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開關三極管的外形與普通三極管外形相同,它工作于截止區和飽和區,相當于電路的切斷和導通。由于它具有完成斷路和接通的作用,被廣泛應用于各種開關電路中,如常用的開關電源電路、驅動電路、高頻振蕩電路、模數轉換電路、脈沖電路及輸出電路等。
當加在三極管發射結的電壓小于PN結的導通電壓,基極電流為零,集電極電流和發射極電流都為零,三極管這時失去了電流放大作用,集電極和發射極之間相當于開關的斷開狀態,即為三極管的截止狀態。開關三極管處于截止狀態的特征是發射結,集電結均處于反向偏置。
導通狀態當加在三極管發射結的電壓大于PN結的導通電壓,并且當基極的電流增大到一定程度時,集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大,而是處于某一定值附近不再怎么變化,此時三極管失去電流放大作用,集電極和發射極之間的電壓很小,集電極和發射極之間相當于開關的導通狀態,即為三極管的導通狀態。開關三極管處于飽和導通狀態的特征是發射結,集電結均處于正向偏置。而處于放大狀態的三極管的特征是發射結處于正向偏置,集電結處于反向偏置。這也是可以使用電壓表測試發射結,集電結的電壓值判定三極管工作狀況的原理。開關三極管正是基于三極管的開關特性來工作的。
工作模式三極管的種類很多,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射極,箭頭朝外的是NPN型三極管,而箭頭朝內的是PNP型。實際上箭頭所指的方向是表示電流的方向。
圖1
雙極面結型晶體管兩個類型:NPN和PNP
NPN類型包含兩個n型區域和一個分隔它們的p型區域;PNP類型則包含兩個p型區域和一個分隔它們的n型區域,圖2和圖3分別是它們的電路符號。以下的說明將集中在NPN 三極管。
圖2: NPN 三極管的電路符號圖3: PNP 三極管的電路符號三極管工作于三種不同模式:截止模式、線性放大模式及飽和模式,見圖4。
圖4 三種工作模式
開關三極管具有壽命長、安全可靠、沒有機械磨損、開關速度快、體積小等特點。開關三極管可以用很小的電流,控制大電流的通斷,有較廣泛的應用。小功率開關管可以用在電源電路、驅動電路、開關電路等;大功率管可用于彩色電視機、通信設備的開關電源;也可用于低頻功率放大電路、電流調整等;高反壓大功率開關管可用于彩色電視機行輸出管。
選用三極管需要了解三極管的主要參數。若手中有一本晶體管特性手冊最好。三極管的參數很多,其中必須了解的四個極限參數:ICM、BVCEO、PCM、fT、TON TOFF 等,可滿足95%以上的使用需要。
1. ICM是集電極最大允許電流。三極管工作時當它的集電極電流超過一定數值時,它的電流放大系數β將下降。為此規定三極管的電流放大系數β變化不超過允許值時的集電極最大電流稱為ICM。所以在使用中當集電極電流IC超過ICM時不至于損壞三極管,但會使β值減小,影響電路的工作性能。
2. BVCEO是三極管基極開路時,集電極-發射極反向擊穿電壓。如果在使用中加在集電極與發射極之間的電壓超過這個數值時,將可能使三極管產生很大的集電極電流,這種現象叫擊穿。三極管擊穿后會造成永久性損壞或性能下降。
3. PCM是集電極最大允許耗散功率。三極管在工作時,集電極電流在集電結上會產生熱量而使三極管發熱。若耗散功率過大,三極管將燒壞。在使用中如果三極管在大于PCM下長時間工作,將會損壞三極管。需要注意的是大功率三極管給出的最大允許耗散功率都是在加有一定規格散熱器情況下的參數。使用中一定要注意這一點。
4. 特征頻率fT。隨著工作頻率的升高,三極管的放大能力將會下降,對應于β=1時的頻率fT叫作三極管的特征頻率。
5.開通時間、關斷時間是衡量開關管響應速度的一個重要參數。