學習三極體之前我們需要先對三極體做一些基本的認識。三極體,全稱應為半導體三極體,也稱雙極型晶體管、晶體三極體,是一種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。

這裡我們要明白其實三極體 (也稱晶體管)在國際上並沒有這樣的叫法,中文含義裡面只是對三個引腳的放大器件的統稱,我們常說的三極體,如圖一所示。

圖一 三極體

可以看到,雖然都叫三極體,其實在真正的此類外形下不同類型的管子名稱、功能千差萬別,三極體這種叫法也是一個象形意義上的叫法。所以真正次外形下的管子有很多如:晶體三極體(BJT)、電力場效應晶體管(MOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、集成門極換流晶閘管(IGCT)、晶閘管(SCR)等。折磨多管子都講設計東西太多,這裡我主要講幾種,未講到的需要大家遇到時自主學習。

1 晶體三極體(BJT):

1.1 基本認識

晶體三極體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之一。它是在一塊半導體基片上製作兩個相距很近的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。電氣符號如圖二圖三所示。

圖二 NPN型三極體
圖三 PNP型三極體

三極體是一種結型電阻器件,它的三個引腳都有明顯的電阻數據,測試時(以數字萬用表為例,紅筆+,黒筆-)我們將測試檔位切換至 二極體檔 (蜂鳴檔),正常的NPN結構三極體的基極(B)對集電極(C)、發射極(E)的正向電阻是430Ω-680Ω(根據型號的不同,放大倍數的差異,這個值有所不同)反向電阻無窮大;正常的PNP 結構的三極體的基極(B)對集電極(C)、發射極(E)的反向電阻是430Ω-680Ω,正向電阻無窮大。集電極C對發射極E在不加偏流的情況下,電阻為無窮大。基極對集電極的測試電阻約等於基極對發射極的測試電阻,通常情況下,基極對集電極的測試電阻要比基極對發射極的測試電阻小5-100Ω左右(大功率管比較明顯),如果超出這個值,這個元件的性能可能已經變壞,盡量不要再使用。如果誤使用於電路中可能會導致整個或部分電路的工作點不正常,這個元件也可能不久就會損壞,大功率電路和高頻電路對這種劣質元件反應比較明顯。

1.2 經驗之談

常用的晶體三極體有NPN和PNP,這裡以常用的NPN型三極體2N3906,PNP型三極體2N3904為例,它們都是高速的開關管,主要用於無觸點開關,且電壓為低壓一般不超過100V,這裡有一個小經驗與大家說,型號的第一個數字為1一般為二極體(如1N4148),型號的地一個數字為2一般為三極體(如上邊提到的兩種)。對於這類器件的選型我們應注意的主要參數有功率、速度、廠商(同一晶體管不同廠商的性能有差別,這裡推薦一家比較好的公司,仙童)。

晶體三極體的作用主要是波形整形,幅值方面我們常見比如將單片機輸出的3.3V電平轉換為5V、12V等,此外後極還可再接晶體三極體達到更高電平轉換,更大功率的控制形狀上比如將正弦波轉換為三角波,相位上主要為移相60°、90°,如常見的由三極體構成的反向器為移相180°。

功率放大:實現功率放大可以從兩個方面考慮,電壓和電流放大,晶體三極體為電流型器件,所以實現功率放大是通過放大電流實現的,放大倍數為β=Ic/Ib,這裡如果是開關管我們一般選擇β為90,這個放大倍數理論上每個三極體都是固定的,但實際中放大倍數環境溫度有關,經測試正常情況下我們我們只需要Ib值大於1mA使三極體工作與飽和導通的開關狀態,其實室溫下Ib值大於0.5mA也可以工作在開關狀態,但如果面向的事一個具體的項目,我們就不得不考慮穩定性的因素,如果Ib值只是大於0.5mA,對於批量生產,環境溫度定的情況下,就不能保證是工作在開關狀態還是放大狀態。

2.電力場效應管(MOSFET)

與晶體三極體不同的是,MOSFET為電壓控制型三極體,它的優點是驅動功率小,開關頻率快,所以在一些晶體管三極體開關速率達不到要求的路中可選用MOSFET,當然它也有缺點,其缺點為電路容量小、耐壓低、只能用於小功率器件,針對這些缺又出現了一種叫做絕緣柵雙極晶體管(IGBT),它其實是在電力場效應管後邊又加了一個晶體三極體,是一個複合管,其優點是驅動功率小、開關速度快、電流容量大、耐壓高,可用於中小型器件。

圖四 MOSFET

圖五IGBT

三極體的種類型號很多,這裡就寫了一些三極體的基本知識,相信能讓大家對三極體有一個更清晰的認識。

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