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三極管的作用

晶體三極管，是最常用的基本元器件之一，晶體三極管的作用主要是電流放大，他是電子電路的核心元件，現(xiàn)在的大規(guī)模集成電路的基本組成部分也就是晶體三極管。 三極管基本機(jī)構(gòu)是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把正塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種， 從三個(gè)區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極b發(fā)射極e和集電極c。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電極�；鶇^(qū)很薄，而發(fā)射區(qū)較厚，雜質(zhì)濃度大，PNP型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是空穴，其移動(dòng)方向與電流方向一致，故發(fā)射極箭頭向里；NPN型三極管發(fā)射區(qū)"發(fā)射"的是自由電子，其移動(dòng)方向與電流方向相反，故發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭向外。發(fā)射極箭頭指向也是PN結(jié)在正向電壓下的導(dǎo)通方向。硅晶體三極管和鍺晶體三極管都有PNP型和NPN型兩種類(lèi)型。

三極管是一種控制元件，三極管的作用非常的大，可以說(shuō)沒(méi)有三極管的發(fā)明就沒(méi)有現(xiàn)代信息社會(huì)的如此多樣化，電子管是他的前身，但是電子管體積大耗電量巨大，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰。三極管主要用來(lái)控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會(huì)有一個(gè)很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的電流放大作用。      剛才說(shuō)了電流放大是晶體三極管的作用，其實(shí)質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來(lái)控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將ΔIc/ΔIb的比值稱(chēng)為晶體三極管的電流放大倍數(shù)，用符號(hào)“β”表示。電流放大倍數(shù)對(duì)于某一只三極管來(lái)說(shuō)是一個(gè)定值，但隨著三極管工作時(shí)基極電流的變化也會(huì)有一定的改變。根據(jù)三極管的作用我們分析它可以把微弱的電信號(hào)變成一定強(qiáng)度的信號(hào)，當(dāng)然這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號(hào)的能量罷了。三極管有一個(gè)重要參數(shù)就是電流放大系數(shù)β。當(dāng)三極管的基極上加一個(gè)微小的電流時(shí)，在集電極上可以得到一個(gè)是注入電流β倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。三極管的作用還有電子開(kāi)關(guān)，配合其它元件還可以構(gòu)成振蕩器，此外三極管還有穩(wěn)壓的作用。

三極管參數(shù)

1、共射電流放大系數(shù)

  在共射極放大電路中，若交流輸入信號(hào)為零，則管子各極間的電壓和電流都是直流量，此時(shí)的集電極電流IC和基極電流IB的比就是  ，  稱(chēng)為共射直流電流放大系數(shù)。

  當(dāng)共射極放大電路有交流信號(hào)輸入時(shí)，因交流信號(hào)的作用，必然會(huì)引起IB的變化，相應(yīng)的也會(huì)引起IC的變化，兩電流變化量的比稱(chēng)為共射交流電流放大系數(shù)β

  上述兩個(gè)電流放大系數(shù) 和β的含義雖然不同，但工作在輸出特性曲線(xiàn)放大區(qū)平坦部分的三極管，兩者的差異極小，可做近似相等處理，故在今后應(yīng)用時(shí)，通常不加區(qū)分，直接互相替代使用。

  由于制造工藝的分散性，同一型號(hào)三極管的β值差異較大。常用的小功率三極管，β值一般為20～100。β過(guò)小，管子的電流放大作用小，β過(guò)大，管子工作的穩(wěn)定性差，一般選用β在40～80之間的管子較為合適。

  2、極間反向飽和電流ICBO和ICEO

  （1）集電結(jié)反向飽和電流ICBO是指發(fā)射極開(kāi)路，集電結(jié)加反向電壓時(shí)測(cè)得的集電極電流。常溫下，硅管的ICBO在nA（10-9）的量級(jí)，通�？珊雎�。

  （2）集電極-發(fā)射極反向電流ICEO是指基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的反向電流，即穿透電流，穿透電流的大小受溫度的影響較大，穿透電流小的管子熱穩(wěn)定性好。

  3、極限參數(shù)

  （1）集電極最大允許電流

  晶體管的集電極電流IC在相當(dāng)大的范圍內(nèi)β值基本保持不變，但當(dāng)IC的數(shù)值大到一定程度時(shí)，電流放大系數(shù)β值將下降。使β明顯減少的IC即為ICM。為了使三極管在放大電路中能正常工作，IC不應(yīng)超過(guò)ICM。

  （2）集電極最大允許功耗

  晶體管工作時(shí)、集電極電流在集電結(jié)上將產(chǎn)生熱量，產(chǎn)生熱量所消耗的功率就是集電極的功耗，

  功耗與三極管的結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫又與環(huán)境溫度、管子是否有散熱器等條件相關(guān)。根據(jù)5-7式可在輸出特性曲線(xiàn)上作出三極管的允許功耗線(xiàn)，如圖5-8所示。功耗線(xiàn)的左下方為安全工作區(qū)，右上方為過(guò)損耗區(qū)。

  （3）反向擊穿電壓

  反向擊穿電壓是指基極開(kāi)路時(shí)，加在集電極與發(fā)射極之間的最大允許電壓。使用中如果管子兩端的電壓，集電極電流IC將急劇增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為擊穿。管子擊穿將造成三極管永久性的損壞。三極管電路在電源EC的值選得過(guò)大時(shí)，有可能會(huì)出現(xiàn)，當(dāng)管子截止時(shí)，導(dǎo)致三極管擊穿而損壞的現(xiàn)象。一般情況下，三極管電路的電源電壓應(yīng)小于反向電壓

  4、溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響

  幾乎所有的三極管參數(shù)都與溫度有關(guān)，因此不容忽視。溫度對(duì)下列的三個(gè)參數(shù)影響最大。

  （1）對(duì)β的影響：

  三極管的β隨溫度的升高將增大，溫度每上升l℃，β值約增大0.5～1％，其結(jié)果是在相同的IB情況下，集電極電流IC隨溫度上升而增大。

  （2）對(duì)反向飽和電流ICEO的影響：

  ICEO是由少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)形成的，它與環(huán)境溫度關(guān)系很大，ICEO隨溫度上升會(huì)急劇增加。溫度上升10℃，ICEO將增加一倍。由于硅管的ICEO很小，所以，溫度對(duì)硅管ICEO的影響不大。

  （3）對(duì)發(fā)射結(jié)電壓ube的影響：

  和二極管的正向特性一樣，溫度上升1℃，ube將下降2～2.5mV。

  綜上所述，隨著溫度的上升，β值將增大，iC也將增大，uCE將下降，這對(duì)三極管放大作用不利，使用中應(yīng)采取相應(yīng)的措施克服溫度的影響。

三極管的參數(shù)反映了三極管各種性能的指標(biāo)，是分析三極管電路和選用三極管的依據(jù)。

一、電流放大系數(shù)

1．共發(fā)射極電流放大系數(shù)

（1）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，它表示三極管在共射極連接時(shí)，某工作點(diǎn)處直流電流IC與IB的比值，當(dāng)忽略ICBO時(shí)

（2）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)β它表示三極管共射極連接、且UCE恒定時(shí)，集電極電流變化量ΔIC與基極電流變化量ΔIB之比，即

管子的β值大小時(shí)，放大作用差；β值太大時(shí)，工作性能不穩(wěn)定。因此，一般選用β為30～80的管子。

2．共基極電流放大系數(shù)

共基極直流電流放大系數(shù)它表示三極管在共基極連接時(shí)，某工作點(diǎn)處IC 與 IE的比值。在忽略ICBO的情況下

（2）共基極交流電流放大系數(shù)α，它表示三極管作共基極連接時(shí)，在UCB 恒定的情況下，IC和IE的變化量之比，即：

通常在ICBO很小時(shí)，與β，與α相差很小，因此，實(shí)際使用中經(jīng)�；煊枚患訁^(qū)別。

二、極間反向電流

1．集-基反向飽和電流ICBO

ICBO是指發(fā)射極開(kāi)路，在集電極與基極之間加上一定的反向電壓時(shí)，所對(duì)應(yīng)的反向電流。它是少子的漂移電流。在一定溫度下，ICBO 是一個(gè)常量。隨著溫度的升高ICBO將增大，它是三極管工作不穩(wěn)定的主要因素。在相同環(huán)境溫度下，硅管的ICBO比鍺管的ICBO小得多。

2．穿透電流ICEO

ICEO是指基極開(kāi)路，集電極與發(fā)射極之間加一定反向電壓時(shí)的集電極電流。

該電流好象從集電極直通發(fā)射極一樣，故稱(chēng)為穿透電流。ICEO和ICBO一樣，也是衡量三極管熱穩(wěn)定性的重要參數(shù)。

三、頻率參數(shù)

頻率參數(shù)是反映三極管電流放大能力與工作頻率關(guān)系的參數(shù)，表征三極管的頻率適用范圍。

1．共射極截止頻率fβ

三極管的β值是頻率的函數(shù)，中頻段β=βo幾乎與頻率無(wú)關(guān)，但是隨著頻率的增高，β值下降。當(dāng)β值下降到中頻段βO1／倍時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率，稱(chēng)為共射極截止頻率，用fβ表示。

2．特征頻率fT

當(dāng)三極管的β值下降到β＝1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率，稱(chēng)為特征頻率。在fβ～fT的范圍內(nèi)，β值與f幾乎成線(xiàn)性關(guān)系，f越高，β越小，當(dāng)工作頻率f＞fT，時(shí)，三極管便失去了放大能力。

四、極限參數(shù)

1．最大允許集電極耗散功率PCM

PCM 是指三極管集電結(jié)受熱而引起晶體管參數(shù)的變化不超過(guò)所規(guī)定的允許值時(shí)，集電極耗散的最大功率。當(dāng)實(shí)際功耗Pc大于PCM時(shí)，不僅使管子的參數(shù)發(fā)生變化，甚至還會(huì)燒壞管子。

當(dāng)已知管子的PCM 時(shí)，利用上式可以在輸出特性曲線(xiàn)上畫(huà)出PCM 曲線(xiàn)。

2．最大允許集電極電流ICM

當(dāng)IC很大時(shí)，β值逐漸下降。一般規(guī)定在β值下降到額定值的2／3（或1／2）時(shí)所對(duì)應(yīng)的集電極電流為ICM當(dāng)IC＞ICM時(shí)，β值已減小到不實(shí)用的程度，且有燒毀管子的可能。

3．反向擊穿電壓BVCEO與BVCEO

BVCEO是指基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。

BVCBO是指發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極與基極間的反向擊穿電壓。一般情況下同一管子的

BVCEO（0.5～0.8）BVCBO 。三極管的反向工作電壓應(yīng)小于擊穿電壓的（1／2～1／3），以保證管子安全可靠地工作。

三極管的3個(gè)極限參數(shù)PCM 、ICM、BVCEO和前面講的臨界飽和線(xiàn) 、截止線(xiàn)所包圍的區(qū)域，便是三極管安全工作的線(xiàn)性放大區(qū)。一般作放大用的三極管，均須工作于此區(qū)。