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原创 细说晶体管(细说贴片三极管)

2019-9-12 15:05 170 1 1 分类: 模拟
  晶体管(transistor)是一种固体半导体器件,可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关,基于输入的电压,控制流出的电流,因此晶体管可做为电流的开关,和一般机械开关(如Relay、switch)不同处在于晶体管是利用电讯号来控制,而且开关速度可以非常之快,在实验室中的切换速度可达100GHz以上。
  贴片三极管,是内部含有两个PN结,外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用,应用十分广泛。输入级和输出级都采用晶体管的逻辑电路,叫做晶体管-晶体管逻辑电路,书刊和实用中都简称为TTL电路,它属于半导体集成电路的一种,其中用得最普遍的是TTL与非门。TTL与非门是将若干个晶体管和电阻元件组成的电路系统集中制造在一块很小的硅片上,封装成一个独立的元件。半导体贴片三极管是电路中应用最广泛的器件之一,在电路中用“V”或“VT”(旧文字符号为“Q”、“GB”等)表示。
  贴片三极管主要分为两大类:双极性晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)。晶体管有三个极;双极性晶体管的三个极,分别由N型跟P型组成发射极(Emitter)、基极 (Base) 和集电极(Collector);场效应晶体管的三个极,分别是源极 (Source)、栅极(Gate)和漏极(Drain)。晶体管因为有三种极性,所以也有三种的使用方式,分别是发射极接地(又称共射放大、CE组态)、基极接地、集电极接地。最常用的用途应该是属于讯号放大这一方面,其次是阻抗匹配、讯号转换……等,晶体管在电路中是个很重要的组件,许多精密的组件主要都是由晶体管制成的。
  贴片三极管的导通 贴片三极管处于放大状态还是开关状态要看给贴片三极管基极加的直流偏置,随这个电流变化,贴片三极管工作状态由截止-线性区-饱和状态变化而变, 如果贴片三极管Ib(直流偏置点)一定时,贴片三极管工作在线性区,此时Ic电流的变化只随着Ib的交流信号变化,Ib继续升高,贴片三极管进入饱和状态,此时贴片三极管的Ic不再变化,贴片三极管将工作在开关状态。
  贴片三极管为开关管使用时工作在饱和状态1,用放大状态1表示不是很科学。
  如何理解贴片三极管的工作状态,贴片三极管be结和ce结导通贴片三极管才能正常工作。
  如果贴片三极管没有加直流偏置时,放大电路时输入的交流正弦信号正半周时,基极对发射极而言是正的,由于发射结加的是反向电压,此时没有基极电流和集电极电流,此时集电极电流变化与基极反相,在输入电压的负半周,发射极电位对于基极电位为正的,此时由于发射极加的是正向电压,才有基极和集电极电流通过,此时集电极电流变化与基极同相, 在贴片三极管没有加直流偏置时贴片三极管be结和ce结导通,贴片三极管放大电路将只有半个波输出将产生严重的失真。
  晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一,在重要性方面可以与印刷术,汽车和电话等发明相提并论。晶体管实际上是所有现代电器的关键活动(acTIve)元件。晶体管在当今社会的重要性,主要是因为晶体管可以使用高度自动化的过程,进行大规模生产的能力,因而可以不可思议地达到极低的单位成本。
  虽然数以百万计的单体晶体管还在使用,但是绝大多数的晶体管是和电阻、电容一起被装配在微芯片(芯片)上以制造完整的电路。模拟的或数字的或者这两者被集成在同一块芯片上。设计和开发一个复杂芯片的成本是相当高的,但是当分摊到通常百万个生产单位上,每个芯片的价格就是最小的。一个逻辑门包含20个晶体管,而2005年一个高级的微处理器使用的晶体管数量达2.89亿个。
  晶体管的低成本、灵活性和可靠性使得其成为非机械任务的通用器件,例如数字计算。在控制电器和机械方面,晶体管电路也正在取代电机设备,因为它通常是更便宜、更有效地,仅仅使用标准集成电路并编写计算机程序来完成同样的机械任务,使用电子控制,而不是设计一个等效的机械控制。
  因为晶体管的低成本和后来的电子计算机、数字化信息的浪潮来到了。由于计算机提供快速的查找、分类和处理数字信息的能力,在信息数字化方面投入了越来越多的精力。今天的许多媒体是通过电子形式发布的,最终通过计算机转化和呈现为模拟形式。受到数字化革命影响的领域包括电视、广播和报纸。
  【晶体管分类】
  按半导体材料和极性分类
  按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。
  按结构及制造工艺分类
  晶体管按其结构及制造工艺可分为扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管。
  按电流容量分类
  晶体管按电流容量可分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。
  按工作频率分类
  晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等。
  按封装结构分类
  晶体管按封装结构可分为金属封装(简称金封)晶体管、塑料封装(简称塑封)晶体管、玻璃壳封装(简称玻封)晶体管、表面封装(片状)晶体管和陶瓷封装晶体管等。其封装外形多种多样。
  按功能和用途分类
  晶体管按功能和用途可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。
  【晶体管出现的意义】
  晶体管的出现,是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩。
  同电子管相比,晶体管具有诸多优越性:
  ①晶体管的构件是没有消耗的。无论多么优良的电子管,都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化。由于技术上的原因,晶体管制作之初也存在同样的问题。随着材料制作上的进步以及多方面的改善,晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍,称得起永久性器件的美名。
  ②晶体管消耗电能极少,仅为电子管的十分之一或几十分之一。它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子。一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年一年地听下去,这对电子管收音机来说,是难以做到的。
  ③晶体管不需预热,一开机就工作。例如,晶体管收音机一开就响,晶体管电视机一开就很快出现画面。电子管设备就做不到这一点。开机后,非得等一会儿才听得到声音,看得到画面。显然,在军事、测量、记录等方面,晶体管是非常有优势的。
  ④晶体管结实可靠,比电子管可靠100倍,耐冲击、耐振动,这都是电子管所无法比拟的。另外,晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一,放热很少,可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管的制造工艺虽然精密,但工序简便,有利于提高元器件的安装密度。
  正因为晶体管的性能如此优越,晶体管诞生之后,便被广泛地应用于工农业生产、国防建设以及人们日常生活中。1953年,首批电池式的晶体管收音机一投放市场,就受到人们的热烈欢迎,人们争相购买这种收音机。接着,各厂家之间又展开了制造短波晶体管的竞赛。此后不久,不需要交流电源的袖珍“晶体管收音机”开始在世界各地出售,又引起了一个新的消费热潮。
  由于硅晶体管适合高温工作,可以抵抗大气影响,在电子工业领域是最受欢迎的产品之一。从1967年以来,电子测量装置或者电视摄像机如果不是“晶体管化”的,那么就别想卖出去一件。轻便收发机,甚至车载的大型发射机也都晶体管化了。
  另外,晶体管还特别适合用作开关。它也是第二代计算机的基本元件。人们还常常用硅晶体管制造红外探测器。就连可将太阳能转变为电能的电池——太阳能电池也都能用晶体管制造。这种电池是遨游于太空的人造卫星的必不可少的电源。晶体管这种小型简便的半导体元件还为缝纫机、电钻和荧光灯开拓了电子控制的途径。
  从1950年至1960年的十年间,世界主要工业国家投入了巨额资金,用于研究、开发与生产晶体管和半导体器件。例如,纯净的锗或硅半导体,导电性能很差,但加入少量其它元素(称为杂质)后,导电性能会提高许多。但是要想把定量杂质正确地熔入锗或硅中,必须在一定的温度下,通过加热等方法才能实现。而一旦温度高于摄氏75度,晶体管就开始失效。为了攻克这一技术难关,美国政府在工业界投资数百万美元,以开展这项新技术的研制工作。在这样雄厚的财政资助下,没过多久,人们便掌握了这种高熔点材料的提纯、熔炼和扩散的技术。特别是晶体管在军事计划和宇宙航行中的威力日益显露出来以后,为争夺电子领域的优势地位,世界各国展开了激烈的竞争。为实现电子设备的小型化,人们不惜成本,纷纷给电子工业以巨大的财政资助。
  自从1904年弗莱明发明真空二极管,1906年德福雷斯特发明真空贴片三极管以来,电子学作为一门新兴学科迅速发展起来。但是电子学真正突飞猛进的进步,还应该是从晶体管发明以后开始的。尤其是PN结型晶体管的出现,开辟了电子器件的新纪元,引起了一场电子技术的革命。在短短十余年的时间里,新兴的晶体管工业以不可战胜的雄心和年轻人那样无所顾忌的气势,迅速取代了电子管工业通过多年奋斗才取得的地位,一跃成为电子技术领域的排头兵。
  【晶体管的作用】
  (一)控制大功率
  现在的功率晶体管能控制数百千瓦的功率,使用功率晶体管作为开关有很多优点,主要是;(1)容易关断,所需要的辅助元器件少,
  (2)开关迅速,能在很高的频率下工作,
  (3)可得到的器件耐压范围从100V到700V,应有尽有.几年前,晶体管的开关能力还小于10kW。目前,它已能控制高达数百千瓦的功率。这主要归功于物理学家、技术人员和电路设计人员的共同努力,改进了功率晶体管的性能。如(1)开关晶体管有效芯片面积的增加,
  (2)技术上的简化,
  (3)晶体管的复合——达林顿,
  (4)用于大功率开关的基极驱动技术的进步。 、(二)直接工作在整流380V市电上的晶体管功率开关晶体管复合(达林顿)和并联都是有效地增加晶体管开关能力的方法。
  在这样的大功率电路中,存在的主要问题是布线。很高的开关速度能在很短的连接线上产生相当高的干扰电压。
  (三)简单和优化的基极驱动造就的高性能
  今日的基极驱动电路不仅驱动功率晶体管,还保护功率晶体管,称之为“非集中保护” (和集中保护对照)。集成驱动电路的功能包括:
  (1)开通和关断功率开关;
  (2)监控辅助电源电压;
  (3)限制最大和最小脉冲宽度;
  (4)热保护;
  (5)监控开关的饱和压降。
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文章评论 3条评论)

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测量无处不在 2019-9-18 10:05

这个全面,来龙去脉都说了。

yzw92 2019-9-13 11:06

基础知识

curton 2019-9-12 21:27

很好的基础知识
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