,某锗管在常温 20℃ 时, I ceo 为 20μA ,在运用中管芯温度上升到 50℃ , I ceo 就增大到 160μA 左右。丈量 I ceo 的电路很简略(图 7 ),三极管的基极开路,在集电极与发射极之间接入电源 V CC ( 6V ),串联在电路中的电流表(可用万用表中的 0.1mA 挡)所指示的电流值便是 I ceo 。

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  七、严格地说,三极管的 β 值不是一个不变的常数。在实际运用中,调整三极管的集电极电流 I , β 值会跟着发生改动(图  )。一般说来,在 I c 很小(例如几十微安)或很大(即挨近集电极最大允电流 I CM )时, β 值都比较小,在 1mA 以上适当宽的范围内,小功率管的 β 值都比较大,所以,同学们在调试扩大电路时,要确认适宜的作业电流 I c ,以取得最佳扩大状况。别的, β 值也和三极管的其它参数相同,跟温度有亲近的联系。温度升高, β 值相应变大。一般温度每升高 1℃ , β 值添加 0.5 %~ 1 %。

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  八、三极管有一个极限参数叫集电极最大答应电流,用 I CM 表明。 I CM 常称为三极管的额定电流,所以人们常常误以为超越了 I CM 值,因为过热会把管子烧坏。实际上,规则 I CM 值是为防止集电极电流太大时引起 β 值下降过多。一般把 β 值降低到它的最大值一半左右时的集电极电流定为集电极最大答应电流 I CM 。

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  九、三极管的电流扩大系数 β 值还与电路的作业频率有关。在必定的频率范围内,能够以为 β 值是不随频率改动的(图  ),但是当频率升高到超越某一数值后, β 值就会显着下降。为了确保三极管在高频时依然具有满足的扩大才能,人们规则:当频率升高到使 β 值下降到低频( 1000Hz )值 β 0 的 0.707 倍时,所对应的频率称为 β 截止频率,用 f β 表明。 f β 便是三极管接成共发射极电路时所答应的最高作业频率。

  三极管 β 截止频率 f β 是在三极管接成共发射极扩大电路时测定的。假如三极管接成共基极电路,跟着频率的升高,其电流扩大系数 α ( α = I c / I e )值下降到低频( 1000Hz )值 α o 的 0.707 倍时,所对应的频率称为 α 截止频率,用 f α 表明(图 )。 f α 反映了三极管共基极运用时的频率约束。在三极管产品系列中,常依据 f α 的巨细区分低频管和高频管。国家规则, f α < 3MHz 的为低频管, f α > 3MHz 的为高频管。

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  当频率高于 f β 值后,持续升高频率, β 值将随之下降,直到 β = 1 ,三极管就失去了扩大才能。为此,人们规则:在高频条件下, β = 1 时所对应的频率,称为特征频率,用 f T 表明。 f T 常作为标志三极管频率特性好坏的重要参数。在挑选三极管时,应使管子的特征频率 f T 比实际作业频率高出 3 ~ 5 倍。

  f α 与 f β 的物理含义是相同的,只是是扩大电路衔接方法不同。理论剖析和试验都能够证明,同一只三极管的 f β 值远比 f α 值要小,它们之间的联系为

  f β =( 1 - α ) f α

  这就说明晰共发射极电路的极限作业频率比共基极电路低得多。所以,高频扩大和振荡电路大多选用共基极衔接。

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