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對三極管放大作用的理解,切記一點(diǎn):能量不會無緣無故的產(chǎn)生,所以,三極管一定不會產(chǎn)生能量。
但三極管厲害的地方在于:它可以通過小電流控制大電流。
放大的原理就在于:通過小的交流輸入,控制大的靜態(tài)直流。
假設(shè)三極管是個(gè)大壩,這個(gè)大壩奇怪的地方是,有兩個(gè)閥門,一個(gè)大閥門,一個(gè)小閥門。小閥門可以用人力打開,大閥門很重,人力是打不開的,只能通過小閥門的水力打開。
所以,平常的工作流程便是,每當(dāng)放水的時(shí)候,人們就打開小閥門,很小的水流涓涓流出,這涓涓細(xì)流沖擊大閥門的開關(guān),大閥門隨之打開,洶涌的江水滔滔流下。
如果不停地改變小閥門開啟的大小,那么大閥門也相應(yīng)地不停改變,假若能嚴(yán)格地按比例改變,那么,的控制就完成了。
在這里,Ube就是小水流,Uce就是大水流,人就是輸入信號。當(dāng)然,如果把水流比為電流的話,會更確切,因?yàn)槿龢O管畢竟是一個(gè)電流控制元件。
截止區(qū):應(yīng)該是那個(gè)小的閥門開啟的還不夠,不能打開打閥門,這種情況是截止區(qū)。
飽和區(qū):應(yīng)該是小的閥門開啟的太大了,以至于大閥門里放出的水流已經(jīng)到了它極限的流量,但是 你關(guān)小 小閥門的話,可以讓三極管工作狀態(tài)從飽和區(qū)返回到線性區(qū)。
線性區(qū):就是水流處于可調(diào)節(jié)的狀態(tài)。
擊穿區(qū):比如有水流存在一個(gè)水庫中,水位太高(相應(yīng)與Vce太大),導(dǎo)致有缺口產(chǎn)生,水流流出。而且,隨著小閥門的開啟,這個(gè)擊穿電壓變低,就是更容易擊穿了。
術(shù)語說明
一、三極管
三極管是兩個(gè)PN結(jié)共居于一塊半導(dǎo)體材料上,因?yàn)槊總€(gè)半導(dǎo)體三極管都有兩個(gè)PN結(jié),所以又稱為雙極結(jié)晶體管。
三極管實(shí)際就是把兩個(gè)二極管同極相連。它是電流控制元件,利用基區(qū)窄小的特殊結(jié)構(gòu),通過載流子的擴(kuò)散和復(fù)合,實(shí)現(xiàn)了基極電流對集電極電流的控制,使三極管有更強(qiáng)的控制能力。按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)來區(qū)分,可以把三極管分為PNP管和NPN管,兩只管按照一定的方式連接起來,就可以組成對管,具有更強(qiáng)的工作能力。如果按照三極管的功耗來區(qū)別,可以把它們分為小功率三極管、中功率三極管、大功率三極管等。
二、作用與應(yīng)用
三極管具有對電流信號的放大作用和開關(guān)控制作用。所以,三極管可以用來放大信號和控制電流的通斷。在電源、信號處理等地方都可以看到三極管,集成電路也是由許多三極管按照一定的電路形式連接起來,具有某些用途的元件。三極管是最重要的電流放大元件。
三、三極管的重要參數(shù)
1、β值
β值是三極管最重要的參數(shù),因?yàn)棣轮得枋龅氖侨龢O管對電流信號放大能力的大小。β值越高,對小信號的放大能力越強(qiáng),反之亦然;但β值不能做得很大,因?yàn)樘?,三極管的性能不太穩(wěn)定,通常β值應(yīng)該選擇30至80為宜。一般來說,三極管的β值不是一個(gè)特定的指,它一般伴隨著元件的工作狀態(tài)而小幅度地改變。
2、極間反向電流
極間反向電流越小,三極管的穩(wěn)定性越高。
3、三極管反向擊穿特性:
三極管是由兩個(gè)PN結(jié)組成的,如果反向電壓超過額定數(shù)值,就會像二極管那樣被擊穿,使性能下降或損壞。
4、工作頻率
三極管的β值只是在一定的工作頻率范圍內(nèi)才保持不變,如果超過頻率范圍,它們就會隨著頻率的升高而急劇下降。
四、分類
按放大原理的不同,三極管分為雙極性三極管(BJT,Bipolar Junction Transistor )和單極性(MOS/MES型: Metal-Oxide-Semiconductor or MEtal Semiconductor)三極管。BJT中有兩種載流子參與導(dǎo)電,而在MOS型中只有一種載流子導(dǎo)電。BJT一般是電流控制器件,而MOS型一般是電壓控制器件。
五,使用
搞數(shù)字電路的使用三極管大都當(dāng)開關(guān)用,只要保證三極管工作在飽和區(qū)和截止區(qū)就可以
說到穩(wěn)壓三極管,部分新手可能會有疑問,向來只有穩(wěn)壓二極管,三極管什么時(shí)候也能起到穩(wěn)壓作用了呢?其實(shí)三極管穩(wěn)壓并不十分罕見,只是比常見的穩(wěn)壓二極管使用條件更加特殊一些而已。在本文中,小編就將介紹最基本的三端穩(wěn)壓三極管,并簡述其穩(wěn)壓過程。
圖1為三端穩(wěn)壓三極管的基本電路圖,其穩(wěn)壓過程為:由1K和穩(wěn)壓管組成基本穩(wěn)壓電路,在穩(wěn)壓管上得到一個(gè)穩(wěn)定的電壓(假設(shè)為5.3V),三極管基極聯(lián)接該點(diǎn),組成一個(gè)射極跟隨器,發(fā)射極電壓是跟隨著基極電壓,(比基極低一個(gè)三極管的be壓降約0.65V,5.3-0.65=4.65V)因此在發(fā)射極便能輸出電壓就和基極電壓一樣穩(wěn)定的4.65V的電壓。
此電路不僅簡單,其負(fù)載能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于穩(wěn)壓管,并且由于射極跟隨器的輸入抗組較高,使得輸出電壓頗為穩(wěn)定。通過文中這一簡單的穩(wěn)壓三極管電路圖,大家是否對這一并不常見的穩(wěn)壓器件有所了解了呢?小編將繼續(xù)為大家收集關(guān)于穩(wěn)壓三極管的相關(guān)知識
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單純從“放大"的角度來看,我們希望 β 值越大越好??墒?,三極管接成共發(fā)射極放大電路(圖 6 )時(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 I ceo ,它的大小與 β 值近似成正比, β 值越大, I ceo 就越大。 I ceo 這種寄生電流不受 I b 控制,卻成為集電極電流 I c 的一部分, I c = βI b + I ceo 。值得注意的是, I ceo 跟溫度有密切的關(guān)系,溫度升高, I ceo 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 。
六、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。 I ceo 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℃ , I ceo 約增大一倍。例如,某鍺管在常溫 20℃ 時(shí), I ceo 為 20μA ,在使用中管芯溫度上升到 50℃ , I ceo 就增大到 160μA 左右。測量 I ceo 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 V CC ( 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 I ceo 。
七、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 I c 很?。ɡ鐜资玻┗蚝艽螅唇咏姌O最大允電流 I CM )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 I c ,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 %。
八、三極管有一個(gè)極限參數(shù)叫集電極最大允許電流,用 I CM 表示。 I CM 常稱為三極管的額定電流,所以人們常常誤認(rèn)為超過了 I CM 值,由于過熱會把管子燒壞。實(shí)際上,規(guī)定 I CM 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 I CM 。
九、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 β 0 的 0.707 倍時(shí),所對應(yīng)的頻率稱為 β 截止頻率,用 f β 表示。 f β 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。
三極管 β 截止頻率 f β 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 = I c / I e )值下降到低頻( 1000Hz )值 α o 的 0.707 倍時(shí),所對應(yīng)的頻率稱為 α 截止頻率,用 f α 表示(圖 10 )。 f α 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) f α 的大小劃分低頻管和高頻管。國家規(guī)定, f α < 3MHz 的為低頻管, f α > 3MHz 的為高頻管。
當(dāng)頻率高于 f β 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 f T 表示。 f T 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 f T 比實(shí)際工作頻率高出 3 ~ 5 倍。
f α 與 f β 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 f β 值遠(yuǎn)比 f α 值要小,它們之間的關(guān)系為
f β =( 1 - α ) f α
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。