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三極管知識簡介
- 2015-03-25 10:06
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- 來源：本站
電子電路中**核心的器件就是三極管。
1.三極管
三極管(transistor,代表電路符號
) ,是一種用于放大或開關電信號的半導體器件。
在1.2.2節介紹 Multisim2001時打開的圖1-27“帶25dB增益補償輸出的 Class B音頻放大器”電路中,就有三極管。
三極管一般有3個管腳,如圖1-58所示,它們是b一基極(base)、c 一集電極(collector)、 e一發射極(emitter)。三極管根據內部結構的不同分為NPN型和 PNP型兩個大類。 注意圖 1-58中兩類三極管電路符號中代表電流方向的箭頭指向不同,NPN的箭頭指向 e極而 PNP 的箭頭指向 b極。 NPN或PNP 三極管再根據電電氣參數的不同有數以室千計的型號,圖1-59展示了一些常用三極管的典型封裝和主要參數。
圖1-59還把幾種典型三極管的 b極、 c極、 e極判別用底視圖給出,拿封裝為 TO-92 的小功率 PNP 三極管2N3906來說,正對器件的型號,則從左到右管腳依次為 e極、 b極、c極,如圖1-60所示。
就像二極管的正極和負極不能接反一樣,三極管的 b極、 c極、 e極管腳在使用時也不能混用,否則輕則電路無法正常工作,重則燒毀三極管本身或其他器件。 如果拿到一個陌生的三極管而不確定其 b極、 c極、 e極時,可用以下兩種方法來判別。
（1）上網査找 。 直接把三極管的型號輸到搜索引擎中,就可以得到一些提供技術文檔的網站鏈接,其中有可以免費瀏覽或下載器件的技術文檔 。 在三極管技術文檔的第1頁一般都會有其管腳排布示意圖,如圖1-61所示的三極管 BC546技術文檔中就有關于其封裝、 管腳判別的描述:BC546是一個NPN型的一般用途三極管,有 TO-92和 SOT54兩種封裝。如果面對著該器件,則其管腳從左自右依次為 c 極、 b極、 e極。
（2）用**表測。一般的數字**表都有三極管直流放大倍數
的測量擋,如圖1-62所示,直流放大倍數衡量的是三極管對電流的放大能力,的值一般都在10以上,絕大部分三極管的直流放大倍數在100~1000這個區問內 。在數字**表上有一個NPN/PNP三極管插座,如圖1-62所示,上面標有 c、 b、 e,如果NPN或 PNP 三極管的 c極、 b極、 e極管腳正確插入對應的插孔中,**表就會顯示一個100~1000的讀數,此時插座所標的 c、 b、 e孔對應所插三極管的 c極、 b極、e極;如果讀數不對,則可調整三極管管腳再插入,直到得到正確讀數為止。
2.三極管的直流放大特性
就像銘記二極管的單向導電特性一樣,只要談起三極管就要想到“電流放大” 。 通過以下一個仿真實例來看看三極管是如何進行直流放大的 。
圖1-63所需的三極管 BC547A在圖1-30所示的元器件欄的三極管集合(
)的第一 個實際NPN三極管器件(
)中,打開器件選擇窗口后找到型號為 BC547A的三極管并放置到工作窗口中,其他器件如電池、 電流表等按1.2.4節介紹的方法取用 。 連接完電路后打開仿真開關,電流表AB和Ac上很快出現了讀數,分別為 0.123mA和33mA(0.033A)。 這意味著什么?電流表 AB測量的是三極管 b極電流, IB=0.123mA; 而電流表Ac測量的是三極管 c極電流, Ic=33mA, 可知Ic 約為IB的268倍!因此可以說三極管把 b極電流放大了268倍。
結論是:三極管是一個具有電流放大功能的器件 。
為了讓這個枯燥的概念形象一些,我們用一幅畫來比喻三極管的電流放大作用 。
圖1-64(a) 所示是一個水箱,其排水管由閥門控制,只要微調閥門就能控制排水管的流量。水箱好像三極管的 c極,閥門就好像 b極,而排水管相當于 e極。當三極管 b極獲得如圖1-64(b)所示的微小偏置電壓后(+0.7V),就好像閥門被打開一樣,水得以從水箱向下快速流出一電流從 c極流向 e極。一旦三極管 b極偏置電壓消失,就好像閥門關上了一樣,c極到 e極也就沒有電流了。
結論是:三極管 b極上的小電流可以控制 c極的大電流。
3.三極管的直流增益
我們明確了三極管具有電流放大特性之后,再稍微從定量的角度看看具體的放大倍數。 從圖1-64(b)可知,如果把三極管 b極電流 IB 看成輸入電流,而把 c極電流Ic看成輸出電流,則三極管實現了電流的放大,其直流放大倍數
(又稱直流增益,dc current gain) 可以用輸出電流與輸入電流之問的比值來描述:
結論是:圖1-64(b)所示的三極管BC547把輸入電流IB放大了268倍。
這個倍數可以通過圖 1 -62 所示數字**表的測量擋直接測得,即某三極管的直流增益 hFE。不同型號的三極管其直流增益是不盡相同的,如果把圖1-63中的三極管 BC547 換成其他型號,則電路的增益是不相同的,即電流表 AB和 Ac讀數有所改變。 大家可以在Multisim2001中選擇一些其他型號的三極管來驗證一下。
三極管直流增益中,下標“F”代表正向電流(forwardcurrent),而“E”代表三極管以e極形式連接。 “F”和“E”都為大寫,說明是與直流有關的參數,如果下標為小寫則是與交流有關的特性參數。
4.三極管的電流關系式
從圖1-64(b)中可看到,b極電流IB流入三極管,c極電流Ic 亦流入三極管,很自然有進就有出,電流**得從三極管的 e極流出,形成 e極電流IE。于是在三極管 b極、 c 極、 e極電流之間形成了一個關系:
(1-4)說明三極管 e極電流為 b極和 c極電流之和。對于圖1-63來說,Ic =33mA,IB=0.123mA,代入式(1-4)可得:
可見IE 與Ic 非常接近, 這是因為IB 相對來說實在小得可憐, 所以一般可以忽略IB 不計,而得:
5.三極管開關
本節一開始就說過三極管是一種用于放大或開關電信號的半導體器件 。 由于放大的內容稍微復雜一些,所以放到第4章再談。為了揭開圖1-1光控報警器電路中三極管角色的秘密,先看看三極管如何構成一個開關。
三極管開關是基于三極管的導通原理設計而成的,如圖 1-65所示,三極管 BC547的 c 極上掛了一個燈 L1 (電路符號
),只要給三極管 b極一個約 0.7V的偏置電壓VBE,三極管的 c極和 e極之間就開始導通,使燈 L1、三極管 c-e極與電源形成一個回路,于是形成電流。電流流過燈L1使其發光。
三極管的偏置電壓VBE可通過調節電位器 R1獲得,這樣燈 L1的亮滅控制由電位器 Rl1控制偏置電壓VBE實現。為了使燈點亮,電路的參數要達到一定的條件才行,利用前面的知識,可以討論一些非常有意思的參數:
（1）偏置電壓VBE=0.7V。就像二極管需要一個約 0.7V的正向電壓才會導通一樣,要想讓三極管 BC547導通,則需要給 b極一個偏置電壓VBE,且VBE不能小于0.7V。
（2）三極管 c極電流Ic=50mA。電路圖中的燈 L1工作電流為50mA,也就是說三極管c極電流Ic達到50mA時,燈 L1才會發光。雖然査三極管 BC547器件的技術文檔(或用**表測量)可知其直流增益hFE約為250,但當三極管作為開關使用時,c極和 e極之問的電壓VCE非常小,此時直流增益hFE一般只有原來的1/5左右,即50左右,于是根據式(1-3),可得三極管的 b極電流IB=Ic/hFE=50/50=1mA。
（3）三極管b極電流IB=1mA。已知VBE=0.7V,電源電壓為+6V,則根據歐姆定律,可得三極管 b極電流IB=(6V-0.7V)/(R1+R2)=1mA,又已知電阻R2阻值為1kΩ,于是可得電位器 R1接入電阻 Rlin=4.3kΩ。
（4）電位器 R1。通過調節電位器 R1使其接入電阻約為4.3kΩ 時,三極管 BC547導通,從而使燈 L1發光。
有了以上對三極管開關的認識,可通過以下一個例子的分析對光控報警器的研究更進一步。
光敏電阻R2與電阻 R1構成了一個分壓器,當光線很強時,光敏電阻R2的阻值相對電阻R1較小(比如只有1kΩ),于是P點電壓小于 0.7V,從而偏置電壓VBE也小于0.7V,三極管VT1不導通,燈L1不發光。當光線漸暗,光敏電阻R2阻值變大,P點電壓升高。 當偏置電壓VBE高出 0.7V后,三極管VT1導通,燈L1發光。
圖1-66中,光敏電阻R2在三極管開關的幫助下,實現了對燈亮與滅的控制,對該電路的理解使我們對圖1-1的光控報警器電路的學習又進了一步 。
