資訊熱線：超毅電子與您共同的詳細分析半導體三極管
超毅電子是服務為一體的半導體商家，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、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)負責產(chǎn)品的銷售與產(chǎn)品技術解決方案的業(yè)務與工程，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 PN 結(jié)構(gòu)成的半導體器件，如果我們用兩只二極管按一定的方式連接起來（見圖1），能不能組成一個三極管呢？
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一答：這個問題很多初學者都會提出來。三極管絕不是兩個 PN 結(jié)的簡單湊合，兩個二極管的組合不能形成一個三極管。我們以NPN型三極管為例（見圖2），兩個PN結(jié)共用了一個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 PN 結(jié)有機地結(jié)合成一個不可分割的整體，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單獨的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)部進行的物理過程是十分復雜的，初學者暫時不必去深入探討。從應用的角度來講，可以把三極管看作是一個電流分配器。一個三極管制成后，它的三個電流之間的比例關系就大體上確定了（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)。三個電流中，有一個電流發(fā)生變化，另外兩個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 的關系式，集電極電流的變化量 ΔI c ＝ 50×10 ＝ 500μA ，實現(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、細兩根水管，粗的管子內(nèi)裝有閘門，這個閘門是由細的管子中的水量控制著它的開啟程度。如果細管子中沒有水流，粗管子中的閘門就會關閉。注入細管子中的水量越大，閘門就開得越大，相應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”的道理。由圖可見，細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就對應著圖4中的細管、粗管和粗細交匯的管子。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)，選擇三極管時是不是β越大越好？ 一答：單純從“放大”的角度來看，我們當然希望β值越大越好?？墒?，三極管接成共發(fā)射極放大電路（圖6）時，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，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，一般只有零點幾微安到幾微安。Iceo雖然不大，卻與溫度有著密切的關系，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，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是不是一個不變的常數(shù)呢？ 一答：嚴格地說，三極管的β值不是一個不變的常數(shù)。在實際使用中，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很小（例如幾十微安）或很大（即接近集電極最大允電流ICM）時，β值都比較小，在1mA以上相當寬的范圍內(nèi)，小功率管的β值都比較大，所以，同學們在調(diào)試放大電路時，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，跟溫度有密切的關系。溫度升高，β值相應變大。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行限制呢？ 一答：三極管有一個極限參數(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，所以人們常常誤認為超過了ICM值，由于過熱會把管子燒壞。實際上，規(guī)定ICM值是為避免集電極電流太大時引起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。在一定的頻率范圍內(nèi)，可以認為β值是不隨頻率變化的（圖9），可是當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仍然具有足夠的放大能力，人們規(guī)定：當頻率升高到使β值下降到低頻（1000Hz）值β0的0.707倍時，所對應的頻率稱為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，所對應的頻率稱為α截止頻率，用fα表示（圖10）。fα反映了三極管共基極運用時的頻率限制。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的關系是什么？ 一答：當頻率高于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 時所對應的頻率，稱為特征頻率，用fT 表示。fT常作為標志三極管頻率特性好壞的重要參數(shù)。在選擇三極管時，應使管子的特征頻率fT比實際工作頻率高出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。理論分析和實驗都可以證明，同一只三極管的fβ值遠比fα值要小，它們之間的關系為 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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