嗨,各位同学大家好,这里是萌萌老师的电子元器件基础知识讲堂,很高兴与大家相聚在这里!
在之前的课堂上,萌萌老师为大家讲解了二极管的基础知识,从本次课堂开始,萌萌老师将会为大家详细介绍三极管的基本特性和参数知识,我们开始学习吧!
首先,我们来认识一下什么是三极管
三极管的定义:三极管全称应为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种电流控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号,也用作无触点开关。
晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。
图为部分型号的三极管三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种。
图为三极管的结构图
那么,三极管的基本特性都有哪些呢?
三极管的基本特性是:在一定的条件下集电极电流和基极电流成比例,因此可以用很小的基极电流控制较大的集电极电流,这样一来就起到电流放大作用。
在符合放大条件(发射结加正向电压,集电结加反向)的情况下有关系式Ic≈β*Ib,β叫做“共射交流电流放大系数”一般为几十到几百,三极管在这种情况下可以把电流放大。
三极管的特性曲线示意图三极管对直流电流、交流电流都有放大作用。
三极管的公式是Ie=Ib+Ic。意思就是流过三极管发射极的电流等于流过基极和集电极电流的和,这根据基尔霍夫电流定律(KCL)来的。
基尔霍夫电流定律:电路中任一个节点上,在任一时刻,流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。
接下来,我们需要了解一下三极管的主要参数
直流参数
(1)集电极一基极反向饱和电流Icbo,发射极开路(Ie=0)时,基极和集电极之间加上规定的反向电压Vcb时的集电极反向电流,它只与温度有关,在一定温度下是个常数,所以称为集电极一基极的反向饱和电流。
良好的三极管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。
硅管的Icbo则非常小,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定反向电压Vce时的集电极电流。Iceo大约是Icbo的β倍即Iceo=(1+β)Icbo。
Icbo和Iceo受温度影响极大,它们是衡管子热稳定性的重要参数,其值越小,性能越稳定。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定的反向电压时发射极的电流,它实际上是发射结的反向饱和电流。
(4)直流电流放大系数β1(或hEF)这是指共发射接法,没有交流信号输入时,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
交流参数
(1)交流电流放大系数β(或hfe)这是指共发射极接法,集电极输出电流的变化量△Ic与基极输入电流的变化量△Ib之比,即:β=△Ic/△Ib
一般晶体管的β大约在10-200之间,如果β太小,电流放大作用差,如果β太大,电流放大作用虽然大,但性能往往不稳定。
(2)共基极交流放大系数α(或hfb)这是指共基接法时,集电极输出电流的变化是△Ic与发射极电流的变化量△Ie之比,即:α=△Ic/△Ie
因为△Ic<△Ie,故α<1,高频三极管的α>0.90就可以使用。
α与β之间的关系:
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,就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,就是共基极的截止频率fαofβ、fα是表明管子频率特性的重要参数,它们之间的关系为:fβ≈(1-α)fα
(4)特征频率fT因为频率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放大性能的重要参数。
极限参数
(1)集电极最大允许电流ICM当集电极电流Ic增加到某一数值,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超过ICM时,虽然不致使管子损坏,但β值显著下降,影响放大质量。
(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允许电压,使用时如果Vce>BVceo,管子就会被击穿。
(5)集电极最大允许耗散功率PCM集电流过Ic,温度要升高,管子因受热而引起参数的变化不超过允许值时的最大集电极耗散功率称为PCM。
管子实际的耗散功率于集电极直流电压和电流的乘积,即Pc=Uce×Ic。使用时庆使Pc
除此之外,在工作中也同样需要注意以下几种常见参数值:
1、特征频率fT
当f=fT时,三极管完全失去电流放大功能。如果工作频率大于fT,电路将不正常工作。
fT称作增益带宽积,即fT=βfo。若已知当前三极管的工作频率fo以及高频电流放大倍数,便可得出特征频率fT。随着工作频率的升高,放大倍数会下降。fT也可以定义为β=1时的频率。
2、电压/电流:用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围
3、hFE:电流放大倍数
4、VCEO:集电极发射极反向击穿电压,表示临界饱和时的饱和电压
5、PCM:最大允许耗散功率
6、封装形式:指定该管的外观形状,如果其它参数都正确,封装不同将导致组件无法在电路板上实现。
之前我们曾经探讨过高温对二极管的影响,那么温度对三极管参数的影响都有哪些呢?
(1)对β的影响
三极管的β随温度的升高将增大,温度每上升l℃,β值约增大0.5~1%,其结果是在相同的IB情况下,集电极电流IC随温度上升而增大。
(2)对反向饱和电流ICEO的影响
ICEO是由少数载流子漂移运动形成的,它与环境温度关系很大,ICEO随温度上升会急剧增加。温度上升10℃,ICEO将增加一倍。
由于硅管的ICEO很小,所以,温度对硅管ICEO的影响不大。
(3)对发射结电压ube的影响
和二极管的正向特性一样,温度上升1℃,ube将下降2~2.5mV。
综上所述,随着温度的上升,β值将增大,IC也将增大,uCE将下降,这对三极管放大作用不利,使用中应采取相应的措施(如加装散热片等)克服温度的影响。