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如何提高三極管的開關(guān)速度?

2017年11月22日 14:51 網(wǎng)絡(luò)整理 作者: 用戶評論(0

  三極管定義

  三極管,全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管,也稱雙極型晶體管、晶體三極管,是一種控制電流的半導(dǎo)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(guān)。晶體三極管,是半導(dǎo)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。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié),兩個PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分,中間部分是基區(qū),兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū),排列方式有PNP和NPN兩種。

  三極管參數(shù)

  特征頻率fT:

  當(dāng)f= fT時,三極管完全失去電流放大功能。如果工作頻率大于fT,電路將不正常工作.fT稱作增益帶寬積,即fT=βfo。若已知當(dāng)前三極管的工作頻率fo以及高頻電流放大倍數(shù),便可得出特征頻率fT。隨著工作頻率的升高,放大倍數(shù)會下降.fT也可以定義為β=1時的頻率.

  電壓/電流

  用這個參數(shù)可以指定該管的電壓電流使用范圍。

  hFE

  電流放大倍數(shù)。

  VCEO

  集電極發(fā)射極反向擊穿電壓,表示臨界飽和時的飽和電壓。

  PCM

  最大允許耗散功率。

  封裝形式指定該管的外觀形狀,如果其它參數(shù)都正確,封裝不同將導(dǎo)致組件無法在電路板上實現(xiàn)。

  三極管結(jié)構(gòu)與原理:

  三極管的基本結(jié)構(gòu)是兩個反向連結(jié)的pn接面,如圖1所示,可有pnp和npn兩種組合。三個接出來的端點依序稱為射極(emitter, E)、基極(base, B)和集極(collector, C),名稱來源和它們在三極管操作時的功能有關(guān)。圖中也顯示出npn與pnp三極管的電路符號,射極特別被標(biāo)出,箭號所指的極為n型半導(dǎo)體,和二極體的符號一致。在沒接外加偏壓時,兩個pn接面都會形成耗盡區(qū),將中性的p型區(qū)和n型區(qū)隔開。

如何提高三極管的開關(guān)速度?

  圖1 pnp(a)與npn(b)三極管的結(jié)構(gòu)示意圖與電路符號

  三極管的電特性和兩個pn接面的偏壓有關(guān),工作區(qū)間也依偏壓方式來分類,這里我們先討論最常用的所謂”正向活性區(qū)”(forward active),在此區(qū)EB極間的pn接面維持在正向偏壓,而BC極間的pn接面則在反向偏壓,通常用作放大器的三極管都以此方式偏壓。圖2(a)為一pnp三極管在此偏壓區(qū)的示意圖。 EB接面的空乏區(qū)由于在正向偏壓會變窄,載體看到的位障變小,射極的電洞會注入到基極,基極的電子也會注入到射極;而BC接面的耗盡區(qū)則會變寬,載體看到的位障變大,故本身是不導(dǎo)通的。圖2(b)畫的是沒外加偏壓,和偏壓在正向活性區(qū)兩種情形下,電洞和電子的電位能的分布圖。

  三極管和兩個反向相接的pn二極管有什么差別呢?其間最大的不同部分就在于三極管的兩個接面相當(dāng)接近。以上述之偏壓在正向活性區(qū)之pnp三極管為例,射極的電洞注入基極的n型中性區(qū),馬上被多數(shù)載體電子包圍遮蔽,然后朝集電極方向擴散,同時也被電子復(fù)合。當(dāng)沒有被復(fù)合的電洞到達BC接面的耗盡區(qū)時,會被此區(qū)內(nèi)的電場加速掃入集電極,電洞在集電極中為多數(shù)載體,很快藉由漂移電流到達連結(jié)外部的歐姆接點,形成集電極電流IC。 IC的大小和BC間反向偏壓的大小關(guān)系不大?;鶚O外部僅需提供與注入電洞復(fù)合部分的電子流IBrec,與由基極注入射極的電子流InB? E(這部分是三極管作用不需要的部分)。 InB? E在射極與與電洞復(fù)合,即InB? E=IErec。pnp三極管在正向活性區(qū)時主要的電流種類可以清楚地在圖3(a)中看出。

如何提高三極管的開關(guān)速度?

  圖2 (a)一pnp三極管偏壓在正向活性區(qū);(b)沒外加偏壓,和偏壓在正向活性區(qū)兩種情形下,電洞和電子的電位能的分布圖比較。

如何提高三極管的開關(guān)速度?

  圖3 (a) pnp三極管在正向活性區(qū)時主要的電流種類;(b)電洞電位能分布及注入的情形;(c)電子的電位能分布及注入的情形。

  一般三極管設(shè)計時,射極的摻雜濃度較基極的高許多,如此由射極注入基極 的射極主要載體電洞(也就是基極的少數(shù)載體)IpE? B電流會比由基極注入射極 的載體電子電流InB? E大很多,三極管的效益比較高。圖3(b)和(c)個別畫出電洞 和電子的電位能分布及載體注入的情形。同時如果基極中性區(qū)的寬度WB愈窄, 電洞通過基極的時間愈短,被多數(shù)載體電子復(fù)合的機率愈低,到達集電極的有效電 洞流IpE? C愈大,基極必須提供的復(fù)合電子流也降低,三極管的效益也就愈高。 集電極的摻雜通常最低,如此可增大CB極的崩潰電壓,并減小BC間反向偏壓的 pn接面的反向飽和電流,這里我們忽略這個反向飽和電流。 由圖4(a),我們可以把各種電流的關(guān)系寫下來: 射極電流 基極電流 集電極電流。

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( 發(fā)表人:姚遠(yuǎn)香 )

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