在中文中,三極管只是三針放大器器件的統稱。我們常說的三極管可能是以下幾種器件。
如妳所見,雖然所有的問題都被稱為三極管,但實際上,英語中的表達方式非常不同。三極管這個詞其實是漢語特有的象形文字。
三極管是英漢詞典中“三極管”壹詞的唯壹英文翻譯,這與三極管的最早出現有關,因此它是三極管壹詞最初所指的第壹個事物。剩下的中文叫做三極管的東西在實際翻譯中絕對不能翻譯成三極管,否則就麻煩大了。嚴格來說,英語中沒有三條腿的管子這個詞!!!
三極管(俗稱電子管的壹種)
雙極晶體管BJT(雙極結型晶體管)
j型場效應晶體管結柵FET(場效應晶體管)
MOS FET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)的英文全稱。
v型槽場效應晶體管VMOS(垂直金屬氧化物半導體)
註:這三種晶體管看起來都是場效應晶體管,但它們的結構有很大不同。
j型場效應晶體管金屬氧化物半導體場效應晶體管V溝道場效應晶體管是單極結構,與雙極相對應,因此也可以統稱為單極結型晶體管。
其中J型場效應管是非絕緣場效應管,MOS場效應管和VMOS都是絕緣場效應管。
VMOS是壹種新型大電流、高放大倍數(交叉溝道)功率晶體管,它是在MOS的基礎上改進而來的。不同的是采用了V型槽,大大提高了MOS的放大倍數和工作電流,但同時也大大增加了MOS的輸入電容。它是MOS的大功率改進型產品,但其結構已與傳統MOS有很大不同。VMOS只是增強了,沒有MOS獨有的耗盡型MOS管。
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三極管的發明
1947 12.23,美國科學家巴丁博士、布裏頓博士和肖克利博士在進行用導體電路中的半導體晶體放大聲音信號的實驗時,發明了晶體管,這是科技史上劃時代的成就。因為它是在聖誕節前夕發明的,並且對人們未來的生活有如此大的影響,所以它被稱為“給世界的聖誕禮物”。
1947 12.23,美國新澤西州默裏山的貝爾實驗室,三位科學家——巴丁博士、布裏頓博士和肖克利博士——正在緊張而有條不紊地做實驗。他們正在進行實驗,用導體電路中的半導體晶體放大聲音信號。三位科學家驚訝地發現,通過他們發明的設備的微小電流的壹部分實際上可以控制通過另壹部分的大得多的電流,從而產生放大效應。這個器件就是科技史上劃時代的成就——晶體管。這三位科學家獲得了1956諾貝爾物理學獎。
晶體管推動並帶來了“固態革命”,而固態革命又在全球範圍內推動了半導體電子產業的發展。作為主要組成部分,它首先被及時而普遍地應用於通信工具中,並產生了巨大的經濟效益。因為晶體管徹底改變了電子電路的結構,所以出現了集成電路和大規模集成電路,使像高速電子計算機這樣的高精度設備成為現實。
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概念
半導體三極管又稱雙極型晶體管和晶體管,是壹種電流控制的半導體器件。
功能:將微弱信號放大成大幅度的電信號,也可用作無觸點開關。
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操作原理
晶體管(以下簡稱三極管)按材料分有鍺管和矽管兩種。並且每壹種都有兩種結構形式:NPN和PNP,但最常用的兩種三極管是矽NPN和PNP,除了電源的極性不同外,它們的工作原理是相同的。下面只介紹NPN矽管的電流放大原理。
對於NPN管,它由兩個N型半導體組成,中間夾著壹個P型半導體。發射極和基區之間形成的PN結稱為發射極結,集電極和基區之間形成的PN結稱為集電極結。這三條引線分別稱為發射極e、基極b和集電極c。
當B點的電勢比E點的電勢高幾伏時,發射極結處於正向偏置狀態,而當C點的電勢比B點的電勢高幾伏時,集電極電源Ec高於基極電源Ebo。
在制造三極管時,有意識地使發射區的多數載流子濃度大於基區的濃度,同時將基區做得很薄,並嚴格控制雜質含量,這樣,壹旦接通電源,發射區的多數載流子(電子)將很容易因為發射結正偏壓而穿過發射結相互擴散,但由於前者的濃度基數大於後者,所以通過發射結的電流基本上是電子流。
由於基區薄和集電極結的反向偏置,註入基區的大部分電子穿過集電極結進入集電極區形成集電極電流Ic,只有少數電子(1-10%)在基區空穴中復合,基區復合的空穴由基極電源Eb補充,從而形成基區電流Ibo。根據電流連續性原理:
Ie=Ib+Ic
也就是說,如果在基極上增加壹個小的Ib,就可以在集電極上獲得壹個大的Ic,這就是所謂的電流放大,Ic和Ib保持壹定的比例關系,即:
β1=Ic/Ib
其中:β1-稱為DC放大率,
集電極電流變化△Ic與基極電流變化△Ib之比為:
β= △Ic/△Ib
公式中,β-稱為交流電流放大系數。因為β1和β在低頻時差別不大,有時為了方便起見,兩者沒有嚴格區分,β值大約在幾十到壹百多之間。
三極管是壹種電流放大器件,但在實際使用中,往往利用三極管的電流放大功能通過電阻將其轉化為電壓放大功能。
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三極管的分類:
A.按材料分:矽管和鍺管。
B.根據結構:NPN,PNP
C.按功能分:開關管、功率管、達林頓管、光敏管等。
D.按功率分:低功率管、中功率管和高功率管。
E.按工作頻率分:低頻管、高頻管和超頻管。
F.按結構工藝分為合金管和平面管。
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三極管的主要參數
A.特征頻率fT
當f= fT時,晶體管完全失去電流放大功能。如果工作頻率大於fT,電路將無法正常工作。
B.工作電壓/電流
該參數可用於指定球管的電壓和電流範圍。
c.hFE
當前放大倍數。
d.VCEO
集電極和發射極的反向擊穿電壓表示臨界飽和時的飽和電壓。
e.脈沖編碼調制
最大允許功耗。
F.包裝形式
指定管的外部形狀。如果所有其他參數都正確,不同的封裝將導致電路板上組件的故障。
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判斷基極和三極管的類型。
從三極管的引腳位置來看,三極管的引腳位置有兩種封裝布局,如右圖所示:
三極管是壹種結電阻器件,它的三個管腳有明顯的電阻數據。測試時(以數字萬用表為例,紅色筆+,黑色筆-),我們將測試檔位切換到二極管檔位(蜂鳴器檔位),如右圖所示:
正常NPN結構晶體管的基極(b)到集電極(c)和發射極(e)的正向電阻為430ω-680ω(該值根據不同型號和不同放大倍數而不同),反向電阻為無窮大;正常PNP結構的基極(b)到集電極(c)和發射極(e)的反向電阻為430ω-680ω,正向電阻為無窮大。沒有偏置電流時,集電極C到發射極E的電阻是無窮大。基極到集電極的測試電阻大約等於基極到發射極的測試電阻。通常,基極到集電極的測試電阻比基極到發射極的測試電阻小5-100ω左右(大功率晶體管很明顯)。如果超過該值,則該部件的性能已經惡化。請不要再使用它了。如果在電路中使用不當,整個或部分電路的工作點可能會惡化,並且該元件可能很快損壞。大功率電路和高頻電路對這種劣質元件有明顯的反應。
雖然封裝結構不同,但它與其他類型的相同參數的電子管具有相同的功能和性能,在電路設計中只需要針對特定的使用場合采用不同的封裝結構。
需要註意的是,有些制造商生產壹些非標準組件,例如C945的正常引腳位置是BCE,但有些制造商生產的該組件的引腳位置排列是EBC,這將導致那些粗心的工人在沒有檢測的情況下將新組件放入電路中,從而導致電路無法工作,甚至燒毀相關組件,例如電視機中使用的開關電源。
在我們常用的萬用表中,測試三極管的引腳排列圖:
假設三極管的某個電極是“基極”,將黑色觸針連接到假設的基極,然後將紅色觸針依次連接到其他兩個電極。如果兩次測量的電阻都很大(大約幾k到幾十k),或者都很小(幾百k到幾k),請對觸筆重復上述測量。如果測得的兩個電阻相反(都小或都大),則可以確定假設的基數是正確的,否則,
底座確定後,將黑色觸控筆連接到底座,將紅色觸控筆連接到另外兩個電極。如果測得的電阻很小,則晶體管為NPN型,否則為PNP型。
以NPN為例,判斷集電極c和發射極e:
將黑色觸針連接到假設的集電極C,將紅色觸針連接到假設的發射極E .用手握住B和C極,讀取儀表中顯示的C和E的電阻值,然後將紅色和黑色觸針反向連接並重新測試。如果第壹次的阻力小於第二次的阻力,則最初的假設成立。
體三極管的結構和類型
晶體管是半導體的基本元件之壹,具有電流放大功能,是電子電路的核心部件。三極管由兩個PN結組成,這兩個pn結在半導體襯底上彼此非常靠近。兩個PN結將正極半導體分為三部分,中間部分是基極區,兩側是發射極區和集電極區。排列模式為PNP和NPN。
相應的電極從基極B、發射極E和集電極c三個區域引出。
發射極和基極之間的PN結稱為發射極結,集電極和基極之間的PN結稱為集電極。基極區域薄,而發射極區域厚,並且雜質濃度高。PNP三極管的發射極區“發射”空穴,其移動方向與電流方向壹致,因此發射極箭頭向內;NPN三極管的發射極“發射”自由電子,自由電子的運動方向與電流方向相反,因此發射極箭頭是向外的。發射器箭頭指向外側。發射極箭頭指向直流電壓下PN結導電方向。矽晶體管和鍺晶體管有兩種類型:PNP型和NPN型。
三極管的封裝形式和引腳識別
常用三極管的封裝形式有金屬封裝和塑料封裝,引腳的排列有壹定的規律。
放置底視圖位置,使三個引腳形成等腰三角形的頂點,從左到右依次為EB C;對於中小功率的塑料三極管,按圖使其平面朝向自身,並將三個引腳朝下,然後將e b c從左至右排列。
目前國內的晶體管種類很多,引腳排列也不盡相同。在使用引腳排列不確定的晶體管時,需要測量並確定每個引腳的正確位置,或查閱晶體管手冊以明確晶體管的特性以及相應的技術參數和數據。
晶體管的電流放大
晶體管具有電流放大功能,其本質是晶體管可以用基極電流的小變化來控制集電極電流的大變化。這是三極管最基本也是最重要的特性。我們將δIc/δIb的比值稱為晶體管的電流放大倍數,用符號“β”表示。電流放大系數對於晶體管來說是壹個恒定值,但它會隨著晶體管工作時基極電流的變化而變化。
晶體管的三種工作狀態
關斷狀態:當施加在三極管發射極結上的電壓小於PN結的導通電壓時,基極電流為零,集電極電流和發射極電流都為零,這時三極管失去電流放大功能,集電極和發射極之間的間隙相當於開關的關斷狀態,所以我們稱三極管為關斷狀態。
放大狀態:當施加在三極管發射極結上的電壓大於PN結的導通電壓並處於適當值時,三極管的發射極結正向偏置,集電極結反向偏置。此時基極電流控制集電極電流,使三極管產生電流放大效應,其電流放大倍數為β = δ IC/δ IB,進而三極管放大。
飽和導通狀態:當施加在三極管發射極結上的電壓大於PN結的導通電壓時,當基極電流增加到壹定程度時,集電極電流不再隨基極電流的增加而增加,但在某壹值附近變化不大。此時三極管失去電流放大功能,集電極和發射極之間的電壓很小,相當於開關的導通狀態。三極管的這種狀態稱為飽和導通狀態。
根據三極管工作時各電極的電位,可以判斷三極管的工作狀態。因此,電子維修人員在維修時經常用多用電流表測量三極管各腳的電壓,以判斷三極管的工作狀況和工作狀態。
用多用電流表檢測三極管
區分三極管的基極:根據三極管的示意結構,我們知道三極管的基極是三極管中兩個PN結的共極。因此,在區分三極管的基極時,我們只需要找到兩個PN結的公共極點,這就是三極管的基極。具體方法是將多用電流表設置到R×1k塊上,先將紅色觸針放在三極管的壹只腳上,用黑色觸針接觸三極管的另兩只腳。如果完全打開兩次,紅色手寫筆放的腳是三極管的底座。如果壹次沒找到,就把紅色觸針切換到三極管的另壹只腳,再測量壹次;如果還沒找到,再換支紅筆測兩遍。如果您還沒有找到它,請將黑色手寫筆放在三極管的壹只腳上,使用紅色手寫筆測試兩次,看看它是否全通,如果壹次失敗,請更換它。這樣,最大不需要12次就可以找到基數。
三極管類型的判別:三極管只有兩種類型,即PNP型和NPN型。只需要知道基極是P型材料還是N型材料。使用多用電流表R×1k時,黑色表筆代表電源正極。如果黑色手寫筆連接到基極,則意味著晶體管的基極由P型材料制成,並且晶體管為NPN型。如果紅色手寫筆連接到基極,則意味著三極管的基極由N型材料制成,三極管為PNP型。
三極管的基本放大電路
基本放大電路是放大電路中最基本的結構,是復雜放大電路的基本單元。它利用雙極半導體晶體管的輸入電流控制輸出電流的特性,或場效應半導體晶體管的輸入電壓控制輸出電流的特性來實現信號放大。本章的基本放大電路知識是進壹步學習電子技術的重要基礎。
基本放大器電路通常指由三極管或場效應晶體管組成的放大器電路。從電路的角度來看,基本的放大器電路可以看作是壹個二端口網絡。放大的作用體現在以下幾個方面:
1.放大電路主要利用三極管或場效應晶體管的控制功能對微弱信號進行放大,輸出信號在電壓或電流的幅度上被放大,輸出信號的能量得到加強。
2.輸出信號的能量實際上是由DC電源提供的,它僅由三極管控制將其轉換為信號能量並提供給負載。
* * *配置中基本放大器電路的組成
* * *發射極配置中的基本放大器電路是在基極和發射極之間添加輸入信號,耦合電容器C1和Ce被視為對交流信號的短路。輸出信號從集電極接到地,DC流被耦合電容C2隔離,只有交流信號加到負載電阻RL上。放大器電路的* * *配置實際上意味著放大器電路中的三極管處於* * *配置。
當輸入信號為零時,DC電源通過各個偏置電阻為三極管提供DC基極電流和DC集電極電流,並在三極管的三極之間形成壹定的DC電壓。由於耦合電容器的DC阻塞效應,DC電壓不能到達放大器電路的輸入和輸出。
當輸入交流信號通過耦合電容器C1和Ce施加到三極管的發射極結時,發射極結上的電壓變成交流和DC的疊加。放大器電路中的信號比較復雜,每個信號的符號規定如下:由於三極管的電流放大作用,ic比ib大幾倍。壹般來說,只要電路參數設置得當,輸出電壓可以比輸入電壓高很多倍。uCE中的壹部分交流量通過耦合電容到達負載電阻,形成輸出電壓。完成電路的放大。
可以看出,放大電路中三極管集電極的DC信號不隨輸入信號而變化,但交流信號隨輸入信號而變化。在放大過程中,收集器的交流信號疊加在DC信號上,並且通過耦合電容器從輸出中僅提取交流信號。因此,在分析放大電路時,我們可以采用分離交流和DC信號的方法,將其分為DC通道和交流通道進行分析。
放大電路的組成原理:
1.確保放大電路的核心器件晶體管工作在放大狀態,即有適當的偏置。也就是說,發射極結正偏置,集電極結反偏置。
2.輸入回路的設置應使輸入信號耦合到三極管的輸入電極,形成變化的基極電流,從而產生三極管的電流控制關系,改變集電極電流。
3.輸出電路的設置應保證三極管放大的電流信號轉換成負載所需的功率形式(輸出電壓或輸出電流)。
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三極管的選擇和更換;
1.首先要對比參數。如果妳不知道參數,妳可以先在網絡上搜索他的規格以了解其參數。業內人士使用最多的是壹個英文網站;
2.了解參數,尤其是BVCBO、BVCEO、BVEBO、HFE、FT和VCESAT的參數。通過各種參數的對比,找到同類產品。即使知道參數後,也不容易找到。有些書已經過時,沒有收集到新產品。最近看到壹個創意不錯的網站。半導體懂行人網有壹個參數選擇欄,可以根據半導體器件的參數進行選擇。
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衡量和判斷三極管的公式
對電子技術初學者來說,區分三極管的管型和管腳是壹項基本技能。為了幫助讀者快速掌握測量和判斷的方法,作者總結了四個公式:“三求逆,求底;PN結,固定管型;沿箭頭方向,偏轉較大;不確定,動動嘴。”讓我們壹句壹句地解釋。
1:三倒,求基
眾所周知,三極管是壹種具有兩個PN結的半導體器件。根據兩個PN結的連接方式不同,可以將其分為兩種不同類型的晶體管:NPN和PNP。
要測試三極管,使用萬用表的歐姆檔,選擇R×100或R×1k檔。圖2描述了萬用表歐姆檔的等效電路。紅色手寫筆連接到手表中電池的負極,黑色手寫筆連接到手表中電池的正極。
假設我們不知道被測晶體管是NPN還是PNP,也無法分辨每個管腳是哪個電極。測試的第壹步是確定哪個引腳是基座。這時,我們取任意兩個電極(如這兩個電極是1,2),用壹只萬能電流表的兩支筆倒過來測量其正負電阻,並觀察指針的偏轉角度;然後,取1和3的兩個電極和2和3的兩個電極,分別測量它們的正向和反向電阻,並觀察指針的偏轉角度。在這三次倒置測量中,必須有兩個相似的結果:即在倒置測量中,表針的第壹偏轉較大,第壹偏轉較小;剩下的時間必須是指針的偏轉角度在反向測量前後都非常小,而這壹次未測試的引腳就是我們要尋找的底座。
2: PN結,固定管式
找到三極管的基極後,我們就可以根據基極與另外兩個電極之間PN結的方向來確定電子管的導電類型。將萬用表的黑色表筆接觸底部,將紅色表筆接觸其他兩個電極中的任何壹個。如果萬用表的指針偏轉角度較大,則說明被測三極管為NPN管。如果儀表指針的偏轉角度較小,則被測管為PNP型。
3:向前箭頭,大偏轉
找出基極b .另外兩個電極中哪個是集電極C,哪個是發射極E?此時,我們可以通過測量穿透電流ICEO來確定集電極C和發射極E。
(1)對於NPN三極管,該電路用於測量穿透電流。根據這壹原理,用萬用表的黑色和紅色表筆顛倒測量兩極之間的正負電阻Rce和Rec。雖然萬用表指針的偏轉角度在兩次測量中都很小,但仔細觀察時總會有稍大的偏轉角度。此時電流的流向必然是:黑色探針→c極→b極→e極→紅色探針,而電流的流向正好與三極管符號中的箭頭相同,所以此時黑色探針與箭頭方向壹致。
(2)對於PNP型三極管,其原因與NPN型相似,其電流流向必須為:黑色觸針→e極→b極→c極→紅色觸針,其電流流向也與三極管符號中的箭頭方向壹致,所以此時黑色觸針必須接在發射極E上,紅色觸針必須接在集電極c上。
4:測不出來,動動嘴
如果在“順著箭頭走,偏轉量大”的測量過程中,如果倒置前後測量指針的偏轉量太小而無法區分,則需要“動嘴”。具體方法是:在“沿箭頭方向,偏轉較大”的兩次測量中,用雙手握住兩支筆與插針之間的連接處,用嘴(或用舌頭)握住基極B,仍然使用“沿箭頭方向,偏轉較大”的判別方法來區分集電極C和發射極e .其中,人體充當了DC偏置電阻,使效果更加明顯