ICEO 是基極開(kāi)路時(shí)集電極 - 發(fā)射極反向電流,ICEO≈(1+β) ICBO,因 β 和 ICBO 均隨溫度升高而增大,ICEO 的溫度敏感性極強(qiáng),會(huì)導(dǎo)致電路靜態(tài)電流增大,功耗上升。抑制 ICEO 的方法:一是選擇 ICBO 小的硅管,硅管 ICBO 遠(yuǎn)小于鍺管;二是在基極與地之間接泄放電阻 RB,使 IB=ICEO/(1+β),減小 ICEO 對(duì) IC 的影響;三是采用分壓式偏置電路,通過(guò) RE 的負(fù)反饋穩(wěn)定 IC。例如在高精度電流源電路中,基極接 100kΩ 泄放電阻,當(dāng) ICEO=10μA(β=100)時(shí),IB=0.1μA,對(duì) IC 的影響可忽略不計(jì),確保電流源輸出穩(wěn)定。貼片封裝 SOT-23 比直插 TO-92 散熱好,PCM 可提升 10%-20%。通信設(shè)備高速開(kāi)關(guān)NPN型晶體三極管直插封裝
在電磁干擾(EMI)嚴(yán)重的環(huán)境(如工業(yè)車間、射頻設(shè)備附近),NPN 型小功率三極管電路需采取抗干擾措施:一是在電源端并聯(lián)去耦電容(0.1μF 陶瓷電容 + 10μF 電解電容),抑制電源噪聲;二是在基極串聯(lián)小電阻(100Ω~1kΩ),限制高頻干擾電流;三是采用屏蔽罩,隔離外部射頻干擾;四是優(yōu)化 PCB 布局,使輸入線與輸出線分開(kāi),避免交叉干擾。例如在汽車電子中的三極管驅(qū)動(dòng)電路,電源端并聯(lián) 0.1μF 陶瓷電容和 47μF 電解電容,基極串聯(lián) 220Ω 電阻,PCB 上輸入回路與輸出回路垂直布局,有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的 EMI 干擾。高可靠性NPN型晶體三極管二極管補(bǔ)償法中,二極管與基極串聯(lián),抵消 VBE 的溫度漂移。
三極管的開(kāi)關(guān)速度由導(dǎo)通時(shí)間(ton)和關(guān)斷時(shí)間(toff)決定,ton 是從 IB 加入到 IC 達(dá)到 90% IC (sat) 的時(shí)間,toff 是從 IB 撤銷到 IC 降至 10% IC (sat) 的時(shí)間,小功率 NPN 管的 ton 和 toff 通常在幾十到幾百 ns。開(kāi)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(huì)出現(xiàn) “開(kāi)關(guān)不完全”,導(dǎo)致 IC 波形拖尾,功耗增大。為加快開(kāi)關(guān)速度,可在基極回路并聯(lián)加速電容,縮短載流子存儲(chǔ)時(shí)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(shì)。若負(fù)載電阻 RL 遠(yuǎn)大于輸出電阻 ro,輸出電壓會(huì)隨 RL 變化,無(wú)法穩(wěn)定;若 RL 過(guò)?。ㄈ缧∮?ro 的 1/10),則會(huì)使 IC 增大,可能超過(guò) ICM。例如射極輸出器 ro=100Ω,驅(qū)動(dòng) LED 時(shí)(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(shí) RL(LED+R)≈15Ω,與 ro 匹配,LED 亮度穩(wěn)定。
NPN 型小功率晶體三極管是電子電路中常用的半導(dǎo)體器件,其 重要結(jié)構(gòu)由三層半導(dǎo)體材料構(gòu)成,分別為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。發(fā)射區(qū)采用高摻雜的 N 型半導(dǎo)體,目的是提高載流子(自由電子)的濃度,便于后續(xù)載流子的發(fā)射;基區(qū)為 P 型半導(dǎo)體,其摻雜濃度低,而且物理厚度極薄,通常有幾微米到幾十微米,這種設(shè)計(jì)能讓發(fā)射區(qū)注入的載流子快速穿過(guò)基區(qū),減少在基區(qū)的復(fù)合損耗;集電區(qū)同樣是 N 型半導(dǎo)體,面積比發(fā)射區(qū)大得多,主要作用是高效收集從基區(qū)過(guò)來(lái)的載流子。三個(gè)區(qū)域分別引出三個(gè)電極,對(duì)應(yīng)發(fā)射極(E)、基極(B)和集電極(C),電極的引出方式和位置會(huì)根據(jù)三極管的封裝形式有所差異,常見(jiàn)的封裝有 TO-92、SOT-23 等,這些封裝既能保護(hù)內(nèi)部半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),又能方便在電路中焊接安裝。PWM 調(diào)光電路中,三極管占空比通常設(shè) 10%-90%,避免閃爍和過(guò)熱。
溫度對(duì) NPN 型小功率三極管參數(shù)影響比較明顯:一是 VBE 隨溫度升高而減小,每升高 1℃,VBE 下降 2-2.5mV,可能導(dǎo)致 IB 增大、IC 漂移;二是 β 隨溫度升高而增大,每升高 10℃,β 增大 10%-20%,加劇 IC 不穩(wěn)定;三是集電極反向飽和電流 ICBO(發(fā)射極開(kāi)路時(shí) CB 反向電流)隨溫度升高呈指數(shù)增長(zhǎng),每升高 10℃,ICBO 翻倍,而 ICEO(基極開(kāi)路時(shí) CE 反向電流)≈(1+β) ICBO,變化更劇烈。例如在高溫環(huán)境(如汽車電子)中,需通過(guò)溫度補(bǔ)償電路(如并聯(lián)二極管)抵消溫度對(duì)參數(shù)的影響。它有三個(gè)極間電容:Cbe、Cbc、Cce,影響高頻性能。工業(yè)領(lǐng)域抗輻射NPN型晶體三極管耐壓100v
LED 驅(qū)動(dòng)中,射極輸出器串聯(lián) 15Ω 電阻,使 RL 與 ro 匹配,亮度穩(wěn)定。通信設(shè)備高速開(kāi)關(guān)NPN型晶體三極管直插封裝
NPN 型小功率三極管的 重要價(jià)值在于電流放大,其原理基于載流子的定向運(yùn)動(dòng)與分配。當(dāng)滿足導(dǎo)通偏置時(shí),發(fā)射區(qū)大量自由電子注入基區(qū),因基區(qū)薄且摻雜少,大部分自由電子(約 95% 以上)未與空穴復(fù)合,被集電結(jié)反向電場(chǎng)拉入集電區(qū),形成集電極電流(IC);少量自由電子(約 5% 以下)與基區(qū)空穴復(fù)合,需基極提供電流補(bǔ)充空穴,形成基極電流(IB)。此時(shí) IC 與 IB 成固定比例,即電流放大系數(shù) β=IC/IB(小功率管 β 通常 20-200),微小的 IB 變化會(huì)引發(fā) IC 大幅變化,例如 IB 從 10μA 增至 20μA,β=100 時(shí),IC 會(huì)從 1mA 增至 2mA,實(shí)現(xiàn)電流放大。通信設(shè)備高速開(kāi)關(guān)NPN型晶體三極管直插封裝
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