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三极管的电流扩大原理

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三极管的电


三极管的电流扩大原理


晶体三极管(以下简称三极管)按资料分有两种:锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构方式,但运用最多的是硅NPN和PNP两种三极管,两者除了电源极性不同外,其作业原理都是相同的,下面仅介绍NPN硅管的电流扩大原理。


图1、晶体三极管(NPN)的结构



图一是NPN管的结构图,它是由2块N型半导体中心夹着一块P型半导体所组成,从图可见发射区与基区之间构成的PN结称为发射结,而集电区与基区构成的PN结称为集电结,三条引线别离称为发射极e、基极b和集电极。
当b点电位高于e点电位零点几伏时,发射结处于正偏状况,而C点电位高于b点电位几伏时,集电结处于反偏状况,集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。
在制作三极管时,有意识地使发射区的大都载流子浓度大于基区的,一起基区做得很薄,并且,要严厉控制杂质含量,这样,一旦接通电源后,由于发射结正确,发射区的大都载流子(电子)极基区的大都载流子(控穴)很容易地截跳过发射结构互相向反方各分散,但因前者的浓度基大于后者,所以经过发射结的电流根本上是电子流,这股电子流称为发射极电流Ie。
由于基区很薄,加上集电结的反偏,注入基区的电子大部分跳过集电结进入集电区而构成集电集电流IC,只剩下很少(1-10%)的电子在基区的空穴进行复合,被复合掉的基区空穴由基极电源Eb从头补纪念给,然后构成了基极电流Ibo依据电流连续性原理得:
Ie=Ib+IC
这便是说,在基极弥补一个很小的Ib,就可以在集电极上得到一个较大的IC,这便是所谓电流扩大效果,Ic与Ib是保持必定的比例联系,即:
β1=IC/Ib
式中:β--称为直流扩大倍数,
集电极电流的改变量△IC与基极电流的改变量△Ib之比为:
β= △IC/△Ib
式中β--称为沟通电流扩大倍数,由于低频时β1和β的数值相差不大,所以有时为了便利起见,对两者不作严厉区别,β值约为几十至一百多。
三极管是一种电流扩大器件,但在实践运用中常常运用三极管的电流扩大效果,经过电阻转变为电压扩大效果。
 


二、三极管的特性曲线
 
1、输入特性
图2 (b)是三极管的输入特性曲线,它标明Ib随Ube的改变联系,其特点是:1)当Uce在0-2伏范围内,曲线方位和形状与Uce 有关,但当Uce高于2伏后,曲线Uce根本无关一般输入特性由两条曲线(Ⅰ和Ⅱ)标明即可。
2)当Ube<UbeR时,Ib≈O称(0~UbeR)的区段为“死区”当Ube>UbeR时,Ib随Ube添加而添加,扩大时,三极管作业在较直线的区段。
3)三极管输入电阻,界说为:
rbe=(△Ube/△Ib)Q点,其预算公式为:
rbe=rb+(β+1)(26毫伏/Ie毫伏)
rb为三极管的基区电阻,对低频小功率管,rb约为300欧。
2、输出特性
输出特性标明IC随Uce的改变联系(以Ib为参数)从图2(C)所示的输出特性可见,它分为三个区域:截止区、扩大区和饱满区。
截止区 当Ube<0时,则Ib≈0,发射区没有电子注入基区,但由于分子的热运动,集电集仍有小量电流经过,即IC=Iceo称为穿透电流,常温时Iceo约为几微安,锗管约为几十微安至几百微安,它与集电极反向电流Icbo的联系是:
ICbo=(1+β)Icbo
常温时硅管的ICbo小于1微安,锗管的Icbo约为10微安,关于锗管,温度每升高12℃,Icbo数值添加一倍,而关于硅管温度每升高8℃,Icbo数值增大一倍,尽管硅管的Icbo随温度改变更剧烈,但由于锗管的Icbo值自身比硅管大,所以锗管依然受温度影响较严峻的管,扩大区,当晶体三极管发射结处于正偏而集电结于反偏作业时,Ic随Ib近似作线性改变,扩大区是三极管作业在扩大状况的区域。
饱满区 当发射结和集电结均处于正偏状况时,IC根本上不随Ib而改变,失去了扩大功用。依据三极管发射结和集电结偏置状况,或许判别其作业状况。


图2、三极管的输入特性与输出特性



截止区和饱满区是三极管作业在开关状况的区域,三极管和导通时,作业点落在饱满区,三极管截止时,作业点落在截止区。


三、三极管的主要参数
 
1、直流参数
(1)集电极一基极反向饱满电流ICbo,发射极开路(Ie=0)时,基极和集电极之间加上规则的反向电压Vcb时的集电极反向电流,它只与温度有关,在必定温度下是个常数,所以称为集电极一基极的反向饱满电流。杰出的三极管,Icbo很小,小功率锗管的Icbo约为1~10微安,大功率锗管的Icbo可达数毫安,而硅管的Icbo则十分小,是毫微安级。
(2)集电极一发射极反向电流ICeo(穿透电流)基极开路(Ib=0)时,集电极和发射极之间加上规则反向电压Vce时的集电极电流。Iceo大约是Icbo的β倍即Iceo=(1+β)Icbo o Icbo和Iceo受温度影响极大,它们是衡量管子热安稳性的重要参数,其值越小,功能越安稳,小功率锗管的Iceo比硅管大。
(3)发射极---基极反向电流Iebo 集电极开路时,在发射极与基极之间加上规则的反向电压时发射极的电流,它实践上是发射结的反向饱满电流。
(4)直流电流扩大系数β1(或hEF) 这是指共发射接法,没有沟通信号输入时,集电极输出的直流电流与基极输入的直流电流的比值,即:
β1=IC/Ib
2、沟通参数
(1)沟通电流扩大系数β(或hfe) 这是指共发射极接法,集电极输出电流的改变量△IC与基极输入电流的改变量△Ib之比,即:
β= △IC/△Ib
一般晶体管的β大约在10-200之间,假如β太小,电流扩大效果差,假如β太大,电流扩大效果尽管大,但功能往往不安稳。
(2)共基极沟通扩大系数α(或hfb) 这是指共基接法时,集电极输出电流的改变是△IC与发射极电流的改变量△Ie之比,即:
α=△IC/△Ie
由于△IC<△Ie,故α<1。高频三极管的α>0.90就可以运用
α与β之间的联系:
α= β/(1+β)
β= α/(1-α)≈1/(1-α)
(3)截止频率fβ、fα 当β下降到低频时0.707倍的频率,便是共发射极的截止频率fβ;当α下降到低频时的0.707倍的频率,便是共基极的截止频率fαo fβ、fα是标明管子频率特性的重要参数,它们之间的联系为:
fβ≈(1-α)fα
(4)特征频率fT由于频率f上升时,β就下降,当β下降到1时,对应的fT是全面地反映晶体管的高频扩大功能的重要参数。
3、极限参数
(1)集电极最大答应电流ICM 当集电极电流Ic添加到某一数值,引起β值下降到额定值的2/3或1/2,这时的Ic值称为ICM。所以当Ic超越ICM时,尽管不致使管子损坏,但β值明显下降,影响扩大质量。
(2)集电极----基极击穿电压BVCBO 当发射极开路时,集电结的反向击穿电压称为BVEBO。
(3)发射极-----基极反向击穿电压BVEBO 当集电极开路时,发射结的反向击穿电压称为BVEBO。
(4)集电极-----发射极击穿电压BVCEO 当基极开路时,加在集电极和发射极之间的最大答应电压,运用时假如Vce>BVceo,管子就会被击穿。
(5)集电极最大答应耗散功率PCM 集电流过IC,温度要升高,管子因受热而引起参数的改变不超越答应值时的最大集电极耗散功率称为PCM。管子实践的耗散功率于集电极直流电压和电流的乘积,即Pc=Uce×Ic.运用时庆使Pc<PCM。
PCM与散热条件有关,添加散热片可进步PCM。
 

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