半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管,可以說它是電子電路中最重要的器件。它最主要的功能是電流放大和開關(guān)作用。三極管顧名思義具有三個電極。二極管是由一個PN結(jié)構(gòu)成的,而三極管由兩個PN結(jié)構(gòu)成,共用的一個電極成為三極管的基極(用字母b表示)。其他的兩個電極成為集電極(用字母c表示)和發(fā)射極(用字母e表示)。由于不同的組合方式,形成了一種是NPN型的三極管,另一種是PNP型的三極管。
三極管的種類很多,并且不同型號各有不同的用途。三極管大都是塑料封裝或金屬封裝,常見三極管的外觀,有一個箭頭的電極是發(fā)射極,箭頭朝外的是NPN型三極管,而箭頭朝內(nèi)的是PNP型。實(shí)際上箭頭所指的方向是電流的方向。
三極管的放大原理
1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子
電源Ub經(jīng)過電阻Rb加在發(fā)射結(jié)上,發(fā)射結(jié)正偏,發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(自由電子)不斷地越過發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū),形成發(fā)射極電流Ie。同時基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散,但由于多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)載流子濃度,可以不考慮這個電流,因此可以認(rèn)為發(fā)射結(jié)主要是電子流。
2、基區(qū)中電子的擴(kuò)散與復(fù)合
電子進(jìn)入基區(qū)后,先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集,漸漸形成電子濃度差,在濃度差的作用下,促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴(kuò)散,被集電結(jié)電場拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子(因?yàn)榛鶇^(qū)很薄)與基區(qū)的空穴復(fù)合,擴(kuò)散的電子流與復(fù)合電子流之比例決定了三極管的放大能力。
3、集電區(qū)收集電子
由于集電結(jié)外加反向電壓很大,這個反向電壓產(chǎn)生的電場力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴(kuò)散,同時將擴(kuò)散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流Icn。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子(空穴)也會產(chǎn)生漂移運(yùn)動,流向基區(qū)形成反向飽和電流,用Icbo來表示,其數(shù)值很小,但對溫度卻異常敏感。
當(dāng)溫度升高時三極管的VBE會減小
1、由于材料的特性和制造工藝的差異,半導(dǎo)體三極管的直流放大系數(shù)β并不是一條直線,也就是說,隨著基極電流的變化,β也有少量變化,尤其在Ib較小時,β也較小,因此,設(shè)置三極管的工作點(diǎn)時一般都安排在β曲線的較平坦的區(qū)域,這樣的區(qū)域就是說明書中提供β的直流測試參數(shù)。
2、在Ib不變的情況下,Ube會隨著環(huán)境溫度的變化而變化,平常說的硅材料三極管的Ube為0.6~0.7V左右,這是室溫在25°C時的測試值。經(jīng)測試,硅三極管發(fā)射結(jié)正向壓降的變化量是每增加一度,Ube就變化 -2.5mV/°C,也就是說,隨著溫度的增加,Ube就線性減小。
溫度對三極管參數(shù)的影響
幾乎所有的三極管參數(shù)都與溫度有關(guān),因此不容忽視。溫度對下列的三個參數(shù)影響最大。
(1)對β的影響:
三極管的β隨溫度的升高將增大,溫度每上升l℃,β值約增大0.5~1%,其結(jié)果是在相同的IB情況下,集電極電流IC隨溫度上升而增大。
(2)對反向飽和電流ICEO的影響:
ICEO是由少數(shù)載流子漂移運(yùn)動形成的,它與環(huán)境溫度關(guān)系很大,ICEO隨溫度上升會急劇增加。溫度上升10℃,ICEO將增加一倍。由于硅管的ICEO很小,所以,溫度對硅管ICEO的影響不大。
(3)對發(fā)射結(jié)電壓ube的影響:
和二極管的正向特性一樣,溫度上升1℃,ube將下降2~2.5mV。
綜上所述,隨著溫度的上升,β值將增大,iC也將增大,uCE將下降,這對三極管放大作用不利,使用中應(yīng)采取相應(yīng)的措施(如加裝散熱片等)克服溫度的影響。