貼片封裝(如 SOT-23、SOT-323)與直插封裝(TO-92)的 重要參數(shù)(ICM、PCM、β)相近,但散熱性能和安裝密度不同:直插封裝引腳長(zhǎng),散熱路徑長(zhǎng),PCM 通常略低(如 TO-92 封裝的 9013,PCM=625mW);貼片封裝緊貼 PCB,可通過(guò) PCB 銅箔散熱,PCM 可提升 10%~20%(如 SOT-23 封裝的 MMBT9013,PCM=700mW),且安裝密度高,適合小型化設(shè)備(如手機(jī)、智能手環(huán))。直插封裝則適合手工焊接和高溫環(huán)境(引腳散熱好),如工業(yè)控制設(shè)備中的繼電器驅(qū)動(dòng)電路,便于維修更換。溫度升高 1℃,VBE 下降 2-2.5mV,二極管正向壓降也同幅下降。工業(yè)領(lǐng)域低噪聲放大NPN型晶體三極管機(jī)構(gòu)認(rèn)證
NPN 型小功率晶體三極管的參數(shù)對(duì)溫度變化非常敏感,溫度的變化會(huì)影響其性能。首先,溫度升高時(shí),基極 - 發(fā)射極電壓 VBE 會(huì)減小,通常溫度每升高 1℃,VBE 約減小 2-2.5mV,這會(huì)導(dǎo)致基極電流 IB 增大,進(jìn)而使集電極電流 IC 增大,可能導(dǎo)致電路靜態(tài)工作點(diǎn)漂移;其次,溫度升高會(huì)使電流放大系數(shù) β 增大,一般溫度每升高 10℃,β 值約增大 10%-20%,β 值的增大同樣會(huì)使 IC 增大,加劇工作點(diǎn)的不穩(wěn)定;另外,溫度升高還會(huì)使集電極反向飽和電流 ICBO 增大,ICBO 是指發(fā)射極開(kāi)路時(shí),集電極與基極之間的反向電流,由于 ICBO 具有正溫度系數(shù),溫度每升高 10℃,ICBO 約增大一倍,而 ICEO(基極開(kāi)路時(shí)集電極與發(fā)射極之間的反向電流)約為 ICBO 的(1+β)倍,因此 ICEO 隨溫度的變化更為明顯,這會(huì)導(dǎo)致三極管的穩(wěn)定性下降,甚至在無(wú)信號(hào)輸入時(shí)出現(xiàn)較大的輸出電流。汽車電子小信號(hào)NPN型晶體三極管散熱片設(shè)計(jì)RC 振蕩調(diào)試時(shí),VCE≈VCC/2,才能滿足起振的放大條件。
繼電器線圈是感性負(fù)載,斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì),可能擊穿三極管。需在繼電器線圈兩端并聯(lián)續(xù)流二極管(如 1N4001),二極管正極接線圈負(fù)極,負(fù)極接線圈正極,當(dāng)線圈斷電時(shí),反向電動(dòng)勢(shì)通過(guò)二極管形成回路,保護(hù)三極管。此外,若繼電器工作電流接近 ICM,需在基極增加限流電阻,避免 IB 過(guò)大導(dǎo)致三極管燒毀。例如 5V 繼電器線圈電阻 50Ω(工作電流 100mA),用 9013 管(ICM=500mA)驅(qū)動(dòng),除并聯(lián)續(xù)流二極管外,基極電阻 RB=(5-0.7)/1mA=4.3kΩ,確保 IB=1mA(β=100 時(shí),IC=100mA),既滿足驅(qū)動(dòng)需求,又避免過(guò)載。
針對(duì)三極管參數(shù)隨溫度漂移的問(wèn)題,可采用 NPN 管自身組成溫度補(bǔ)償電路,常見(jiàn)的有 diode 補(bǔ)償和三極管補(bǔ)償。diode 補(bǔ)償是將二極管與基極串聯(lián),二極管正向壓降隨溫度變化與 VBE 一致(每升高 1℃,均下降 2-2.5mV),抵消 VBE 的漂移;三極管補(bǔ)償是用另一支同型號(hào)三極管的發(fā)射結(jié)與原三極管發(fā)射結(jié)并聯(lián),利用兩只管子參數(shù)的一致性,使溫度漂移相互抵消。例如在共射放大電路中,基極串聯(lián) 1N4148 二極管,當(dāng)溫度升高 10℃,VBE 下降 25mV,二極管正向壓降也下降 25mV,確保 IB 基本不變,IC 穩(wěn)定。直接耦合無(wú)電容,適合低頻和直流,易集成但有零點(diǎn)漂移。
集電極最大允許功耗 PCM 是指 NPN 型小功率晶體三極管在工作過(guò)程中,集電結(jié)所能承受的最大功耗,它是由三極管的結(jié)溫上限決定的。三極管工作時(shí),集電結(jié)會(huì)產(chǎn)生功率損耗,這些損耗會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量,導(dǎo)致結(jié)溫升高,當(dāng)結(jié)溫超過(guò)上限值時(shí),三極管會(huì)因過(guò)熱而損壞。PCM 的計(jì)算公式為 PCM = IC × VCE,即集電極電流與集電極 - 發(fā)射極電壓的乘積。小功率 NPN 型三極管的 PCM 通常較小,一般在幾十毫瓦到幾百毫瓦之間,例如 9012 三極管的 PCM 約為 625mW,8050 三極管的 PCM 約為 1W。在電路設(shè)計(jì)中,必須確保三極管的實(shí)際功耗 PC = IC × VCE 小于 PCM,為了降低三極管的功耗和結(jié)溫,通常會(huì)合理選擇電路參數(shù),減少 IC 和 VCE 的乘積,同時(shí)在功耗較大的場(chǎng)合,可為三極管加裝散熱片,提高散熱效率,從而使三極管能夠在接近 PCM 的條件下穩(wěn)定工作?;鶚O串 100Ω-1kΩ 電阻,能限制高頻干擾電流,提升抗干擾性。醫(yī)療設(shè)備高頻NPN型晶體三極管散熱片設(shè)計(jì)
低頻管如 9014,fT 約 150MHz;高頻管如 S9018,fT 可達(dá) 1GHz 以上。工業(yè)領(lǐng)域低噪聲放大NPN型晶體三極管機(jī)構(gòu)認(rèn)證
共射放大電路是 NPN 型小功率管的經(jīng)典應(yīng)用,發(fā)射極接地,輸入信號(hào)加在 BE 間,輸出信號(hào)從 CE 間取出。電路中,RB(基極偏置電阻)控制 IB,確定靜態(tài)工作點(diǎn);RC(集電極負(fù)載電阻)將 IC 變化轉(zhuǎn)化為 VCE 變化,實(shí)現(xiàn)電壓放大。該電路的優(yōu)勢(shì)是電壓放大倍數(shù)高(Av=-βRC/ri,ri 為輸入電阻)、電流放大倍數(shù)大,缺點(diǎn)是輸入電阻小、輸出電阻大,輸出信號(hào)與輸入信號(hào)反相。例如在音頻前置放大電路中,用 9014 管組成共射電路,將麥克風(fēng)輸出的 mV 級(jí)信號(hào)放大至 V 級(jí),為后級(jí)功率放大提供信號(hào)源。工業(yè)領(lǐng)域低噪聲放大NPN型晶體三極管機(jī)構(gòu)認(rèn)證
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