三管 (也称晶体管)在中文含义里面只是对三个引脚的放大器件的统称,我们常说的三管,可能是 如图所示的几种器件。
可以看到,虽然都叫三管,其实在英文里面的说法是千差万别的,三管这个词汇其实也是中文特有的一个象形意义上的的词汇。
“Triode”(电子三管)这个是英汉词典里面 “三管” 的英文翻译,与电子三管初次出现有关,是真正意义上的三管这个词初所指的物品。其余的在中文里称作三管的器件,实际翻译时不可以翻译成Triode。
电子三管 Triode (俗称电子管的一种)
双型晶体管 BJT (Bipolar Junction Transistor)
J型场效应管 Junction gate FET(Field Effect Transistor)
金属氧化物半导体场效应晶体管 MOS FET ( Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor)英文全称
V型槽场效应管 VMOS (Vertical Metal Oxide Semiconductor )
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。
电子制作中常用的三管有90×&TImes;系列,包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP),低噪声管9014(NPN),高频小功率管9018(NPN)等。它们的型号一般都标在塑壳上,而样子都一样,都是TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31(低频小功率锗管)等,它们的型号也都印在金属的外壳上。我国生产的晶体管有一套命名规则,电子工程技术人员和电子爱好者应该了解三管符号的含义。符号的部分“3”表示三管。符号的*二部分表示器件的材料和结构:A——PNP型锗材料;B——NPN型锗材料;C——PNP型硅材料;D——NPN型硅材料。符号的*三部分表示功能:U——光电管;K——开关管;X——低频小功率管;G——高频小功率管;D——低频大功率管;A——高频大功率管。另外,3DJ型为场效应管,BT打头的表示半导体特殊元件。
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