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模块配套元件常见用法(3)三极管,上篇

发布于:2021-7-16 基础知识 0条评论 117 views

三极管是什么

三极管顾名思义应该有三个极,所以很多人认为三极管一定有3个引脚,其实这是不对的。 最早的三极管是真空电子三极管,有四个引脚,因为多了一根灯丝引脚。 后面的晶体三极管才是真的是三个引脚。 但是并不是所有的三个引脚的晶体管都叫三极管。 三个引脚的还有很多其他器件,比如常用的场效应管,可控硅,双二极管,都是有三个引脚,但并不叫三极管。 有的三极管也不止有三个引脚,比如可以双三级管一共有六个引脚。

以上的这种混乱的命名是有特定的历史原因的。 现在我们一般所说的三极管一般特指双极型三级晶体管,有三个引脚。 目前贴片三极管用物联网小功率开关方面用的多,如驱动LED,控制小功率继电器等,也可以用做电平转换。功率稍大点的三极管采用TO-220等直插方式封装,一般用于功率放大器上。

三极管的工作原理

三极管是电流放大器件,有三个极,分别叫做集电极C,基极B,发射极E。分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。

如上图所示,我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的,所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。

三极管的放大作用就是:集电极电流受基极电流的控制,并且基极电流很小的变化,会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系:集电极电流的变化量是基极电流变 化量的β倍,即电流变化被放大了β倍,所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1,例如几十,几百)。

如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间,这就会引起基极电流Ib的变化,Ib的变化被放大后,导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的,那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得,这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来,就得到了放大后的电压信号了。

三极管的参数

三极管通常在电路图上用英文字母“Q”来表示。 常用参数有 放大系数hFE(β),电流增益-带宽乘积fr,基极-发射极导通电压VBE(sat),集电极-发射极饱和电压VCE(sat),集电极-发射极电压VCEO,发射极-基极电压VEBO,集电极功率损耗Pc等

上图是非常常用的硅NPN型三极管8050的电气参数,下面具体了解一下各项参数的意义。

1 放大系数hFE(β)

系数分为直流放大系数和交流放大系数,好在二者差异不大,一般就都混同了。这个值和三极管的制造工艺有关,过去三极管还要根据放大倍数的不同分级,这个参数代表了三极管基极电流变化所能引起的集电极电流变化,即体现了三极管的放大作用。 通常我们希望这个数值尽量的大,然后通过反馈电路调节真实的电路放大增益,一般情况下现在的三极管的hFE都在100以上了。放大倍数也不是越大越好,一般最大不宜大于500,因为过高的放大倍数会引起三极管其它性能的恶化。

2)电流增益-带宽乘积ft

当三极管工作频率上升时,放大倍数(即增益)会相应下降。 假定增益带宽积为1 MHz,它意味着当频率为1 Mhz时,器件的增益下降到单位增益,即此时A=1。同时说明这个放大器最高可以以1 MHz的频率工作而不至于使输入信号失真。由于增益与频率的乘积是确定的,因此当同一器件需要得到10倍增益时,它最高只能够以100 kHz的频率工作。通常,晶体管必须工作在远低于ft的频率。

3 集电极-发射极电压 VCEO

这个参数是集电极(C)和发射极(E)两端所能容许的最大电压,这个参数决定了三极管的耐压,通常不能低于电路的工作电压。 比如对于8050,这个参数是25V,保险起见,我们就不能用到25V以上的应用场合。

4 发射极-积极电压 VEBO

这个参数是发射极(E)和基极(B)之间所能容许的最大电压,对于最常见的三极管用法之一-共发射极放大器,这个参数决定了三极管的控制信号的最大电压。

5 基极-发射极导通电压VBE(sat)

这个参数代表基极饱和时,三极管基极和发射极之间的压降。

6 集电极-发射极饱和电压VCE(sat)

这个参数代表集电极饱和时,三极管发射极和集电极之间的压降,这个压降是三极管发热功耗的主要原因。

7 集电极功率损耗Pc

这个参数代表了三极管允许的最大耗散功率。

三极管的类型

三极管根据用途不同,分为很多种,但最基本的有两种结构,NPN和PNP型。PNP型三极管是由2块P型半导体中间夹着1块N型半导体构成,NPN型三极管由2块N型半导体中间夹着1块P型半导体构成,二者电源极性相反,电路符号也不同。很多时候两种类型晶体管可以成对使用。

三极管使用中有一个非常基本但比较麻烦的问题,就是三个引脚的定义。对于直插型三极管,早期不同厂家对于三个引脚的定义并不相同,制造了不少混乱。下图是目前比较通用的三级管引脚图,为了安全,使用前还是建议详细阅读所用物料厂家的datasheet,这样最稳妥。

下面按功能介绍一下常用的小功率晶体管类型

小功率三极管在电子电路中的应用最多。主要用作小信号的放大、控制或振荡器。 特征频率在3MHz以下,功率小于1W,一般作为小信号放大用;特征频率大于3MHz,功率小于1W,主要用于高频振荡、放大电路;

大功率三极管主要用在音频,通讯等设备中进行功率驱动、放大。 特征频率小于3MHz,功率大于1W,低频大功率三极管品种较多,主要用于电子音响设备的低频功率放大电路,在各种大电流输出稳压电源中作为调整管。特征频率大于3MHz,功率大于1W,主要用于通信等设备中进行功率驱动、放大。

复合三级管是 分别选用各种极性的三极管进行连接,在组成复合三极管时,不管选用什么样的三极管,这些三极管都按照一定的方式连接,可以看成是一个拥有更高放大倍数的三极管。组合复合三级管时,应注意第一只管子的发射极电流方向必须与第二只管子的基极电流方向一致。复合三级管的极性取决以第一只管子。复合三级管的最大特点是电流放大倍数很高,多用于较大功率输出电路。

选用三极管时首先要搞清楚电子电路的工作频率大概是多少。如中波收音机振荡器的最高频率是2MHz左右;而调频收音机的最高振荡频率为120MHz左右;电视机中VHF频段的最高振荡频率为250MHz左右;UHF频段的最高振荡频率接近1000MHz左右。一般要求三极管的fT大于3倍的实际工作频率。所以可按照此要求来选择三极管的特征频率fT。由于硅材料高频三极管的fT一般不低于50MHz,所以在音频电子电路中使用这类管子可不考虑fT这个参数。

感谢您的阅读。下篇文章我将结合2G/4G模块的周边电路讲一下三极管的具体用法。


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