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半导体三极管
其实,任何一门学科都离不开死记硬背,关键是记忆有技巧,“死记”之后会“活用”。
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尤其是语文学科涉猎的范围很广,要真正提高学生的写作水平,单靠分析文章的写作技巧是远远不够的,必须从基础知识抓起,每天挤一点时间让学生“死记”名篇佳句、名言警句,以及丰富的词语、新颖的材料等。
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百科名片
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半导体三极管
要练说,得练听。
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半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。
在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结,组成一个PNP(或NPN)结构。
中间的N区(或N区)叫基区,两边的区域叫发射区和集电区,这三部分各有一条电极引线,分别叫基极B、发射极E和集电极C,是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。
发明人
结构简介
工作原理
1.特征频率fT
2.工作电压/电流
3.hFE
4.VCEO
5.PCM
6.封装形式
7.部分常用三极管参数
放大电路
检测
发明人
1947年12月23日,美国新泽西州墨累山的贝尔实验室里,3位科学家——巴丁博士、布菜顿博士和肖克莱博士在紧张而又有条不紊地做着实验。
他们在导体电路中正在进行用半导体晶体把声音信号放大的实验。
3位科学家惊奇地发现,在他们发明的器件中通过的一部分微量电流,竟然可以控制另一部分流过的大得多的电流,因而产生了放大效应。
这个器件,就是在科技史上具有划时代意义的成果——晶体管。
因它是在圣诞节前夕发明的,而且对人们未来的生活发生如此巨大的影响,所以被称为“献给世界的圣诞节礼物”。
另外这3位科学家因此共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。
晶体管促进并带来了“固态革命”,进而推动了全球范围内的半导体电子工业。
作为主要部件,它及时、普遍地首先在通讯工具方面得到应用,并产生了巨大的经济效益。
由于晶体管彻底改变了电子线路的结构,集成电路以及大规模集成电路应运而生,这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。
结构简介
三极管的基本结构是两个反向连结的PN接面,如图1所示,可有pnp和npn两种组合。
三个接出来的端点依序称为发射极(emitter,E)、基极(base,B)和集电极(collector,C),名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。
图中也显示出npn与pnp三极管的电路符号,发射极特别被标出,箭号所指的极为n型半导体,和二极体的符号一致。
在没接外加偏压时,两个pn接面都会形成耗尽区,将中性的p型区和n型区隔开。
三极管的电特性和两个pn接面的偏压有关,工作区间也依偏压方式来分类,这里我们先讨论最常用的所谓”正向活性区”(forwardactive),在此区EB极间的pn接面维持在正向偏压,而BC极间的pn接面则在反向偏压,通常用作放大器的三极管都以此方式偏压。
图2(a)为一pnp三极管在此偏压区的示意图。
EB接面的空乏区由于在正向偏压会变窄,载体看到的位障变小,射极的电洞会注入到基极,基极的电子也会注入到射极;而BC接面的耗尽区则会变宽,载体看到的位障变大,故本身是不导通的。
图2(b)画的是没外加偏压,和偏压在正向活性区两种情形下,电洞和电子的电位能的分布图。
三极管和两个反向相接的pn二极管有什么差别呢?
其间最大的不同部分就在于三极管的两个接面相当接近。
以上述之偏压在正向活性区之pnp三极管为例,射极的电洞注入基极的n型中性区,马上被多数载体电子包围遮蔽,然后朝集电极方向扩散,同时也被电子复合。
当没有被复合的电洞到达BC接面的耗尽区时,会被此区内的电场加速扫入集电极,电洞在集电极中为多数载体,很快藉由漂移电流到达连结外部的欧姆接点,形成集电极电流IC。
IC的大小和BC间反向偏压的大小关系不大。
基极外部仅需提供与注入电洞复合部分的电子流IBrec,与由基极注入射极的电子流InBE(这部分是三极管作用不需要的部分)。
InBE在射极与与电洞复合,即InBE=IErec。
pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类可以清楚地在图3(a)中看出。
射极注入基极的电洞流大小是由EB接面间的正向偏压大小来控制,和二极体的情形类似,在启动电压附近,微小的偏压变化,即可造成很大的注入电流变化。
更精确的说,三极管是利用VEB(或VBE)的变化来控制IC,而且提供之IB远比IC小。
npn三极管的操作原理和pnp三极管是一样的,只是偏压方向,电流方向均相反,电子和电洞的角色互易。
pnp三极管是利用VEB控制由射极经基极,入射到集电极的电洞,而npn三极管则是利用VBE控制由射极经基极、入射到集电极的电子。
三极管在数字电路中的用途其实就是开关,利用电信号使三极管在正向活性区(或饱和区)与截止区间切换,就开关而言,对应开与关的状态,就数字电路而言则代表0与1(或1与0)两个二进位数字。
若三极管一直维持偏压在正向活性区,在射极与基极间微小的电信号(可以是电压或电流)变化,会造成射极与集电极间电流相对上很大的变化,故可用作信号放大器。
工作原理
晶体三极管(以下简称三极管)按材料分有两种:
锗管和硅管。
而每一种又有NPN和PNP两种结构形式,但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管,(其中,N表示在高纯度硅中加入磷,是指取代一些硅原子,在电压刺激下产生自由电子导电,而p是加入硼取代硅,产生大量空穴利于导电)。
两者除了电源极性不同外,其工作原理都是相同的,下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。
对于NPN管,它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成,发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。
当b点电位高于e点电位零点几伏时,发射结处于正偏状态,而C点电位高于b点电位几伏时,集电结处于反偏状态,集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。
在制造三极管时,有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的,同时基区做得很薄,而且,要严格控制杂质含量,这样,一旦接通电源后,由于发射结正偏,发射区的多数载流子(电子)及基区的多数载流子(空穴)很容易地越过发射结互相向对方扩散,但因前者的浓度基大于后者,所以通过发射结的电流基本上是电子流,这股电子流称为发射极电流了。
由于基区很薄,加上集电结的反偏,注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic,只剩下很少(1-10%)的电子在基区的空穴进行复合,被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给,从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得:
Ie=Ib+Ic这就是说,在基极补充一个很小的Ib,就可以在集电极上得到一个较大的Ic,这就是所谓电流放大作用,Ic与Ib是维持一定的比例关系,即:
β1=Ic/Ib式中:
β1--称为直流放大倍数,集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为:
β=△Ic/△Ib式中β--称为交流电流放大倍数,由于低频时β1和β的数值相差不大,所以有时为了方便起见,对两者不作严格区分,β值约为几十至一百多。
三极管是一种电流放大器件,但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用,通过电阻转变为电压放大作用。
三极管放大时管子内部的工作原理1、发射区向基区发射电子电源Ub经过电阻Rb加在发射结上,发射结正偏,发射区的多数载流子(自由电子)不断地越过发射结进入基区,形成发射极电流Ie。
同时基区多数载流子也向发射区扩散,但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度,可以不考虑这个电流,因此可以认为发射结主要是电子流。
2、基区中电子的扩散与复合电子进入基区后,先在靠近发射结的附近密集,渐渐形成电子浓度差,在浓度差的作用下,促使电子流在基区中向集电结扩散,被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。
也有很小一部分电子(因为基区很薄)与基区的空穴复合,扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。
3、集电区收集电子由于集电结外加反向电压很大,这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散,同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。
另外集电区的少数载流子(空穴)也会产生漂移运动,流向基区形成反向饱和电流,用Icbo来表示,其数值很小,但对温度却异常敏感。
主要参数
特征频率fT
当f=fT时,三极管完全失去电流放大功能。
如果工作频率大于fT,电路将不正常工作。
工作电压/电流
用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围。
hFE
电流放大倍数。
VCEO
集电极发射极反向击穿电压,表示临界饱和时的饱和电压。
PCM
最大允许耗散功率。
封装形式
指定该管的外观形状,如果其它参数都正确,封装不同将导致组件无法在电路板上实现。
部分常用三极管参数
MPSA42NPN21E电话视频放大300V0.5A0.625W
MPSA92PNP21E电话视频放大300V0.5A0.625W
MPS2222ANPN21高频放大75V0.6A0.625W300MHZ
9011NPNEBC高频放大50V30mA0.4W150MHz
9012PNP贴片低频放大50V0.5A0.625W
9013NPNEBC低频放大50V0.5A0.625W]
9013NPN贴片低频放大50V0.5A0.625W
9014NPNEBC低噪放大50V0.1A0.4W150MHZ
9015PNPEBC低噪放大50V0.1A0.4W150MHZ
9018NPNEBC高频放大30V50MA0.4W1GHZ
8050NPNEBC高频放大40V1.5A1W100MHZ
8550PNPEBC高频放大40V1.5A1W100MHZ
2N2222NPN4A高频放大60V0.8A0.5W25/200NSβ=45
2N2222ANPN小铁高频放大75V0.6A0.625W300MHZ
2N2369NPN4A开关40V0.5A0.3W800MHZ
2N2907NPN4A通用60V0.6A0.4W26/70NSβ=200
2N3055NPN12功率放大100V15A115W
2N3440NPN6视放开关450V1A1W15MHZ
2N3773NPN12音频功放开关160V16A150WCOP2N6609
2N3904NPN21E通用60V0.2Aβ=100-400
2N3906PNP21E通用40V0.2Aβ=100-400
2N5401PNP21E视频放大160V0.6A0.625W100MHZ
2N5551NPN21E视频放大160V0.6A0.625W100MHZ
2N5685NPN12音频功放开关60V50A300W
2N6277NPN12功放开关180V50A250W
2N6609PNP12音频功放开关160V15A150WCOP
2N6678NPN12音频功放开关650V15A175W15MHZ
2N6718NPN小铁音频功放开关100V2A2W50MHZ
3DA87ANPN6视频放大100V0.1A1W
3DG6ANPN6通用15V20mA0.1W100MHz
3DG6BNPN6通用20V20mA0.1W150MHz
3DG6CNPN6通用20V20mA0.1W250MHz
3DG6DNPN6通用30V20mA0.1W150MHz
3DG12CNPN7通用45V0.3A0.7W200MHz
3DK2BNPN7开关30V30mA0.2W
3DK4BNPN7开关40V0.8A0.7W
3DK7CNPN7开关25V50mA0.3W
3DD15DNPN12电源开关300V5A50W
3DD102CNPN12电源开关300V5A50W
3522V5.2V稳压管录像机用
A634PNP28E音频功放开关40V2A10W
A708PNP6NF/S80V0.7A0.8W
A715CPNP29音频功放开关35V2.5A10W160MHZ
A733PNP21通用50V0.1A180MHZ
A741PNP4S20V0.1A
A781PNP39B开关20V0.2AA928PNPECB通用20V1A0.25W
A933PNP21Uni50V0.1A140MHz
A940PNP28音频功放开关150V1.5A25W4MHZ/C2073
A950PNP21通用30V0.8A0.6W
A966PNP21音频激励输出30V1.5A0.9WCOP:
C2236
A968PNP28音频功放开关60V1.5A25W100MHZ/C2238
A1009PNPBCE功放开关350V2A15W
A1012PNP28音频功率放60V5A25W
A1013PNP21视频放大160V1A0.9W
A1015PNP21通用60V0.15A0.4W8MHZ
A1020PNP21音频开关50V2A0.9W
A1123PNP21低噪放大150V0.05A0.75W
A1162PNP21d通用贴片50V0.15A0.15W
A1216PNPBCE功放开关180V17A200W20MHZ/2922
A1220PNP29音频功放开关120V1.5A20W150MHZ/C2690
A1265PNPBCE功放开关140V10A100W30MHZ/C3182
A1295PNPBCE功放开关230V17A200W30MHZ/C3264
A1301PNPBCE功放开关160V10A100W30MHZ/C3280
A1302PNPBCE功放开关200V15A150W30MHZ/C3281
A1358?
PNP高频120V1A10W120MHZ
A1444PNPBCE高速电源开关100V15A30W80MHZ6
A1494PNPBCE功放开关200V17A200W20MHZ/C3858
A1516PNPBCE功放开关180V12A130W25MHZ
A1668PNP28B电源开关200V2A25W20MHZ
A1785PNPBCE驱动400V1A1W/120V1A0.9W140MH
A1941PNPBCE功放开关140V10A100WCOP:
5198
A1943PNPBCE功放开关230V15A150W/C5200
A1988PNP30功放开关
B449PNP12功放开关50V3.5A22.5W锗管
B631KPNP29音频功放开关120V1A8W130MHZ
B647PNP21通用120V1A0.9W140MHZ/D667
B649PNP29视放180V1.5A1W/D669
B669PNP28达林顿功放70V4A40W
B673PNP28达林顿功放100V7A40W
B675PNP28达林顿功放60V7A40W
B688PNPBCE音频功放开关120V8A80W/D718
B734PNP39B通用60V1A1W/D774
B744PNP21通用30V0.1A0.25W
B772PNP29音频功放开关40V3A10W
B774PNP21通用30V0.1A0.25W
B817PNP30功放开关160V12A100W/D1047
B834PNP28功放开关60V3A30W
B937APNP功放开关60V2A35DRAL
B1020PNP28功放开关达林顿100V7A40Wβ=6000
B1079PNP30达林顿功放100V20A100Wβ=5000/D1559
B1185PNP28B功放开关60V3A25W70MHZ/D1762
B1238PNPECB功放开关80V0.7A1W100MHZ
B1240PNP39B功放开关40V2A1W100HZ
B1243PNP39B功放开关40V3A1W70HZ
B1316PNP54B驱动功放达林顿100V2A10Wβ=15000
B1317PNPBCE音频功放180V15A150W
B1335PNP28音频功放低噪80V4A30W
B1375PNPBCE音频功放60V3A2W9MHZ
B1400PNP28B达林顿功放120V6A25W
B1429PNPBCE功放开关180V15A150W
B1494PNPBCE达林顿功放120V25A120W
C106NPNEBC音频功放开关60V1.5A15W
C380NPN21高频放大35V0.03A250MHZ
C458NPN21通用30V0.1A230MHz
C536NPN21通用40V0.1A180MHZ
C752NPN21通用30V0.1A300MHz
C815NPN21通用60V0.2A0.25W
C828NPN21通用45V0.05A0.25W
C900NPN21低噪放大30V0.03A100MHZ
C943NPN4A通用60V0.2A200MHZ
C945NPN21通用50V0.1A0.5W250MHZ
C1008NPN6通用80V0.7A0.8W50MHZ
C1162NPN29音频功放开关35V1.5A10W
C1213NPN39B监视器专用35V0.5A0.4W
C1222NPN21低噪放大60V0.1A100MHZ
C1494?
NPN40A发射36V6APQ=40W/175MHZ
C1507NPN28视放300V0.2A15W
C1674NPN21HF/ZF30V0.02A600MHz
C1815NPN21通用60V0.15A0.4W8MHZ
C1855NPN21fHF/ZF20V0.02A550MHz
C1875NPN12彩行1500V3.5A50W
C1906NPN21高频放大30V0.05A1000MHZ
C1942NPN12彩行1500V3A50W
C1959NPN21通用30V0.4A0.5W300MHz
C1970NPN28手机发射40V0.6APQ=1.3W/175MHZ
C1971NPN28A手机发射35V2.0APQ=7.0W/175MHZ
C1972NPN28A手机发射35V3.5APQ=15W/175MHZ
C2019NPN21HF30V0.03A200MHZ
C2027NPN12行管1500V5A50W
C2068NPN28E视频放大300V0.05A1.5W80MHZ
C2073NPN28功率放大150V1.5A25W4MHZ/A940
C2078NPN28音频功放开关80V3A10W150MHZ
C2120NPN21通用30V0.8A0.6W
C2228NPN21视频放大160V0.05A0.75W
C2230NPN21视频放大200V0.1A0.8W
C2233NPN28音频功放开关200V4A40W
C2236NPN21通用30V1.5A0.9W/A966
C2238NPN28音频功放开关160V1.5A25W100MHZ
C2320NPN21通用50V0.2A0.3W200MHZ
C2335NPN28视频功放500V7A40W
C2373NPN28功放200V7.5A40W
C2383NPN21视频开关160V1A0.9W/A1015
C2443NPN大铁功放开关600V50A400W
C2481NPN29音频功放开关150V1.5A20W
C2482NPN21视频放大300V0.1A0.9W
C2500NPN21通用30V2A0.9W150MHZ
C2594NPN29音频功放开关40V5A10W
C2611NPN29视频放大300V0.1A1.25W
C2625NPN30音频功放开关450V10A80W
C2682NPN29NF/Vid180V0.1A8W
C2688NPN29视放管300V0.2A10W80MHZ
C2690NPN29音频功放开关120V1.2A20W
C2751NPNBCE电源开关500V15A120Wβ=40
C2837NPN30音频功放开关150V10A100W
C2898NPN28音频功放开关500V8A50W
C2922NPN43音频功放开关180V17A200W50MHZ/A1216
C3026NPN12开关管1700V5A50Wβ=20
C3030NPNBCE开关管达林顿900V7A80Wβ=15
C3039NPN28电源开
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