資訊熱線：超毅電子與您共同的詳細(xì)分析半導(dǎo)體三極管
超毅電子是服務(wù)為一體的半導(dǎo)體商家，主要就是分兩大類，一、不可見光（紅外線發(fā)射管、紅外線接收管、紅外線光電開關(guān)、光耦、光遮斷器等）二、可見光（直插LED、貼片LED、數(shù)碼管等）我們有專業(yè)負(fù)責(zé)產(chǎn)品的銷售與產(chǎn)品技術(shù)解決方案的業(yè)務(wù)與工程，為客服解決一切潛在的問題。下面就以一問一答的方式來探討分析三級的電子電路圖。
一問：三極管是由兩個(gè) PN 結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，如果我們用兩只二極管按一定的方式連接起來（見圖1），能不能組成一個(gè)三極管呢？
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一答：這個(gè)問題很多初學(xué)者都會提出來。三極管絕不是兩個(gè) PN 結(jié)的簡單湊合，兩個(gè)二極管的組合不能形成一個(gè)三極管。我們以NPN型三極管為例（見圖2），兩個(gè)PN結(jié)共用了一個(gè)P區(qū)——基區(qū)，基區(qū)做得極薄，只有幾微米到幾十微米，正是靠著它把兩個(gè) PN 結(jié)有機(jī)地結(jié)合成一個(gè)不可分割的整體，它們之間存在著相互聯(lián)系和相互影響，使三極管完全不同于兩個(gè)單獨(dú)的PN結(jié)的特性。三極管在外加電壓的作用下，形成基極電流、集電極電流和發(fā)射極電流，成為電流放大器件。
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一問：怎樣理解三極管的電流放大作用呢？
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一答：三極管內(nèi)部進(jìn)行的物理過程是十分復(fù)雜的，初學(xué)者暫時(shí)不必去深入探討。從應(yīng)用的角度來講，可以把三極管看作是一個(gè)電流分配器。一個(gè)三極管制成后，它的三個(gè)電流之間的比例關(guān)系就大體上確定了（見圖3），用式子來表示就是：
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β 和 α 稱為三極管的電流分配系數(shù)，其中 β 值大家比較熟悉，都管它叫電流放大系數(shù)。三個(gè)電流中，有一個(gè)電流發(fā)生變化，另外兩個(gè)電流也會隨著按比例地變化。例如，基極電流的變化量 ΔI b ＝ 10 μA ， β ＝ 50 ，根據(jù) ΔI c ＝ βΔI b 的關(guān)系式，集電極電流的變化量 ΔI c ＝ 50×10 ＝ 500μA ，實(shí)現(xiàn)了電流放大。 一問：為什么在三極管內(nèi)部能夠把基極電流變成比它大 β 倍的集電極電流呢？ 一答：這個(gè)問題問得好。三極管自身并不能把小電流變成大電流，它僅僅起著一種控制作用，控制著電路里的電源，按確定的比例向三極管提供 Ib 、 Ic 和 Ie 這三個(gè)電流。為了容易理解，我們還是用水流比喻電流（見圖4）。這是粗、細(xì)兩根水管，粗的管子內(nèi)裝有閘門，這個(gè)閘門是由細(xì)的管子中的水量控制著它的開啟程度。如果細(xì)管子中沒有水流，粗管子中的閘門就會關(guān)閉。注入細(xì)管子中的水量越大，閘門就開得越大，相應(yīng)地流過粗管子的水就越多，這就體現(xiàn)出“以小控制大，以弱控制強(qiáng)”的道理。由圖可見，細(xì)管子的水與粗管子的水在下端匯合在一根管子中。三極管的基極b、集電極c和發(fā)射極e就對應(yīng)著圖4中的細(xì)管、粗管和粗細(xì)交匯的管子。電路見圖5 ，若給三極管外加一定的電壓，就會產(chǎn)生電流Ib 、Ic和Ie 。調(diào)節(jié)電位器 RP 改變基極電流 Ib ， Ic 也隨之變化。由于 Ic＝βIb ，所以很小的Ib控制著比它大β倍的 Ic 。 Ic 不是由三極管產(chǎn)生的，是由電源 V CC 在 I b 的控制下提供的，所以說三極管起著能量轉(zhuǎn)換作用。 一問：為了得到比較高的放大倍數(shù)，選擇三極管時(shí)是不是β越大越好？ 一答：單純從“放大”的角度來看，我們當(dāng)然希望β值越大越好?？墒牵龢O管接成共發(fā)射極放大電路（圖6）時(shí)，從管子的集電極c到發(fā)射極e總會產(chǎn)生一有害的漏電流，稱為穿透電流Iceo，它的大小與β值近似成正比，β值越大，Iceo就越大。Iceo這種寄生電流不受Ib控制，卻成為集電極電流Ic的一部分，Ic＝βIb＋Iceo 。值得注意的是，Iceo跟溫度有密切的關(guān)系，溫度升高，Iceo急劇變大，破壞了放大電路工作的穩(wěn)定性。所以，選擇三極管時(shí)，并不是β越大越好，一般取硅管β為40～150，鍺管取40～80。 一問：三極管的穿透電流一般有多大呢？怎么測量穿透電流？ 一答：在常溫下，鍺管的穿透電流比較大，一般由幾十微安到幾百微安，硅管的穿透電流就比較小，一般只有零點(diǎn)幾微安到幾微安。Iceo雖然不大，卻與溫度有著密切的關(guān)系，它們遵循著所謂的“加倍規(guī)則”，這就是溫度每升高10℃，Iceo約增大一倍。例如，某鍺管在常溫 20℃時(shí)，Iceo為20μA ，在使用中管芯溫度上升到50℃，Iceo就增大到160μA左右。測量Iceo的電路很簡單（圖7），三極管的基極開路，在集電極與發(fā)射極之間接入電源VCC（6V），串聯(lián)在電路中的電流表（可用萬用表中的0.1mA擋）所指示的電流值就是Iceo 。 一問：三極管的β是不是一個(gè)不變的常數(shù)呢？ 一答：嚴(yán)格地說，三極管的β值不是一個(gè)不變的常數(shù)。在實(shí)際使用中，調(diào)整三極管的集電極電流I，β值會隨著發(fā)生變化（圖8）。一般說來，在Ic很?。ɡ鐜资玻┗蚝艽螅唇咏姌O最大允電流ICM）時(shí)，β值都比較小，在1mA以上相當(dāng)寬的范圍內(nèi)，小功率管的β值都比較大，所以，同學(xué)們在調(diào)試放大電路時(shí)，要確定合適的工作電流Ic，以獲得最佳放大狀態(tài)。另外，β值也和三極管的其它參數(shù)一樣，跟溫度有密切的關(guān)系。溫度升高，β值相應(yīng)變大。一般溫度每升高1℃ β值增加0.5％～1 ％。 一問：為了保證三極管的β值不致下降太多，在使用中怎樣對它的集電極電流進(jìn)行限制呢？ 一答：三極管有一個(gè)極限參數(shù)叫集電極最大允許電流，用ICM表示。ICM常稱為三極管的額定電流，所以人們常常誤認(rèn)為超過了ICM值，由于過熱會把管子燒壞。實(shí)際上，規(guī)定ICM值是為避免集電極電流太大時(shí)引起β值下降過多。一般把β值降低到它的最大值一半左右時(shí)的集電極電流定為集電極最大允許電流ICM 。 一問：三極管為什么分成高頻管和低頻管？ 一答：正好可以向大家進(jìn)一步說明，三極管的電流放大系數(shù)β值還與電路的工作頻率有關(guān)。在一定的頻率范圍內(nèi)，可以認(rèn)為β值是不隨頻率變化的（圖9），可是當(dāng)頻率升高到超過某一數(shù)值后，β值就會明顯下降。為了保證三極管在高頻時(shí)仍然具有足夠的放大能力，人們規(guī)定：當(dāng)頻率升高到使β值下降到低頻（1000Hz）值β0的0.707倍時(shí)，所對應(yīng)的頻率稱為β截止頻率，用fβ表示。fβ就是三極管接成共發(fā)射極電路時(shí)所允許的最高工作頻率。 一問：怎樣劃分低頻管和高頻管呢？ 一答：回答這個(gè)問題，還需要多說幾句。剛剛提到的三極管β截止頻率 fβ 是在三極管接成共發(fā)射極放大電路時(shí)測定的。如果三極管接成共基極電路，隨著頻率的升高，其電流放大系數(shù)α（α＝Ic／Ie）值下降到低頻（1000Hz）值αo的0.707倍時(shí)，所對應(yīng)的頻率稱為α截止頻率，用fα表示（圖10）。fα反映了三極管共基極運(yùn)用時(shí)的頻率限制。在三極管產(chǎn)品系列中，常根據(jù)fα的大小劃分低頻管和高頻管。國家規(guī)定，fα＜3MHz的為低頻管，fα＞3MHz的為高頻管。 一問：假如三極管的工作頻率高于fβ值，會不會失去電流放大能力呢？fβ與fα的關(guān)系是什么？ 一答：當(dāng)頻率高于fβ值后，繼續(xù)升高頻率，β值將隨之下降，直到β＝1 ，三極管就失去了放大能力。為此，人們規(guī)定：在高頻條件下，β＝1 時(shí)所對應(yīng)的頻率，稱為特征頻率，用fT 表示。fT常作為標(biāo)志三極管頻率特性好壞的重要參數(shù)。在選擇三極管時(shí)，應(yīng)使管子的特征頻率fT比實(shí)際工作頻率高出3～5倍。 fα與fβ的物理意義是相同的，僅僅是放大電路連接方式不同。理論分析和實(shí)驗(yàn)都可以證明，同一只三極管的fβ值遠(yuǎn)比fα值要小，它們之間的關(guān)系為 fβ＝（1－α）fα 這就說明了共發(fā)射極電路的極限工作頻率比共基極電路低得多。所以，高頻放大和振蕩電路大多采用共基極連接。.png)
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