半导体三极管也称为晶体三极管,可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的,而三极管由两个PN结构成,共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式,形成了一种是NPN型的三极管,另一种是PNP型的三极管。
三极管的种类很多,并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装,常见三极管的外观,有一个箭头的电极是发射极,箭头朝外的是NPN型三极管,而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。
三极管的放大原理
1、发射区向基区发射电子
电源Ub经过电阻Rb加在发射结上,发射结正偏,发射区的多数载流子(自由电子)不断地越过发射结进入基区,形成发射极电流Ie。同时基区多数载流子也向发射区扩散,但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度,可以不考虑这个电流,因此可以认为发射结主要是电子流。
2、基区中电子的扩散与复合
电子进入基区后,先在靠近发射结的附近密集,渐渐形成电子浓度差,在浓度差的作用下,促使电子流在基区中向集电结扩散,被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。也有很小一部分电子(因为基区很薄)与基区的空穴复合,扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。
3、集电区收集电子
由于集电结外加反向电压很大,这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散,同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。另外集电区的少数载流子(空穴)也会产生漂移运动,流向基区形成反向饱和电流,用Icbo来表示,其数值很小,但对温度却异常敏感。
当温度升高时三极管的VBE会减小
1、由于材料的特性和制造工艺的差异,半导体三极管的直流放大系数β并不是一条直线,也就是说,随着基极电流的变化,β也有少量变化,尤其在Ib较小时,β也较小,因此,设置三极管的工作点时一般都安排在β曲线的较平坦的区域,这样的区域就是说明书中提供β的直流测试参数。
2、在Ib不变的情况下,Ube会随着环境温度的变化而变化,平常说的硅材料三极管的Ube为0.6~0.7V左右,这是室温在25°C时的测试值。经测试,硅三极管发射结正向压降的变化量是每增加一度,Ube就变化 -2.5mV/°C,也就是说,随着温度的增加,Ube就线性减小。
温度对三极管参数的影响
几乎所有的三极管参数都与温度有关,因此不容忽视。温度对下列的三个参数影响最大。
(1)对β的影响:
三极管的β随温度的升高将增大,温度每上升l℃,β值约增大0.5~1%,其结果是在相同的IB情况下,集电极电流IC随温度上升而增大。
(2)对反向饱和电流ICEO的影响:
ICEO是由少数载流子漂移运动形成的,它与环境温度关系很大,ICEO随温度上升会急剧增加。温度上升10℃,ICEO将增加一倍。由于硅管的ICEO很小,所以,温度对硅管ICEO的影响不大。
(3)对发射结电压ube的影响:
和二极管的正向特性一样,温度上升1℃,ube将下降2~2.5mV。
综上所述,随着温度的上升,β值将增大,iC也将增大,uCE将下降,这对三极管放大作用不利,使用中应采取相应的措施(如加装散热片等)克服温度的影响。