三极管的工作原理

学电子跟我来63FOLLOWME三极管是最重要的电子器件。如果没有三极管的发明，就没有今天的电子电路技术和微电子技术。美国科学家巴丁制作成功世界上第一只半导体三极管，他因此而获得若贝尔奖。三极管最重要的特性之一，是可以以小电流控制大电流，使信号放大成为可能。如何实现信号放大并加以利用，这正是模拟电子技术需要研究的核心内容。一、三极管内部结构及特点在普通三极管的外形如图1（a），其内部结构如图1（b）所示，可以简要地把它归纳为“两结三区三极”。“两结”是发射结和集电结，“三区”是发射区、基区、集电区，“三极”是从三区分别引出的三个电极，即发射极、基极和集电极。三极管由两个PN结组成，但要注意，它们是一体的，而不是独立的。用两个二极管无论如何不可能组成一个三极管。三极管的制作过程大体是这样的：在厚度极薄（微米级）的P型半导体基片的两侧，掺入大量的5价元素，形成两个N型区，因此出现了两个同体且彼此十分靠近的PN结，这就是发射结和集电结。这两个PN结将三极管分成三个区域，通常把它们称作发射区、基区、集电区。从这三个区引出三个电极，就是发射极、基极和集电极，分别用字母E、B、C来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示。三极管结构中最主要的特点是：基区非常薄，使发射结和集电结靠的非常近；基区掺杂量极少，所以内部的载流子（空穴）数量也极少；发射区掺杂量很大，所以内部载流子（电子）数量非常多；集电结的面积要比发射结大得多。正是这几个特点，三极管才具备了控制电流的功能，成为最重要的电子器件。二、三极管分类1.以制作 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 分，根据制作的半导体材料不同，可以分为硅三极管和锗三极管。2.以结构极性分，在制造中，如果基片是P型半导体，则两侧制作形成N型区，它的极性是NPN；当然基片也可以是N型半导体，那么两侧制作形成P型区，它的极性就是PNP。PNP型三极管和NPN型三极管在工作原理上是相同的，但内部流动的主体载流子极性是不同的，在工作中对所使用的直流电源的正负极性要求也是不同的，电路符号也不一样。图2给出了两种不同极性三极管的电路符号，在判读电路时要予以注意。3.以工作频率分,可以分为低频三极管、高频三极管和超高频三极管。一般说来，高频三极管也可以工作于低频段，但低频三极管绝对不可以工作于高频段，这一点要引起注意。4.以输出功率分,可以分为小功率三极管、中功率三极管和大功率三极管。小功率三极管体积很三极管的工作原理作者潘平仲EBC集电结发射结发射极集电极基极ECB（a）（b）图1NNPPNPNNPEECCBB图2学电子跟我来FOLLOWME2010VOL.0864小，输出功率只有几十到几百毫瓦。大功率三极管的输出功率可以达到几十瓦以上。大功率三极管在输出功率的同时，自身功率损耗也很大，所以它一般有金属壳或散热板，以便于工作时给它配上散热器。三极管还有其它几种分类方法，这里不再介绍。三、三极管电流放大原理三极管有3种工作状态：放大状态、饱和状态和截止状态。在模拟电路中主要应用它的放大状态，而在数字逻辑电路中，主要应用的是它的饱和与截止状态。三极管工作于何种状态，是与外部提供的条件密切相关的。若发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置，三极管就处于放大状态，或者说它工作于放大区。若发射结处于正向偏置，集电结也处于正向偏置，三极管就处于饱和状态，或者说它工作于饱和区。若发射结处于反向偏置，则无论集电结处于何种偏置，三极管都处于截止状态，这时它工作于截止区。现在我们以NPN型三极管为例，专门来研究三极管放大状态的特点。首先以发射极为电位参考点给发射结加上正向偏置，如图3（a）所示。由于发射区有大量的载流子——自由电子，在正向电压作用下，大量电子将从发射区向基区流动，形成电流，电流方向如图所标。然后我们再给集电结加上反向偏置，如图3（b）所示。由于集电结加了反向偏置，使集电结变厚，集电结与发射结离得更近了，因此出现了这样的情况：在发射结正偏电压作用下从发射区到达基区的大量电子，受到集电结反偏电压的吸引，穿越了基区到达集电区，形成集电极电流。只有少量的电子在基区与空穴复合（因为基区空穴数量很少），形成基极电流。发射结加的正偏压（）越大，单位时间里从发射区到达基区的电子数量（）就越多，在集电结反偏压（）的作用下穿越基区到达集电区的电子数量也越多。而且，大量实验证明，三极管一旦制成，在放大条件下，穿越基区到达集电区的电子数量与在基区同空穴复合的电子数量总是成一定比例的，而且总比大得多。即（常数）我们把称作共射极电流放大系数，其值大约在20~150之间。也就是说集电极电流总是比基极电流大20倍到150倍左右。这是三极管最重要的特性，说明在放大条件下，只要改变三极管任意一个电极的电流，就可以控制其它两个电极的电流作相应变化。这一重要特性可以用下面两个公式来表达：——————（1）——————（2）举一个实例来说明：某三极管处于放大状态，测出集电极电流，基极电流，问发射极电流电流放大系数根据公式（1）可以推导出发射极电流格据公式（2）可以算出电流放大系数如果将基极电流从0.05增加到0.08，那么根据公式（1），发射极电流是，这个结论对不对？不对。因为同一个三极管电流放大系数40是确定不变的，也就是讲是非线性的，当基极电流从0.05增加到0.08时，根据公式（2），集电极电流将从2增加到3.2，所以根据公式（1），推导出发射极电流应该是3.28，而不是2.08。从上述例子还可以看出三极管电流控制的另（a）（b）图3学电子跟我来65FOLLOWME一个特点：基极电流由0.05增大到0.08，变化量是0.03；它引起集电极电流由2增大到3.2，变化量是1.2，发射极电流由2.05增大到3.28，变化量是1.28。单从变化量来看，下面两个式子同样是成立的。——————（3）——————（4）实际上，由于PN结特性的非线性，式（4）中的动态值与式（2）中的直流值会有所差别，但差别不大，所以我们在实际工程计算中往往用同一个值来估算。通过上面这个例子可以看出，由于三极管的特性，使我们只需要提供0.05的输入电流就能获得2的输出电流；控制输入电流0.03的小变化，可以获得输出电流1.2的大变化。所以，我们说三极管具有电流放大功能。四、三极管放大状态输入输出特性说明三极管在电路中的接法有3种形式：共发射极、共基极、共集电极。应用最多的是共发射极接法，即以发射极作为信号的公共参考点。所以输入信号加在基极B与发射极E之间，输出信号从集电极C与发射极E之间取得。以NPN型硅材料三极管为例，三极管接成如图4。1.输入特性是输入端电压，它必须保证使发射结正偏，产生相应的基极电流。输入特性就是研究和之间的变化关系。我们当然应该考虑输出端电压的存在会不会影响输入端的特性，实验证明，当三极管处于放大状态时，即集电结处于反偏状态时，的变化基本上不影响输入特性。在研究PN结时已经了解到，PN结正向偏置时是导通的，而且正向偏压越大，通过的电流也越大，它们之间的关系如图5所示。但要注意“起始电压”和“充分导通时电压降”的存在，所以，PN结正常导通时，正向偏压只能在一个小范围内变动。对硅材料管来说，大约在0.7V上下，对锗材料管来说，大约在0.3V上下。三极管的输入特性，实际上就是发射结的正向特性，所以和之间的关系也就如图5所示。硅材料管必须在0.7V左右，锗材料管必须在0.3V左右。在导通范围内，可以控制。升高，增大；出现变化，则随之有相应的变化。2.输出特性：输出端的电压必须能使集电结处于反偏状态，才能保证三极管工作于放大区。所以，在任意时刻都应该让的值大于值。输出特性研究的是和之间的变化关系。我们已经知道，当三极管处于放大状态时，和之间保持比较稳定的比例关系，即=。实验证明，确定之后，也随之被确定。这时值或大或小，对都没有太大影响。换句话说，输出电流的变化只受输入电流的控制，输出端电压对基本没有影响。所以，三极管在放大区的输出特性可以用图6来表示。它是一系列水平线，每一根线都对应某一个值。图4=80μA=60μA=40μA=20μA=0μA图5图6学电子跟我来FOLLOWME2010VOL.0866线是水平的，说明大小变化时值不变。当然，这是一种理想状态，实际测量出来的输出特性曲线不可能是水平的，它略微向上倾斜，说明对还是存在一些小影响。对于锗材料管，这种影响显得更大一些。从上面对三极管放大状态的输入、输出特性的解释，我们可以得出这样的结论：要让三极管在工作过程中始终处于放大区域，就必须让输入端的电压保持在0.7V上下变化，必须保证输出端电压在变化中始终高于。五、三极管的主要参数应用于不同场合的三极管，对它的特性有不同的要求。为了正确地选用三极管，就必须了解体现三极管特性的技术参数。三极管的技术参数有很多项，作为初学者必须理解和掌握以下几项主要参数。1.共发射极电流放大系数这个系数的定义前面已经解释过了，值大，说明基极电流对集电极电流的控制能力强。在使用三极管时，当然希望值大一些，但是值太大的三极管，稳定性必定很差，所以一般选用=40~80的三极管是比较妥当的。2.集电极最大允许电流三极管在工作中，通过的集电极电流越大，三极管自身消耗的功率也越大，这些功率将转化为热，使三极管温度上升。温度太高将影响三极管的各项特性指标，甚至使三极管损坏。所以必须对三极管通过的最大电流加以限制，就是这一限制电流值。3.集电极-发射极间的反向击穿电压三极管在工作中，集电极-发射极之间往往加上比较大的电压。这一电压值如果太大，就可能使集电结被反向击穿，造成三极管的损坏，所以要对的值加以限制。在应用三极管时，必须保证在任何时刻的值都不应该超过。4.集电极最大允许功率损耗当三极管工作在大电压大电流状态时，自身消耗的功率很大，管子的温度会不断上升，以至于可能烧毁管子，所以要对三极管自身消耗的功率加以限制。同一个三极管，如果散热条件比较好，它允许消耗的功率就会大一些；散热条件差，允许消耗的功率就小。所以三极管的这一参数是附带有一定散热条件的，使用时要特别注意。5.特征频率由于PN结存在结电容效应，当使用三极管处理高频率的信号时，我们发现三极管的高频交流值下降了。而且工作频率越高，值下降得越多，以至于无法完成处理信号的功能。这是三极管工作于高频状态不可忽视的问题，所以给出了特征频率这一参数。特征频率是指：使三极管的高频放大系数下降至1时对应的那一频率。六、我国对三极管的型号命名的规则根据三极管的分类以及不同的特性，给三极管规定不同的型号，这为三极管的使用提供了极大的方便，同时也 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 了三极管的生产制造和研发。根据国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 GB249-74,国产三极管的型号命名由五部分组成：第一部分用数字“3”表示三极管。第二部分用字母表示三极管的材料和极性。A锗材料PNP型B锗材料NPN型C硅材料PNP型D硅材料NPN型第三部分用字母表示三极管的类别。G高频小功率管X低频小功率管A高频大功率管D低频大功率管K开关管T闸流管V微波管第四部分用数字表示同一类型产品的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 序学电子跟我来67FOLLOWME号。第五部分用字母表示规格号（同一型号不同档次）举例：型号3AD50B表示由锗材料制成的PNP型低频大功率管，设计序号50，饱和管压降为0.5V型号3DG121A表示由硅材料制成的NPN型高频小功率管，设计序号121，截止频率大于150MHz目前市面上销售的三极管型号规格繁多且纷乱，使用时一定要注意了解其内涵，即三极管的主要特性参数。在实际应用中，常常遇到需要更换三极管而又没有对应型号三极管的情况，这时就需要用其它三极管来代换。三极管代换是允许的，但要遵循几条原则：1、材料相同方可代换：即硅管代换硅管，锗管代换锗管。2、极性相同方可代换：即以NPN管代换NPN管，PNP型管代换PNP型管。3、特性相近方可代换：一般用途的三极管，只要、、等参数相近即可代换；在高频场合还需要考虑频率特性满足要求。4、封装相近方可代换：这是为了安装上的方便，否则容易引发其它故障。4.改善电解电容器的高频性能电解电容器的卷绕式结构，使其高频特性差，故做去耦等应用时，一般均并联一只小容量的高频特性好的瓷介电容，如CC4型独石电容。容量视电路的工作频率而定，常在1000pF到0.1μF之间。5.降低电解电容器ESR的方法电解电容器的ESR对其高频性能影响很大，对开关电源输出的滤波效果的影响就十分明显。选用ESR小的电解电容器，如钽电容确是一个办法。但是用若干只铝电解电容器并联也是一个有效途径。6.钽电解电容器它分为固体和液体两种。固体钽电解电容器其结构是将金属钽的氧化物经模压工艺加工成形后，再用化学方法氧化处理，得到极薄的、表面粗糙的氧化钽层，作为绝缘介质，然后在其上涂覆一层氧化锰固体电解质，再喷涂一层导电金属箔焊接引线、封装而成。液体钽电解电容器是将液体电解液做负极。由于氧化钽的介电常数很高，故容量/体积比大、具有性能稳定、漏电流小、绝缘强度高，使用寿命长等优点，缺点是容量不能做得太大(＜470μF)，价格较贵。钽电解电容常用于电压基准、时间基准、测量放大器等对电容器性能要求较高的地方。7.铌电解电容器它以稀有金属铌为原材料，其加工过程和特性与钽电解电容器类似。8.注意使用寿命普通铝电解电容器的寿命通常为2,000小时。在需要长寿命的军工产品中只能选用军品，寿命可达5,000小时。在一些同样要求长寿命的民用产品如家用三表中，则可以采用几只电容器并联的“冗余备份”办法来解决。三、电容器的测量指针万用表，利用电阻档可以观察到它的充电过程，即接触到电容器瞬间，电阻值小；此后随着充电进行，电阻值逐渐增大到绝缘电阻值。充电过程的快慢当然与电容器的容量直接相关。这种测量只能判断电容器有无短路、开路及粗略判断容量的大致范围。过小容量电容器充电过程太快，难以观察。功能强的数字万用表基本都有电容测量档.如果需要测量电容器的损耗系数，对于<1000pF的高频调谐电容器应当使用高频Q表。如果要测量损耗系数以及ESR则必须使用数字电桥。（上接62页）