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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。基區(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型兩種類型。

三極管是一種控制元件，三極管的作用非常的大，可以說沒有三極管的發(fā)明就沒有現(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)對于某一只三極管來說是一個(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過小，管子的電流放大作用小，β過大，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)射極開路，集電結(jié)加反向電壓時(shí)測得的集電極電流。常溫下，硅管的ICBO在nA（10-9）的量級，通常可忽略。

  （2）集電極-發(fā)射極反向電流ICEO是指基極開路時(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上作出三極管的允許功耗線，如圖5-8所示。功耗線的左下方為安全工作區(qū)，右上方為過損耗區(qū)。

  （3）反向擊穿電壓

  反向擊穿電壓是指基極開路時(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。溫度對下列的三個(gè)參數(shù)影響最大。

  （1）對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，溫度對硅管ICEO的影響不大。

  （3）對發(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)常混用而不加區(qū)別。

二、極間反向電流

1．集-基反向飽和電流ICBO

ICBO是指發(fā)射極開路，在集電極與基極之間加上一定的反向電壓時(shí)，所對應(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)，所對應(yīng)的頻率，稱為共射極截止頻率，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)所對應(yīng)的頻率，稱為特征頻率。在fβ～fT的范圍內(nèi)，β值與f幾乎成線性關(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上畫出PCM 曲線。

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 、截止線所包圍的區(qū)域，便是三極管安全工作的線性放大區(qū)。一般作放大用的三極管，均須工作于此區(qū)。