嗨,各位同學大家好,這里是萌萌老師的電子元器件基礎知識講堂,很高興與大家相聚在這里!
在之前的課堂上,萌萌老師為大家講解了二極管的基礎知識,從本次課堂開始,萌萌老師將會為大家詳細介紹三極管的基本特性和參數知識,我們開始學習吧!
首先,我們來認識一下什么是三極管
三極管的定義:三極管全稱應為半導體三極管,也稱雙極型晶體管、晶體三極管,是一種電流控制電流的半導體器件。其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號,也用作無觸點開關。
晶體三極管,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。
圖為部分型號的三極管三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結,兩個PN結把整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。

圖為三極管的結構圖
那么,三極管的基本特性都有哪些呢?
三極管的基本特性是:在一定的條件下集電極電流和基極電流成比例,因此可以用很小的基極電流控制較大的集電極電流,這樣一來就起到電流放大作用。
在符合放大條件(發射結加正向電壓,集電結加反向)的情況下有關系式Ic≈β*Ib,β叫做“共射交流電流放大系數”一般為幾十到幾百,三極管在這種情況下可以把電流放大。
三極管的特性曲線示意圖三極管對直流電流、交流電流都有放大作用。
三極管的公式是Ie=Ib+Ic。意思就是流過三極管發射極的電流等于流過基極和集電極電流的和,這根據基爾霍夫電流定律(KCL)來的。
基爾霍夫電流定律:電路中任一個節點上,在任一時刻,流入節點的電流之和等于流出節點的電流之和。
接下來,我們需要了解一下三極管的主要參數
直流參數
(1)集電極一基極反向飽和電流Icbo,發射極開路(Ie=0)時,基極和集電極之間加上規定的反向電壓Vcb時的集電極反向電流,它只與溫度有關,在一定溫度下是個常數,所以稱為集電極一基極的反向飽和電流。
良好的三極管Icbo很小,小功率鍺管的Icbo約為1~10微安,大功率鍺管的Icbo可達數毫安。
硅管的Icbo則非常小,是毫微安級。
(2)集電極一發射極反向電流Iceo(穿透電流)基極開路(Ib=0)時,集電極和發射極之間加上規定反向電壓Vce時的集電極電流。Iceo大約是Icbo的β倍即Iceo=(1+β)Icbo。
Icbo和Iceo受溫度影響極大,它們是衡管子熱穩定性的重要參數,其值越小,性能越穩定。小功率鍺管的Iceo比硅管大。
(3)發射極---基極反向電流Iebo集電極開路時,在發射極與基極之間加上規定的反向電壓時發射極的電流,它實際上是發射結的反向飽和電流。
(4)直流電流放大系數β1(或hEF)這是指共發射接法,沒有交流信號輸入時,集電極輸出的直流電流與基極輸入的直流電流的比值,即:β1=Ic/Ib
交流參數
(1)交流電流放大系數β(或hfe)這是指共發射極接法,集電極輸出電流的變化量△Ic與基極輸入電流的變化量△Ib之比,即:β=△Ic/△Ib
一般晶體管的β大約在10-200之間,如果β太小,電流放大作用差,如果β太大,電流放大作用雖然大,但性能往往不穩定。
(2)共基極交流放大系數α(或hfb)這是指共基接法時,集電極輸出電流的變化是△Ic與發射極電流的變化量△Ie之比,即:α=△Ic/△Ie
因為△Ic<△Ie,故α<1,高頻三極管的α>0.90就可以使用。
α與β之間的關系:
α=β/(1+β)
β=α/(1-α)≈1/(1-α)
(3)截止頻率fβ、fα當β下降到低頻時0.707倍的頻率,就是共發射極的截止頻率fβ;當α下降到低頻時的0.707倍的頻率,就是共基極的截止頻率fαofβ、fα是表明管子頻率特性的重要參數,它們之間的關系為:fβ≈(1-α)fα
(4)特征頻率fT因為頻率f上升時,β就下降,當β下降到1時,對應的fT是全面地反映晶體管的高頻放大性能的重要參數。
極限參數
(1)集電極最大允許電流ICM當集電極電流Ic增加到某一數值,引起β值下降到額定值的2/3或1/2,這時的Ic值稱為ICM。所以當Ic超過ICM時,雖然不致使管子損壞,但β值顯著下降,影響放大質量。
(2)集電極----基極擊穿電壓BVCBO當發射極開路時,集電結的反向擊穿電壓稱為BVEBO
(3)發射極-----基極反向擊穿電壓BVEBO當集電極開路時,發射結的反向擊穿電壓稱為BVEBO
(4)集電極-----發射極擊穿電壓BVCEO當基極開路時,加在集電極和發射極之間的最大允許電壓,使用時如果Vce>BVceo,管子就會被擊穿。
(5)集電極最大允許耗散功率PCM集電流過Ic,溫度要升高,管子因受熱而引起參數的變化不超過允許值時的最大集電極耗散功率稱為PCM。
管子實際的耗散功率于集電極直流電壓和電流的乘積,即Pc=Uce×Ic。使用時慶使Pc
除此之外,在工作中也同樣需要注意以下幾種常見參數值:
1、特征頻率fT
當f=fT時,三極管完全失去電流放大功能。如果工作頻率大于fT,電路將不正常工作。
fT稱作增益帶寬積,即fT=βfo。若已知當前三極管的工作頻率fo以及高頻電流放大倍數,便可得出特征頻率fT。隨著工作頻率的升高,放大倍數會下降。fT也可以定義為β=1時的頻率。
2、電壓/電流:用這個參數可以指定該管的電壓電流使用范圍
3、hFE:電流放大倍數
4、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
5、PCM:最大允許耗散功率
6、封裝形式:指定該管的外觀形狀,如果其它參數都正確,封裝不同將導致組件無法在電路板上實現。
之前我們曾經探討過高溫對二極管的影響,那么溫度對三極管參數的影響都有哪些呢?
(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是由少數載流子漂移運動形成的,它與環境溫度關系很大,ICEO隨溫度上升會急劇增加。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)對發射結電壓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,使用中應采取相應的措施(如加裝散熱片等)克服溫度的影響。