1樓:流血的季節
半導體電子器件,有兩個pn結組成,可以對電流起放大作用,有3個引腳,晶體三極體分別為集電極(c),基極(b),發射極(e),電子三極體分別為屏極、柵極、陰極。有pnp和npn型兩種,以材料分有矽材料和鍺材料兩種。
[編輯本段]概念
半導體三極體也稱雙極型電晶體,晶體三極體,簡稱三極體,是一種電流控制電流的半導體器件.
作用:把微弱訊號放大成輻值較大的電訊號, 也用作無觸點開關.
[編輯本段]工作原理
晶體三極體(以下簡稱三極體)按材料分有兩種:鍺管和矽管。而每一種又有npn和pnp兩種結構形式,但使用最多的是矽npn和pnp兩種三極體,兩者除了電源極性不同外,其工作原理都是相同的,下面僅介紹npn矽管的電流放大原理。
對於npn管,它是由2塊n型半導體中間夾著一塊p型半導體所組成,發射區與基區之間形成的pn結稱為發射結,而集電區與基區形成的pn結稱為集電結,三條引線分別稱為發射極e、基極b和集電極c。
當b點電位高於e點電位零點幾伏時,發射結處於正偏狀態,而c點電位高於b點電位幾伏時,集電結處於反偏狀態,集電極電源ec要高於基極電源ebo。
在製造三極體時,有意識地使發射區的多數載流子濃度大於基區的,同時基區做得很薄,而且,要嚴格控制雜質含量,這樣,一旦接通電源後,由於發射結正確,發射區的多數載流子(電子)極基區的多數載流子(控穴)很容易地截越過發射結構互相向反方各擴散,但因前者的濃度基大於後者,所以通過發射結的電流基本上是電子流,這股電子流稱為發射極電流ie。
由於基區很薄,加上集電結的反偏,注入基區的電子大部分越過集電結進入集電區而形成集電集電流ic,只剩下很少(1-10%)的電子在基區的空穴進行復合,被復合掉的基區空穴由基極電源eb重新補紀念給,從而形成了基極電流ibo根據電流連續性原理得:
ie=ib+ic
這就是說,在基極補充乙個很小的ib,就可以在集電極上得到乙個較大的ic,這就是所謂電流放大作用,ic與ib是維持一定的比例關係,即:
β1=ic/ib
式中:β--稱為直流放大倍數,
集電極電流的變化量△ic與基極電流的變化量△ib之比為:
β= △ic/△ib
式中β--稱為交流電流放大倍數,由於低頻時β1和β的數值相差不大,所以有時為了方便起見,對兩者不作嚴格區分,β值約為幾十至一百多。
三極體是一種電流放大器件,但在實際使用中常常利用三極體的電流放大作用,通過電阻轉變為電壓放大作用。
[編輯本段]三極體的分類:
a.按材質分: 矽管、鍺管
b.按結構分: npn 、 pnp
c.按功能分: 開關管、功率管、達林頓管、光敏管等.
[編輯本段]三極體的主要引數
a. 特徵頻率ft:當f= ft時,三極體完全失去電流放大功能.如果工作頻率大於ft,電路將不正常工作.
b. 工作電壓/電流:用這個引數可以指定該管的電壓電流使用範圍.
c. hfe:電流放大倍數.
d. vceo:集電極發射極反向擊穿電壓,表示臨界飽和時的飽和電壓.
e. pcm:最大允許耗散功率.
f. 封裝形式:指定該管的外觀形狀,如果其它引數都正確,封裝不同將導致元件無法在.
[編輯本段]判斷基極和三極體的型別
先假設三極體的某極為「基極」,將黑錶筆接在假設基極上,再將紅錶筆依次接到其餘兩個電極上,若兩次測得的電阻都大(約幾k到幾十k),或者都小(幾百至幾k),對換錶筆重複上述測量,若測得兩個阻值相反(都很小或都很大),則可確定假設的基極是正確的,否則另假設一極為「基極」,重複上述測試,以確定基極.
當基極確定後,將黑錶筆接基極,紅表筆筆接基它兩極若測得電阻值都很少,則該三極體為pnp,反之為npn.
判斷集電極c和發射極e,以npn為例:
把黑錶筆接至假充的集電極c,紅錶筆接到假設的發射極e,並用手捏住b和c極,讀出表頭所示c,e電阻值,然後將紅,黑錶筆反接重測.若第一次電阻比第二次小,說明原假設成立.
體三極體的結構和型別
晶體三極體,是半導體基本元器件之一,具有電流放大作用,是電子電路的核心元件。三極體是在一塊半導體基片上製作兩個相距很近的pn結,兩個pn結把正塊半導體分成三部分,中間部分是基區,兩側部分是發射區和集電區,排列方式有pnp和npn兩種,
從三個區引出相應的電極,分別為基極b發射極e和集電極c。
發射區和基區之間的pn結叫發射結,集電區和基區之間的pn結叫集電極。基區很薄,而發射區較厚,雜質濃度大,pnp型三極體發射區"發射"的是空穴,其移動方向與電流方向一致,故發射極箭頭向里;npn型三極體發射區"發射"的是自由電子,其移動方向與電流方向相反,故發射極箭頭向外。發射極箭頭向外。
發射極箭頭指向也是pn結在正向電壓下的導通方向。矽晶體三極體和鍺晶體三極體都有pnp型和npn型兩種型別。
三極體的封裝形式和管腳識別
常用三極體的封裝形式有金屬封裝和塑料封裝兩大類,引腳的排列方式具有一定的規律,
底檢視位置放置,使三個引腳構成等腰三角形的頂點上,從左向右依次為e b c;對於中小功率塑料三極體按圖使其平面朝向自己,三個引腳朝下放置,則從左到右依次為e b c。
目前,國內各種型別的晶體三極體有許多種,管腳的排列不盡相同,在使用中不確定管腳排列的三極體,必須進行測量確定各管腳正確的位置,或查詢電晶體使用手冊,明確三極體的特性及相應的技術引數和資料。
三極體的管型及管腳的判別是電子技術初學者的一項基本功,為了幫助讀者迅速掌握測判方法,總結出四句口訣:「三顛倒,找基極;pn結,定管型;順箭頭,偏轉大;測不准,動嘴巴。」下面讓我們逐句進行解釋吧。
1. 三顛倒,找基極
大家知道,三極體是含有兩個pn結的半導體器件。根據兩個pn結連線方式不同,可以分為npn型和pnp型兩種不同導電型別的三極體。
測試三極體要使用萬用電表的歐姆擋,並選擇r×100或r×1k擋位。對於指標式萬用電表有,其紅錶筆所連線的是表內電池的負極,黑錶筆則連線著表內電池的正極。假定我們並不知道被測三極體是npn型還是pnp型,也分不清各管腳是什麼電極。
測試的 第一步是判斷哪個管腳是基極。這時,我們任取兩個電極(如這兩個電極為1、2),用萬用電 表兩支錶筆顛倒測量它的正、反向電阻,觀察表針的偏轉角度;接著,再取1、3兩個電極和 2、3兩個電極,分別顛倒測量它們的正、反向電阻,觀察表針的偏轉角度。在這三次顛倒測
量中,必然有兩次測量結果相近:即顛倒測量中表針一次偏轉大,一次偏轉小;剩下一次必 然是顛倒測量前後指標偏轉角度都很小,這一次未測的那只管腳就是我們要尋找的基極。
2.pn結,定管型
找出三極體的基極後,我們就可以根據基極與另外兩個電極之間pn結的方向來確定管子的導電型別。將萬用表的黑錶筆接觸基極,紅錶筆接觸另外兩個電極中的任一電極,若表頭指標偏轉角度很大,則說明被測三極體為npn型管;若表頭指標偏轉角度很小,則被測管即為pnp型。
3.順箭頭,偏轉大
找出了基極b,另外兩個電極哪個是集電極c,哪個是發射極e呢?這時我們可以用測穿透電流iceo的方法確定集電極c和發射極e。
(1)對於npn型三極體,由npn型三極體穿透電流的流向原理,用萬用電表的黑、紅錶筆顛倒測量兩極間的正、反向電阻rce和rec,雖然兩次測量中萬用表指標偏轉角度都很小,但仔細觀察,總會有一次偏轉角度稍大,此時電流的流向一定是:黑錶筆→c極→b極→e極→紅錶筆,電流流向正好與三極體符號中的箭頭方向一致,所以此時黑錶筆所接的一定是集電極c,紅錶筆所接的一定是發射極e。
(2)對於pnp型的三極體,道理也類似於npn型,其電流流向一定是:黑錶筆→e極→b極
→c極→紅錶筆,其電流流向也與三極體符號中的箭頭方向一致,所以此時黑錶筆所接的一 定是發射極e,紅錶筆所接的一定是集電極c。
4.測不出,動嘴巴
若在「順箭頭,偏轉大」的測量過程中,若由於顛倒前後的兩次測量指標偏轉均太小難以區分時,就要「動嘴巴」了。具體方法是:在「順箭頭,偏轉大」的兩次測量中,用兩隻手分別捏住兩錶筆與管腳的結合部,用嘴巴含住(或用舌頭抵住)基電極b,仍用「順箭頭,偏轉大」的判別方法即可區分開集電極c與發射極e。
其中人體起到直流偏置電阻的作用,目的是使效果更加明顯。
晶體三極體的電流放大作用
晶體三極體具有電流放大作用,其實質是三極體能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。這是三極體最基本的和最重要的特性。我們將δic/δib的比值稱為晶體三極體的電流放大倍數,用符號「β」表示。
電流放大倍數對於某乙隻三極體來說是乙個定值,但隨著三極體工作時基極電流的變化也會有一定的改變。
晶體三極體的三種工作狀態
截止狀態:當加在三極體發射結的電壓小於pn結的導通電壓,基極電流為零,集電極電流和發射極電流都為零,三極體這時失去了電流放大作用,集電極和發射極之間相當於開關的斷開狀態,我們稱三極體處於截止狀態。
放大狀態:當加在三極體發射結的電壓大於pn結的導通電壓,並處於某一恰當的值時,三極體的發射結正向偏置,集電結反向偏置,這時基極電流對集電極電流起著控制作用,使三極體具有電流放大作用,其電流放大倍數β=δic/δib,這時三極體處放大狀態。
飽和導通狀態:當加在三極體發射結的電壓大於pn結的導通電壓,並當基極電流增大到一定程度時,集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大,而是處於某一定值附近不怎麼變化,這時三極體失去電流放大作用,集電極與發射極之間的電壓很小,集電極和發射極之間相當於開關的導通狀態。三極體的這種狀態我們稱之為飽和導通狀態。
根據三極體工作時各個電極的電位高低,就能判別三極體的工作狀態,因此,電子維修人員在維修過程中,經常要拿多用電表測量三極體各腳的電壓,從而判別三極體的工作情況和工作狀態。
使用多用電表檢測三極體
三極體基極的判別:根據三極體的結構示意圖,我們知道三極體的基極是三極體中兩個pn結的公共極,因此,在判別三極體的基極時,只要找出兩個pn結的公共極,即為三極體的基極。具體方法是將多用電表調至電阻擋的r×1k擋,先用紅錶筆放在三極體的乙隻腳上,用黑錶筆去碰三極體的另兩隻腳,如果兩次全通,則紅錶筆所放的腳就是三極體的基極。
如果一次沒找到,則紅錶筆換到三極體的另乙個腳,再測兩次;如還沒找到,則紅錶筆再換一下,再測兩次。如果還沒找到,則改用黑錶筆放在三極體的乙個腳上,用紅錶筆去測兩次看是否全通,若一次沒成功再換。這樣最多沒量12次,總可以找到基極。
三極體型別的判別: 三極體只有兩種型別,即pnp型和npn型。判別時只要知道基極是p型材料還n型材料即可。
當用多用電表r×1k擋時,黑錶筆代表電源正極,如果黑錶筆接基極時導通,則說明三極體的基極為p型材料,三極體即為npn型。如果紅錶筆接基極導通,則說明三極體基極為n型材料,三極體即為pnp型。
三極體的基本放大電路
基本放大電路是放大電路中最基本的結構,是構成複雜放大電路的基本單元。它利用雙極型半導體三極體輸入電流控制輸出電流的特性,或場效應半導體三極體輸入電壓控制輸出電流的特性,實現訊號的放大。本章基本放大電路的知識是進一步學習電子技術的重要基礎。
基本放大電路一般是指由乙個三極體或場效電晶體組成的放大電路。從電路的角度來看,可以將基本放大電路看成乙個雙埠網路。放大的作用體現在如下方面:
1.放大電路主要利用三極體或場效電晶體的控制作用放大微弱訊號,輸出訊號在電壓或電流的幅度上得到了放大,輸出訊號的能量得到了加強。
2.輸出訊號的能量實際上是由直流電源提供的,只是經過三極體的控制,使之轉換成訊號能量,提供給負載。
共射組態基本放大電路的組成
共射組態基本放大電路是輸入訊號加在加在基極和發射極之間,耦合電容器c1和ce視為對交流訊號短路。輸出訊號從集電極對地取出,經耦合電容器c2隔除直流量,僅將交流訊號加到負載電阻rl之上。放大電路的共射組態實際上是指放大電路中的三極體是共射組態。
在輸入訊號為零時,直流電源通過各偏置電阻為三極體提供直流的基極電流和直流集電極電流,並在三極體的三個極間形成一定的直流電壓。由於耦合電容的隔直流作用,直流電壓無法到達放大電路的輸入端和輸出端。
當輸入交流訊號通過耦合電容c1和ce加在三極體的發射結上時,發射結上的電壓變成交、直流的疊加。放大電路中訊號的情況比較複雜,各訊號的符號規定如下:由於三極體的電流放大作用,ic要比ib大幾十倍,一般來說,只要電路引數設定合適,輸出電壓可以比輸入電壓高許多倍。
uce中的交流量 有一部分經過耦合電容到達負載電阻,形成輸出電壓。完成電路的放大作用。
由此可見,放大電路中三極體集電極的直流訊號不隨輸入訊號而改變,而交流訊號隨輸入訊號發生變化。在放大過程中,集電極交流訊號是疊加在直流訊號上的,經過耦合電容,從輸出端提取的只是交流訊號。因此,在分析放大電路時,可以採用將交、直流訊號分開的辦法,可以分成直流通路和交流通路來分析。
放大電路的組成原則:
1.保證放大電路的核心器件三極體工作在放大狀態,即有合適的偏置。也就是說發射結正偏,集電結反偏。
2.輸入迴路的設定應當使輸入訊號耦合到三極體的輸入電極,形成變化的基極電流,從而產生三極體的電流控制關係,變成集電極電流的變化。
3.輸出迴路的設定應該保證將三極體放大以後的電流訊號轉變成負載需要的電量形式(輸出電壓或輸出電流)。
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