NPN 型小功率晶體三極管以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ), 關(guān)鍵是 “三層兩結(jié)” 結(jié)構(gòu):自上而下(或自左至右)依次為 N 型發(fā)射區(qū)、P 型基區(qū)、N 型集電區(qū),相鄰區(qū)域形成發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。發(fā)射區(qū)采用高摻雜工藝,提升自由電子濃度,便于載流子發(fā)射;基區(qū)摻雜濃度低且厚度極?。◣孜⒚祝瑴p少載流子在基區(qū)的復(fù)合損耗;集電區(qū)面積遠(yuǎn)大于發(fā)射區(qū),增強(qiáng)載流子收集能力。三個區(qū)域分別引出電極:發(fā)射極(E)、基極(B)、集電極(C),常見 TO-92(塑封直插)、SOT-23(貼片)等封裝,封裝不僅保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu),還通過引腳實(shí)現(xiàn)電路連接,適配不同安裝場景。直接耦合無電容,適合低頻和直流,易集成但有零點(diǎn)漂移。汽車電子小信號NPN型晶體三極管響應(yīng)時間10ns
共基放大電路以基極接地,輸入信號加在 EB 間,輸出信號從 CB 間取出。NPN 型小功率管在該電路中工作在放大區(qū),優(yōu)勢是頻率響應(yīng)好(上限截止頻率高),因基極接地減少了極間電容的影響,適合高頻信號放大;缺點(diǎn)是電流放大倍數(shù) < 1(Ai≈α<1,α=IC/IE),輸入電阻小。常用于高頻通信、射頻電路,如收音機(jī)的中頻放大電路、手機(jī)的射頻信號預(yù)處理電路。例如在FM 收音機(jī),共基電路將調(diào)諧后的高頻信號(10.7MHz)放大,同時避免高頻信號因極間電容衰減,保證接收靈敏度。線下市場高頻NPN型晶體三極管參數(shù)測試NPN型小功率晶體三極管多以硅為材料,有E、B、C三極,滿足偏置條件時可實(shí)現(xiàn)電流放大或開關(guān)功能。
三極管的開關(guān)速度由導(dǎo)通時間(ton)和關(guān)斷時間(toff)決定,ton 是從 IB 加入到 IC 達(dá)到 90% IC (sat) 的時間,toff 是從 IB 撤銷到 IC 降至 10% IC (sat) 的時間,小功率 NPN 管的 ton 和 toff 通常在幾十到幾百 ns。開關(guān)速度影響電路的工作頻率,例如在 500kHz 的脈沖電路中,需選擇 ton+toff≤1μs 的三極管(如 MMBT3904,ton=25ns,toff=60ns),否則會出現(xiàn) “開關(guān)不完全”,導(dǎo)致 IC 波形拖尾,功耗增大。為加快開關(guān)速度,可在基極回路并聯(lián)加速電容,縮短載流子存儲時間。射極輸出器的輸出電阻低(通常幾十到幾百 Ω),需與低阻抗負(fù)載匹配才能發(fā)揮帶負(fù)載優(yōu)勢。若負(fù)載電阻 RL 遠(yuǎn)大于輸出電阻 ro,輸出電壓會隨 RL 變化,無法穩(wěn)定;若 RL 過?。ㄈ缧∮?ro 的 1/10),則會使 IC 增大,可能超過 ICM。例如射極輸出器 ro=100Ω,驅(qū)動 LED 時(LED 工作電流 20mA,正向壓降 2V),需串聯(lián)限流電阻 R=(VCC-VE-VLED)/IL,若 VCC=5V、VE=2.7V,R=(5-2.7-2)/0.02=15Ω,此時 RL(LED+R)≈15Ω,與 ro 匹配,LED 亮度穩(wěn)定。
集電極最大允許電流 ICM 是指 NPN 型小功率晶體三極管在正常工作時,集電極所能通過的最大電流值。當(dāng)集電極電流 IC 超過 ICM 時,三極管的電流放大系數(shù) β 會明顯下降,雖然此時三極管可能不會立即損壞,但會導(dǎo)致電路的放大性能變差,無法滿足設(shè)計要求。ICM 的數(shù)值與三極管的封裝形式、散熱條件密切相關(guān),相同型號的三極管,采用散熱性能更好的封裝時,ICM 會有所增大;同時,若電路中為三極管配備了散熱片,也能在一定程度上提高 ICM 的實(shí)際可用值。小功率 NPN 型三極管的 ICM 通常在幾十毫安到幾百毫安之間,例如常用的 9013 三極管,其 ICM 約為 500mA,而 9014 三極管的 ICM 約為 100mA。在選擇三極管時,需要根據(jù)電路中集電極的最大工作電流來確定 ICM,確保 ICM 大于實(shí)際工作電流,以保證三極管的正常工作和電路性能的穩(wěn)定。變壓器耦合可阻抗匹配,適合高頻功率放大,卻體積大、成本高。
共射放大電路是 NPN 型小功率晶體三極管常用的應(yīng)用電路之一,其特點(diǎn)是發(fā)射極作為公共電極,輸入信號加在基極和發(fā)射極之間,輸出信號從集電極和發(fā)射極之間取出。在共射放大電路中,三極管工作在放大區(qū),通過設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn),確保輸入交流信號在整個周期內(nèi)都能被有效放大,避免出現(xiàn)截止失真或飽和失真。電路中的偏置電阻(如 RB1、RB2)用于提供基極偏置電流,確定靜態(tài)工作點(diǎn);集電極電阻 RC 則用于將集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化,實(shí)現(xiàn)電壓放大。共射放大電路具有較高的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù),同時輸出信號與輸入信號相位相反,因此也被稱為反相放大電路。這種電路廣泛應(yīng)用于音頻放大、信號預(yù)處理等領(lǐng)域,例如在收音機(jī)的中頻放大電路中,就大量采用 NPN 型小功率三極管組成共射放大電路,將接收到的微弱中頻信號放大,為后續(xù)的解調(diào)電路提供足夠幅度的信號。RC 振蕩電路起振需 AF≥1,A 為放大倍數(shù),F(xiàn) 為反饋系數(shù)。醫(yī)療設(shè)備低噪聲NPN型晶體三極管參數(shù)測試
5V 繼電器驅(qū)動,基極電阻選 4.3kΩ,確保 IB=1mA,滿足驅(qū)動需求。汽車電子小信號NPN型晶體三極管響應(yīng)時間10ns
共基放大電路以基極作為公共電極,輸入信號加在發(fā)射極和基極之間,輸出信號從集電極和基極之間取出,NPN 型小功率三極管在該電路中工作在放大區(qū)。共基放大電路的突出特點(diǎn)是頻率響應(yīng)好,上限截止頻率高,這是因為基極交流接地,基極電容的影響較小,減少了載流子在基區(qū)的渡越時間對高頻信號的影響,因此常用于高頻放大電路中,如射頻信號放大、高頻振蕩電路等。與共射放大電路相比,共基放大電路的電壓放大倍數(shù)較高,但電流放大倍數(shù)小于 1,即沒有電流放大能力,能實(shí)現(xiàn)電壓放大,且輸出信號與輸入信號同相位。在實(shí)際應(yīng)用時,共基放大電路常與共射放大電路組合使用,構(gòu)成共射 - 共基組合放大電路,既能獲得較高的電壓放大倍數(shù),又能擁有良好的高頻特性,滿足高頻信號放大的需求,例如在通信設(shè)備的高頻放大模塊中,就常采用這種組合電路。汽車電子小信號NPN型晶體三極管響應(yīng)時間10ns
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