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三极管知识最详细讲解版

在电子元件家族中,晶体管是半导体有源元件中的分立元件。

从广义上讲,三极管有很多种,最常见的如下图所示。

狭义上的三极管是指双极三极管,是最基本、用途最广泛的三极管。

三极管的发明

在晶体晶体管出现之前,真空电子晶体管在电子电路中控制电流,具有放大和开关功能。

真空管具有体积大、能耗大、响应慢等缺点。

二战期间,军方急需一种稳定、可靠、快速、灵敏的电信号放大元件,而研究成果是在二战结束后获得的。

早期,由于锗晶体较容易获得,所以主要开发和应用的是锗晶体晶体管。硅晶体出现后,由于硅管高效的生产工艺,锗管逐渐被淘汰。

经过半个世纪的发展,三极管的种类繁多,形状各异。

小功率晶体管一般采用塑料封装;大功率晶体管一般封装在金属铁壳内。

晶体管核心结构

核心是“PN”结

它是两个背靠背的PN结

可以是NPN组合,也可以是PNP组合。

由于硅NPN型晶体管是目前晶体管的主流,因此以下内容主要以硅NPN型晶体管为例:

NPN晶体管结构示意图

硅NPN晶体管的制造工艺

模具结构剖视图

工艺结构特点:

发射极区高掺杂:为了便于发射极结发射电子,发射极区的半导体掺杂浓度高于基极区,发射极结的面积更小;

基区尺寸很薄,为:3~30m,掺杂浓度低;

集电极结面积大:集电极区和发射极区都是性质相同的掺杂半导体,但集电极区的掺杂浓度要低,面积要大,以利于电子的收集。

三极管不是两个PN 结的简单拼凑而成。两个二极管不能组成三极管!

工艺结构在半导体行业中非常重要。不同的材料成分、尺寸、排列、掺杂浓度和PN结的几何结构可以制成各种组件,包括IC。

晶体管电路符号

三极管电流控制原理示意图

基本三极管电路

施加的电压正向偏置发射极结并反向偏置集电极结。

设置/基站/无线电电流关系:

IE=IB + IC

IC= * IB

如果IB=0,则IE=IC=0

三极管特性曲线

输入特性曲线

当集电极-发射极电压UCE为一定值时,基极电流IB与基极-发射极电压UBE之间的关系曲线。

UBER是晶体管的临界启动电压,它会受到集电极-发射极电压的影响。正常工作时,NPN硅管的启动电压约为0.6V;

晶体管只有在UBEUBER时才会启动;

随着UCE的增加,特性曲线向右移动,但当UCE1.0V时,特性曲线几乎停止移动。

输出特性曲线

当基极电流IB一定时,集电极IC与集电极-发射极电压UCE之间的关系曲线是一组曲线。

当IB=0时,IC0,表示晶体管处于截止状态,相当于开关被关断;

当IB0时,IB的微小变化都会在IC上被放大数十倍甚至数百倍;

当IB很大时,IC也变得很大,并且不能随着IB的增加而继续增加。晶体管失去放大功能,表现为开关导通。

晶体管核心功能

放大功能:小电流的微小变化被放大并以大电流表达。

开关功能:用小电流控制大电流的通断。

三极管的放大作用

IC= * IB (其中 10~400)

例:当基极电流IB=50A时,集电极电流为:

IC=IB=120*50A=6000A

微弱变化的电信号被三极管放大成幅度较大的电信号,如下图所示:

因此,三极管放大了信号幅度,但三极管不能放大系统的能量。

可以放大多少?

那取决于三极管的放大值!

首先,由三极管的材料和工艺结构决定:

例如,硅晶体管的值常见范围为:30~200

锗晶体管的值常见范围为:30~100

值越大,漏电流越大,值过大的晶体管性能不稳定。

其次,会受到信号频率和电流大小的影响:

当信号频率在一定范围内时,值接近常数。当频率超过一定值时,值会显着下降。

值随集电极电流IC的变化而变化,IC在mA级时值较小。一般小功率管的放大倍数比大功率管大。

三极管主要性能参数

温度对晶体管性能的影响

温度几乎影响三极管的所有参数,其中以下三个参数影响最大。

(1) 对放大倍率的影响

当基极输入电流IB保持不变时,集电极电流IC会因温度升高而急剧增大。

(2) 对反向饱和电流(漏电流)ICEO的影响

ICEO是由少数载流子的漂移运动形成的,与环境温度密切相关。 ICEO会随着温度的升高而急剧增加。如果温度上升10C,ICEO就会翻倍。

虽然室温下硅管的漏电流ICEO很小,但当温度升高时,漏电流将达到数百微安以上。

(3) 对发射结电压UBE的影响

当温度升高1C时,UBE将下降约2.2mV。

随着温度升高,和IC会增大,UCE会减小。电路设计时应考虑相应的措施,如远离热源、散热等,克服温度对晶体管性能的影响。

三极管的分类

三极管命名标记

不同国家/地区对三极管型号的命名不同。也有很多厂家采用自己的命名方式。

例:BC208A硅材料低频小功率晶体管

晶体管封装和引脚排列

关于包装

三极管设计的额定功率越大,其体积也越大。由于封装技术的不断更新和发展,三极管有多种封装形式。

目前,塑料封装是晶体管的主流封装形式,其中以“TO”和“SOT”形式封装最为常见。

关于引脚排列

不同品牌、不同封装的晶体管的管脚定义并不完全相同。一般来说,有以下规则:

规则一:对于中、大功率晶体管,集电极明显较厚,甚至连接有大面积的金属电极,多在基极和发射极之间;

规则二:对于贴片三极管,面对标识时,基极在左边,发射极在右边,集电极在另一面;

基极 B 集电极 C 发射极 E

三极管的选择原则

考虑晶体管的性能限制,按照“2/3”安全原则选择合适的性能参数。

集电极电流IC:

IC2/3*ICM

ICM集电极最大允许电流

当ICICM发生时,晶体管的值减小,失去放大功能。

采集器功率PW:

PW2/3*PCM

PCM采集器最大允许功率。

当PW时PCM晶体管会烧坏。

集电极-发射极反向电压UCE:

UCE2/3*UBVCEO

当UBVCEO基极开路时,集电极-发射极反向击穿电压

当集电极/发射极电压UCEUBVCEO时,晶体管会产生很大的集电极击穿电流,造成永久性损坏。

工作频率f:

f=15%*fT

T——特征频率

随着工作频率的升高,三极管的放大能力会下降。 =1对应的频率fT称为三极管的特征频率。

此外,还应考虑体积成本,应优先考虑片式晶体管。

用户评论

你瞒我瞒

终于看到这么详细的三极管讲解了!我一直对电子元件感兴趣,但总觉得学习起来太难。这篇博文讲得通俗易懂,图文并茂,我一下子就理解三极管的工作原理和应用场景,真是太棒了!

    有17位网友表示赞同!

ok绷遮不住我颓废的伤あ

作为一个新手电子爱好者,以前一直对三极管这个东西一头雾水,看了这篇博客后终于豁然开朗了。内容很全面,涵盖了从历史起源到基本特性再到实际应用的各个方面,下次去电路实验的时候就能更有信心的啦!

    有19位网友表示赞同!

清原

说的这么复杂?作为一个刚接触电子电路的人来说,这篇文章有点太难懂了,还是需要一些基础知识才能看明白。不过里面的图确实很有帮助,把三极管结构和工作原理展示得非常清晰。

    有8位网友表示赞同!

无寒

我记得以前学习的时候,老师讲解三极管就只讲个大概,根本没深入到这种程度。这篇文章终于让我明白了三极管的真正奥秘!强烈推荐给所有想深入了解电子元件原理的朋友们阅读!

    有14位网友表示赞同!

一别经年

三极管应用范围 really wide, but this article doesn't make it clear. Would be great if there was more discussion on the different applications of transistors in various electronic devices.

    有20位网友表示赞同!

万象皆为过客

这篇博文真是太深入,从三极管的历史发展到不同类型的分类,再到各种电路图示和应用例子,都非常详尽。作者对电子元件的理解很深,写的也很清楚易懂,不愧是“最详细”版本!

    有12位网友表示赞同!

(り。薆情海

说实话,我看了这个标题就有点懵逼。三极管这种东西我平时很少接触到,这篇文章的内容太深入也太专业了,估计我需要再学习一段时间才能看明白。不过我还是佩服作者的写作热情和专业水平!

    有20位网友表示赞同!

凉凉凉”凉但是人心

很多文章解释三极管的时候都比较浅显,没有解释其内部的工作原理。这篇博文很好地解决了这个问题,结合了电路图示和物理概念,让我对三极管内部工作机制有了更清晰的理解。

    有16位网友表示赞同!

£烟消云散

我觉得这个标题有点夸张,“最详细”太绝对了,毕竟电子元件的研究领域非常广阔,不可能涵盖所有信息。但是这篇文章的确很好地介绍了三极管的基本原理和应用场景,对于初学者来说还是很有用的参考材料。

    有10位网友表示赞同!

一生荒唐

作为一名电子工程师,我觉得这篇博文对我的工作很有帮助!它不仅回顾了三极管的历史发展,还详细分析了不同类型的特性和使用方法。相信很多跟我一样从事电子设计的工作人员都会受益匪浅!

    有17位网友表示赞同!

呆檬

图解太棒了! 文章的插画非常清楚地展示了三极管的结构和信号流动过程,让我更容易理解它的工作原理。文章内容也很丰富,涵盖了各个方面的信息,不愧是“最详细”版本!

    有14位网友表示赞同!

花菲

感觉有些地方写的比较学术性强,我阅读的时候还是有点费劲。建议作者可以适当使用一些通俗易懂的语言和例子,让更广泛的用户能够理解文章内容。

    有15位网友表示赞同!

发呆

三极管真是太奇妙了!这篇博文让我了解到这小小的元件居然蕴藏着如此强大的功能,简直颠覆了我对电子电路的认知!我更加期待以后深入学习电子工程。

    有7位网友表示赞同!

空巷

这个标题是不是有点唬人?说“最详细”也太夸张了吧?总觉得有些地方解释的还不够透彻,比如关于不同类型三极管的特点和应用场景,我觉得可以再详细一些。

    有7位网友表示赞同!

水波映月

终于有人把三极管介绍得这么清楚了!以前我总是把它的名字跟晶体管混淆,看完这篇博文以后终于明白了它们的区别。作者的写作风格很好,很适合新手学习。

    有13位网友表示赞同!

﹎℡默默的爱

对于已经对电工电子知识有一定了解的人来说,这篇文章还是比较基础的内容。我希望作者能够提供更深入的探讨,比如三极管在不同电路中的应用,以及最新的研究进展。

    有12位网友表示赞同!

怅惘

虽然标题写得很有劲头,但内容本身质量可以再提升一下。我认为这篇博文应该更多地结合实际案例,让读者更直观地理解三极管的原理和应用意义。

    有19位网友表示赞同!

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