編帶8050三極管　TO-92

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1 基本介紹

 
  雙極性晶體管（英語(yǔ)：bipolar transistor），全稱雙極性結(jié)型晶體管（bipolar junction transistor, BJT），俗稱三極管，是一種具有三個(gè)終端的電子器件。雙極性晶體管是電子學(xué)歷史上具有革命意義的一項(xiàng)發(fā)明，其發(fā)明者威廉·肖克利、約翰·巴丁和沃爾特·布喇頓被授予了1956年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
  這種晶體管的工作，同時(shí)涉及電子和空穴兩種載流子的流動(dòng)，因此它被稱為雙極性的，所以也稱雙極性載流子晶體管。這種工作方式與諸如場(chǎng)效應(yīng)管的單極性晶體管不同，后者的工作方式僅涉及單一種類載流子的漂移作用。兩種不同摻雜物聚集區(qū)域之間的邊界由PN結(jié)形成。
  雙極性晶體管由三部分摻雜程度不同的半導(dǎo)體制成，晶體管中的電荷流動(dòng)主要是由于載流子在PN結(jié)處的擴(kuò)散作用和漂移運(yùn)動(dòng)。以NPN晶體管為例，按照設(shè)計(jì)，高摻雜的發(fā)射極區(qū)域的電子，通過擴(kuò)散作用運(yùn)動(dòng)到基極。在基極區(qū)域，空穴為多數(shù)載流子，而電子少數(shù)載流子。由于基極區(qū)域很薄，這些電子又通過漂移運(yùn)動(dòng)到達(dá)集電極，從而形成集電極電流，因此雙極性晶體管被歸到少數(shù)載流子設(shè)備。
  雙極性晶體管能夠放大信號(hào)，并且具有較好的功率控制、高速工作以及耐久能力，所以它常被用來構(gòu)成放大器電路，或驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備，并被廣泛地應(yīng)用于航空航天工程、醫(yī)療器械和機(jī)器人等應(yīng)用產(chǎn)品中。

2 工作原理

 
  晶體三極管（以下簡(jiǎn)稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和PNP兩種三極管，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硅管的電流放大原理。
 
 
  NPN管它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)，三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。
  在制造三極管時(shí)，有意識(shí)地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于由于發(fā)射結(jié)正偏,，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）極基區(qū)的多數(shù)載流子（控穴）很容易地截越過發(fā)射結(jié)構(gòu)互相向反方各擴(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流Ie。由于基區(qū)很薄，加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電集電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ibo根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic這就是說，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的Ib，就可以在集電極上得到一個(gè)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(guān)系，即：β1=Ic/Ib式中：β--稱為直流放大倍數(shù)，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(shù)，由于低頻時(shí)β1和β的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見，對(duì)兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，β值約為幾十至一百多。三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?br/>

3 功能作用

  三極管是一種控制元件，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，這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。
  三極管在放大信號(hào)時(shí)，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也叫建立偏置 ，否則會(huì)放大失真。
  在三極管的集電極與電源之間接一個(gè)電阻，可將電流放大轉(zhuǎn)換成電壓放大：當(dāng)基極電壓UB升高時(shí)，IB變大，IC也變大，IC 在集電極電阻RC的壓降也越大，所以三極管集電極電壓UC會(huì)降低，且UB越高，UC就越低，ΔUC=ΔUB。

4 主要參數(shù)

  1、直流參數(shù)
  （1）集電極一基極反向飽和電流Icbo，發(fā)射極開路（Ie=0)時(shí)，基極和集電極之間加上規(guī)定的反向電壓Vcb時(shí)的集電極反向電流，它只與溫度有關(guān)，在一定溫度下是個(gè)常數(shù)，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(dá)數(shù)毫安，而硅管的Icbo則非常小，是毫微安級(jí)。
  （2）集電極一發(fā)射極反向電流Iceo(穿透電流）基極開路（Ib=0）時(shí)，集電極和發(fā)射極之間加上規(guī)定反向電壓Vce時(shí)的集電極電流。Iceo大約是Icbo的β倍即Iceo=(1+β)IcbooIcbo和Iceo受溫度影響極大，它們是衡量管子熱穩(wěn)定性的重要參數(shù)，其值越小，性能越穩(wěn)定，小功率鍺管的Iceo比硅管大。
  （3）發(fā)射極---基極反向電流Iebo集電極開路時(shí)，在發(fā)射極與基極之間加上規(guī)定的反向電壓時(shí)發(fā)射極的電流，它實(shí)際上是發(fā)射結(jié)的反向飽和電流。
  （4）直流電流放大系數(shù)β1（或hEF）這是指共發(fā)射接法，沒有交流信號(hào)輸入時(shí)，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
  2、交流參數(shù)
  （1）交流電流放大系數(shù)β（或hfe）這是指共發(fā)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(wěn)定。
  （2）共基極交流放大系數(shù)α（或hfb）這是指共基接法時(shí)，集電極輸出電流的變化是△Ic與發(fā)射極電流的變化量△Ie之比，即：α=△Ic/△Ie因?yàn)椤鱅c＜△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(guān)系：α=β/（1+β）β=α/（1-α）≈1/（1-α）
  （3）截止頻率fβ、fα當(dāng)β下降到低頻時(shí)0.707倍的頻率，就是共發(fā)射極的截止頻率fβ；當(dāng)α下降到低頻時(shí)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(shù)，它們之間的關(guān)系為：fβ≈（1-α）fα
  （4）特征頻率fT因?yàn)轭l率f上升時(shí)，β就下降，當(dāng)β下降到1時(shí)，對(duì)應(yīng)的fT是全面地反映晶體管的高頻放大性能的重要參數(shù)。
  3、極限參數(shù)
  （1）集電極最大允許電流ICM當(dāng)集電極電流Ic增加到某一數(shù)值，引起β值下降到額定值的2/3或1/2，這時(shí)的Ic值稱為ICM。所以當(dāng)Ic超過ICM時(shí)，雖然不致使管子損壞，但β值顯著下降，影響放大質(zhì)量。
  （2）集電極----基極擊穿電壓BVCBO當(dāng)發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向擊穿電壓稱為BVEBO。
  （3）發(fā)射極-----基極反向擊穿電壓BVEBO當(dāng)集電極開路時(shí)，發(fā)射結(jié)的反向擊穿電壓稱為BVEBO。
  （4）集電極-----發(fā)射極擊穿電壓BVCEO當(dāng)基極開路時(shí)，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓，使用時(shí)如果Vce＞BVceo，管子就會(huì)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(shù)的變化不超過允許值時(shí)的最大集電極耗散功率稱為PCM。管子實(shí)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(shí)慶使Pc＜PCM。PCM與散熱條件有關(guān)，增加散熱片可提高PCM。

5 特性曲線

  1、輸入特性其特點(diǎn)是：
  1）當(dāng)Uce在0-2伏范圍內(nèi)，曲線位置和形狀與Uce有關(guān)，但當(dāng)Uce高于2伏后，曲線Uce基本無關(guān)通常輸入特性由兩條曲線（Ⅰ和Ⅱ）表示即可。
  2）當(dāng)Ube＜UbeR時(shí)，Ib≈O稱（0～UbeR)的區(qū)段為“死區(qū)”當(dāng)Ube＞UbeR時(shí)，Ib隨Ube增加而增加，放大時(shí)，三極管工作在較直線的區(qū)段。
  3）三極管輸入電阻，定義為:rbe=(△Ube/△Ib)Q點(diǎn)，其估算公式為：rbe=rb+(β+1)(26毫伏/Ie毫伏）rb為三極管的基區(qū)電阻，對(duì)低頻小功率管，rb約為300歐。
  2、輸出特性
  輸出特性表示Ic隨Uce的變化關(guān)系（以Ib為參數(shù)），它分為三個(gè)區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)當(dāng)Ube＜0時(shí)，則Ib≈0，發(fā)射區(qū)沒有電子注入基區(qū)，但由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，集電集仍有小量電流通過，即Ic=Iceo稱為穿透電流，常溫時(shí)Iceo約為幾微安，鍺管約為幾十微安至幾百微安，它與集電極反向電流Icbo的關(guān)系是：Icbo=(1+β)Icbo常溫時(shí)硅管的Icbo小于1微安，鍺管的Icbo約為10微安，對(duì)于鍺管，溫度每升高12℃，Icbo數(shù)值增加一倍，而對(duì)于硅管溫度每升高8℃，Icbo數(shù)值增大一倍，雖然硅管的Icbo隨溫度變化更劇烈，但由于鍺管的Icbo值本身比硅管大，所以鍺管仍然受溫度影響較嚴(yán)重的管，放大區(qū)，當(dāng)晶體三極管發(fā)射結(jié)處于正偏而集電結(jié)于反偏工作時(shí)，Ic隨Ib近似作線性變化，放大區(qū)是三極管工作在放大狀態(tài)的區(qū)域。飽和區(qū)當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正偏狀態(tài)時(shí)，Ic基本上不隨Ib而變化，失去了放大功能。根據(jù)三極管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)偏置情況，可能判別其工作狀態(tài)。
  截止區(qū)和飽和區(qū)是三極管工作在開關(guān)狀態(tài)的區(qū)域，三極管和導(dǎo)通時(shí)，工作點(diǎn)落在飽和區(qū)，三極管截止時(shí)，工作點(diǎn)落在截止區(qū)。

6 產(chǎn)品檢測(cè)

  大功率晶體三極管的檢測(cè)
  利用萬用表檢測(cè)中、小功率三極管的極性、管型及性能的各種方法，對(duì)檢測(cè)大功率三極管來說基本上適用。但是，由于大功率三極管的工作電流比較大，因而其PN結(jié)的面積也較大。PN結(jié)較大，其反向飽和電流也必然增大。所以，若像測(cè)量中、小功率三極管極間電阻那樣，使用萬用表的R×1k擋測(cè)量，必然測(cè)得的電阻值很小，好像極間短路一樣，所以通常使用R×10或R×1擋檢測(cè)大功率三極管。
  普通達(dá)林頓管的檢測(cè)
  用萬用表對(duì)普通達(dá)林頓管的檢測(cè)包括識(shí)別電極、區(qū)分PNP和NPN類型、估測(cè)放大能力等項(xiàng)內(nèi)容。因?yàn)檫_(dá)林頓管的E－B極之間包含多個(gè)發(fā)射結(jié)，所以應(yīng)該使用萬用表能提供較高電壓的R×10K擋進(jìn)行測(cè)量。
  大功率達(dá)林頓管的檢測(cè)
  檢測(cè)大功率達(dá)林頓管的方法與檢測(cè)普通達(dá)林頓管基本相同。但由于大功率達(dá)林頓管內(nèi)部設(shè)置了V3、R1、R2等保護(hù)和泄放漏電流元件，所以在檢測(cè)量應(yīng)將這些元件對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響加以區(qū)分，以免造成誤判。具體可按下述幾
  步驟進(jìn)行
  晶體三極管
  A用萬用表R×10K擋測(cè)量B、C之間PN結(jié)電阻值，應(yīng)明顯測(cè)出具有單向?qū)щ娦阅?。正、反向電阻值?yīng)有較大差異。
  B在大功率達(dá)林頓管B－E之間有兩個(gè)PN結(jié)，并且接有電阻R1和R2。用萬用表電阻擋檢測(cè)時(shí)，當(dāng)正向測(cè)量時(shí)，測(cè)到的阻值是B－E結(jié)正向電阻與R1、R2阻值并聯(lián)的結(jié)果；當(dāng)反向測(cè)量時(shí)，發(fā)射結(jié)截止，測(cè)出的則是(R1＋R2)電阻之和，大約為幾百歐，且阻值固定，不隨電阻擋位的變換而改變。但需要注意的是，有些大功率達(dá)林頓管在R1、R2、上還并有二極管，此時(shí)所測(cè)得的則不是(R1＋R2)之和，而是(R1＋R2)與兩只二極管正向電阻之和的并聯(lián)電阻值。
  帶阻尼行輸出三極管的檢測(cè)
  將萬用表置于R×1擋，通過單獨(dú)測(cè)量帶阻尼行輸出三極管各電極之間的電阻值，即可判斷其是否正常。具體測(cè)試原理，方法及步驟如下：
  A將紅表筆接E，黑表筆接B，此時(shí)相當(dāng)于測(cè)量大功率管B－E結(jié)的等效二極管與保護(hù)電阻R并聯(lián)后的阻值，由于等效二極管的正向電阻較小，而保護(hù)電阻R的阻值一般也僅有20～50，所以，二者并聯(lián)后的阻值也較小；反之，將表筆對(duì)調(diào)，即紅表筆接B，黑表筆接E，則測(cè)得的是大功率管B－E結(jié)等效二極管的反向電阻值與保護(hù)電阻R的并聯(lián)阻值，由于等效二極管反向電阻值較大，所以，此時(shí)測(cè)得的阻值即是保護(hù)電阻R的值，此值仍然較小。
  B將紅表筆接C，黑表筆接B，此時(shí)相當(dāng)于測(cè)量管內(nèi)大功率管B－C結(jié)等效二極管的正向電阻，一般測(cè)得的阻值也較??；將紅、黑表筆對(duì)調(diào)，即將紅表筆接B，黑表筆接C，則相當(dāng)于測(cè)量管內(nèi)大功率管B－C結(jié)等效二極管的反向電阻，測(cè)得的阻值通常為無窮大。
  C將紅表筆接E，黑表筆接C，相當(dāng)于測(cè)量管內(nèi)阻尼二極管的反向電阻，測(cè)得的阻值一般都較大，約300～∞；將紅、黑表筆對(duì)調(diào)，即紅表筆接C，黑表筆接E，則相當(dāng)于測(cè)量管內(nèi)阻尼二極管的正向電阻，測(cè)得的阻值一般都較小，約幾歐至幾十歐。

7 產(chǎn)品分類

  按生產(chǎn)工藝分：合金型、擴(kuò)散型、抬面和平面型三極管。
  按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分：點(diǎn)接觸型和面接觸型三極管。
  按工作頻率分：低頻三極管、高頻三極管、開關(guān)三極管。
  按功率分：小功率三極管、中功率三極管、大功率三極管
  按外形結(jié)構(gòu)分：小功率封裝、大功率封裝、塑料封裝等

8 主要類別

  三極管只有兩種類型，即ＰＮＰ型和ＮＰＮ型。判別時(shí)只要知道基極是Ｐ型材料還是Ｎ型材料即可。當(dāng)用萬用電表R×1k檔時(shí)，黑表筆代表電源正極，如果黑表筆接基極時(shí)導(dǎo)通，則說明三極管的基極為Ｐ型材料，三極管即為ＮＰＮ型。如果紅表筆接基極導(dǎo)通，則說明三極管基極為Ｎ型材料，三極管即為ＰＮＰ型。

9 注意事項(xiàng)

 
  鍺三極管的增益大，頻率響應(yīng)好，尤其適用于低壓線路。硅三極管的反向漏電流小，耐壓高，溫度漂移小，且能在較高的溫度下工作和承受較大的功率損耗。
  （1）加到管上的電壓極性應(yīng)正確。PNP管的發(fā)射極對(duì)其他兩電極是正電位，而NPN管則是負(fù)電位。
  （2）不論是靜態(tài)、動(dòng)態(tài)或不穩(wěn)定態(tài)（如電路開啟、關(guān)閉時(shí)），均須防止電流、電壓超出最大極限值，也不得有兩項(xiàng)或兩項(xiàng)以上多數(shù)同時(shí)達(dá)到極限值。
  （3）選用三極管主要應(yīng)注意極性和下述參數(shù)：PCM、ICM、BUCEO、BUEBO、ICBO、β、fT和fβ。因有BUCBO>BUCES>BUCER>BUCEO，因此，只要BUCEO滿足要求就可以了。一般高頻工作時(shí)要求fT=(5~10)f，f為工作頻率。開關(guān)電路工作時(shí)應(yīng)考慮三極管的開關(guān)參數(shù)。
 
  （4）三極管的替換。只要管子的基本參數(shù)相同，就能替換，性能高的可替換性能低的。低頻小功率管，任何型號(hào)的高、低頻小功率管都可替換它，但fT不能太高。只要fT符合要求，一般就可以代替高頻小功率管，但應(yīng)選內(nèi)反饋小的管子，hFE>20即可。對(duì)低頻大功率管，一般只要PCM、ICM、BUCEO符合要求即可，但應(yīng)考慮hFE、UCES的影響。應(yīng)滿足電路中有特殊要求的參數(shù)（如NF、開關(guān)參數(shù)）。此外，通常鍺、硅管不能互換。
  （5）工作于開關(guān)狀態(tài)的三極管，因BUEBO一般較低，所以應(yīng)考慮是否要在基極回路加保護(hù)線路，以防止發(fā)射結(jié)擊穿；若集電極負(fù)載為感性（如繼電器的工作線圈），則必須加保護(hù)線路（如線圈兩端并聯(lián)續(xù)流二極管），以防線圈反電動(dòng)勢(shì)損壞三極管。
  （6）管子應(yīng)避免靠近熱元件，減小溫度變化和保證管殼散熱良好。功率放大管在耗散功率較大時(shí)，應(yīng)加散熱板（磨光的紫銅板或鋁板）。管殼與散熱板應(yīng)緊密貼牢。散熱裝置應(yīng)垂直安裝，以利于空氣自然對(duì)流。
 

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