三管发展历史
1947年12月23日,美国新泽西州墨累山的贝尔实验室里,3位科学家——巴丁博士、布莱顿博士和肖克莱博士在紧张而又有条不紊地做着实验。他们在导体电路中正在进行用半导体晶体把声音信号放大的实验。3位科学家惊奇地发现,在他们发明的器件中通过的一部分微量电流,竟然可以控制另一部分流过的大得多的电流,因而产生了放大效应。这个器件,就是在科技史上具有划时代意义的成果——晶体管。因它是在圣诞节前夕发明的,而且对人们未来的生活发生如此巨大的影响,所以被称为“献给世界的圣诞节礼物”。这3位科学家因此共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。
新研究发现,在晶体管电子流出端的衬底外,沉积一层对应材料,能形成一个半导体致冷P-N结构,因为N材料的电子能级低,P材料的电子能级高,当电子流过时,需要从衬底吸入热量,这就为晶体管**散热提供一个很好的途径。因为带走的热量会与电流的大小成正比例,业内也称形象地把这个称为“电子血液”散热技术。根据添加新材料的性位置不同,新的致冷三管分别叫做N-PNP或NPN-P。
晶体管促进并带来了“固态革命”,进而推动了**范围内的半导体电子工业。作为主要部件,它及时、普遍地首先在通讯工具方面得到应用,并产生了巨大的经济效益。由于晶体管彻底改变了电子线路的结构,集成电路以及大规模集成电路应运而生,这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。
三管结构类型;
晶体三管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是**区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种。
从三个区引出相应的电,分别为基b**e和集电c。
**区和基区之间的PN结叫**结,集电区和基区之间的PN结叫集电结。基区很薄,而**区较厚,杂质浓度大,PNP型三管**区"**"的是空穴,其移动方向与电流方向一致,故**箭头向里;NPN型三管**区"**"的是自由电子,其移动方向与电流方向相反,故**箭头向外。**箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三管和锗晶体三管都有PNP型和NPN型两种类型。
三管的封装形式和管脚识别
常用三管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类,引脚的排列方式具有一定的规律,
底视图位置放置,使三个引脚构成等腰三角形的**点上,从左向右依次为e b c;对于中小功率塑料三管按图使其平面朝向自己,三个引脚朝下放置,则从左到右依次为e b c。
国内各种类型的晶体三管有许多种,管脚的排列不尽相同,在使用中不确定管脚排列的三管,必须进行测量确定各管脚正确的位置,或查找晶体管使用手册,明确三管的特性及相应的技术参数和资料。
三管是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的**元件。三管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是**区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种。
三管基的判别:根据三管的结构示意图,我们知道三管的基是三管中两个PN结的公共,因此,在判别三管的基时,只要找出两个PN结的公共,即为三管的基。具体方法是将多用电表调至电阻挡的R×1k挡,先用红表笔放在三管的一只脚上,用黑表笔去碰三管的另两只脚,如果两次全通,则红表笔所放的脚就是三管的基。如果一次没找到,则红表笔换到三管的另一个脚,再测两次;如还没找到,则红表笔再换一下,再测两次。如果还没找到,则改用黑表笔放在三管的一个脚上,用红表笔去测两次看是否全通,若一次没成功再换。这样多量12次,总可以找到基。
三管工作原理;
一、理论原理
晶体三管(以下简称三管)按材料分有两种:锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式,但使用多的是硅NPN和锗PNP两种三管,(其中,N是负的意思(代表英文中Negative),N型半导体在高纯度硅中加入磷取代一些硅原子,在电压下产生自由电子导电,而P是正的意思(Positive)是加入硼取代硅,产生大量空穴利于导电)。两者除了电源性不同外,其工作原理都是相同的,下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。
对于NPN管,它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成,**区与基区之间形成的PN结称为**结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为**e (Emitter)、基b (Base)和集电c (Collector)。如右图所示
当b点电位**e点电位零点几伏时,**结处于正偏状态,而C点电位**b点电位几伏时,集电结处于反偏状态,集电电源Ec要**基电源Eb。
在制造三管时,有意识地使**区的多数载流子浓度大于基区的,同时基区做得很薄,而且,要严格控制杂质含量,这样,一旦接通电源后,由于**结正偏,**区的多数载流子(电子)及基区的多数载流子(空穴)很容易地越过**结互相向对方扩散,但因前者的浓度基大于后者,所以通过**结的电流基本上是电子流,这股电子流称为**电子流。
由于基区很薄,加上集电结的反偏,注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电电流Ic,只剩下很少(1-10%)的电子在基区的空穴进行复合,被复合掉的基区空穴由基电源Eb重新补给,从而形成了基电流Ibo.根据电流连续性原理得:
Ie=Ib+Ic
这就是说,在基补充一个很小的Ib,就可以在集电上得到一个较大的Ic,这就是所谓电流放大作用,Ic与Ib是维持一定的比例关系,即:
β1=Ic/Ib
式中:β1--称为直流放大倍数,
集电电流的变化量△Ic与基电流的变化量△Ib之比为:
β= △Ic/△Ib
式中β--称为交流电流放大倍数,由于低频时β1和β的数值相差不大,所以有时为了方便起见,对两者不作严格区分,β值约为几十至一百多。
α1=Ic/Ie(Ic与Ie是直流通路中的电流大小)
式中:α1也称为直流放大倍数,一般在共基组态放大电路中使用,描述了射电流与集电电流的关系。
α =△Ic/△Ie
表达式中的α为交流共基电流放大倍数。同理α与α1在小信号输入时相差也不大。
对于两个描述电流关系的放大倍数有以下关系
三管的电流放大作用实际上是利用基电流的微小变化去控制集电电流的巨大变化。
三管是一种电流放大器件,但在实际使用中常常通过电阻将三管的电流放大作用转变为电压放大作用。
二、放大原理
1、**区向基区**电子
电源Ub经过电阻Rb加在**结上,**结正偏,**区的多数载流子(自由电子)不断地越过**结进入基区,形成**电流Ie。同时基区多数载流子也向**区扩散,但由于多数载流子浓度远****区载流子浓度,可以不考虑这个电流,因此可以认为**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**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。
三管类型的判别: 三管只有两种类型,即PNP型和NPN型。判别时只要知道基是P型材料还N型材料即可。当用多用电表R×1k挡时,黑表笔代表电源正,如果黑表笔接基时导通,则说明三管的基为P型材料,三管即为NPN型。如果红表笔接基导通,则说明三管基为N型材料,三管即为PNP型。
三管放大原理
1、**区向基区**电子
电源Ub经过电阻Rb加在**结上,**结正偏,**区的多数载流子(自由电子)不断地越过**结进入基区,形成**电流Ie。同时基区多数载流子也向**区扩散,但由于多数载流子浓度远****区载流子浓度,可以不考虑这个电流,因此可以认为**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**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。
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