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        BJT的基本工作原理和主要參數

        CHANBAEK ? 來源:電子雜貨鋪 ? 作者:小明砸 ? 2023-01-17 11:50 ? 次閱讀

        節我們知道PN結半導體具有單相導電的性能,但是由PN結構成的各種二極管(Diode)器件的單相導電性是沒辦法進行主動控制的,因此這類器件也稱為被動器件。與其對應的是能夠被主動控制通斷的器件,這類器件也可以稱為主動器件。這種主動器件一般我們統稱為晶體管(Tansistor),晶體管可以分為以下三類:流控器件BJTs,壓控器件FETs,混合結構IGBTs。

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        圖1 晶體管的分類(來源:TOSHIBA Semiconductor)

        本文主要分析BJT(Bipolar Junction Transistors),也就是我們俗稱的“三級管”器件的基本工作原理和主要參數。

        1、NPN和PNP

        我們剛剛接觸三極管器件,肯定會有人告訴你三極管有兩種:NPN和PNP,那么我們就從這里講起。如下圖1.1所示,左邊為NPN三極管結構,右邊為PNP三極管結構。通過在NPN三極管基極(Base)加上一個正電流,就能控制三極管導通形成導通電流Ic;通過在NPN三極管基極(Base)加上一個負電流,就能控制三極管導通形成導通電流-Ic。利用這個性質,作為開關管的三極管,NPN常用在低邊驅動,PNP常用在高邊驅動。感興趣,關注我,我們后續再對三極管的應用電路進行探討。

        從結構圖上看,三極管的結構很簡單:N-P-N堆疊和P-N-P堆疊。那么,是不是可以將三極管,看作是兩個“背靠背”或者“面對面”的二極管呢?有不少教材或者文章是告訴你可以這樣看!但是我是不推薦的,這樣看是沒辦法看到三極管背后運行的機理的,反而很容易誤入歧途!

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        圖1.1 NPN 和 PNP結構

        2、BJT的工作機理

        在進行三極管工作機理分析之前,我們先看下圖2.1,從圖中我們可以看出三極管并不是簡單的“二極管拼接”。其結構和載流子摻雜是經過有意的設計的,主要的特點為:發射極摻雜濃度高,基區薄,集電極面積大?;谶@樣的結構,一場“當空接龍”就這么開始了。

        Base-Emitter 加上正向電壓,使得發射結正偏,耗盡層(發射結)變薄,發射區的載流子(電子)擴散能力增強,大量的電子進入基區

        基區的特點是很薄,能提供的空穴數量非常少,電子進入基區后,很少一部分電子和空穴進行復合,形成復合電流Ib

        大量的電子堆積在基區,很容易進入到集電結的內電場范圍內,一旦電子進入集電結的內電場,電子就會在電場的作用下漂移到集電結

        到達集電結的電子擁有足夠大的空間(低摻雜,大面積)進行自由移動,很難再回頭穿過內電場擴散到基區,因此絕大部分的發射極電子穿過基區進入集電極

        稍微總結下:發射極電流Ie主要為擴散電流,基極電流Ib為復合電流,集電極電流Ic為漂移電流。并且根據KCL可以得到Ie=Ib+Ic。

        我們在分析半導體器件的過程中,一定要牢牢把握各部分載流子狀態是“漂移”還是“擴散”。這是我們分析半導體器件特性的基礎。

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        圖2.1 NPN 結構和載流子分布

        3、從放大到飽和

        在應用電路中,三極管最常見的是作為“開關”進行使用,但是我們課本往往都是從如何使用三極管進行信號放大開始講起的。這里不贅述課本上關于放大電路應用的分析,僅僅從機理層面看看三極管的工作狀態是怎么變化的?

        談到三極管的放大作用,那么肯定很熟悉一個前提:“發射結正偏,集電結反偏”。前半句很好理解,發射結正偏了,發射極才能向基區發射多數載流子,這是驅動三極管導通的激勵源(Source)。那我們思考一下,如果集電結“零偏或者正偏”,會發生什么情況呢?如圖3.1,將三極管的BE 短路,那么三極管等效于一個二極管,輸出的電流將受到外部電路條件的影響,基極電壓將失去對三極管的控制。

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        圖3.1 三極管集電結“零偏”

        以NPN為例,想象一下,如果我們保持三極管的C極開路,那么Ic電流必然等于0。大量的電子堆積在基區,無法進入集電極,從而無法形成集電極電流。

        我們再回到“發射結正偏,集電結反偏”的狀態,此時聚集在基區的電子將在反偏電場的作用下全部漂移到集電極。如果此時,不斷增加Ib電流,更多的電子往基區遷移,集電結的空間電荷區不斷被壓縮,直到達到Ic的上限(受外部電路限制),基區進入“飽和狀態”。需要注意的是,此時電流由集電極向基極導通,等效的二極管應該是反極性的,這也是我為什么不推薦用二極管模型分析三極管問題的原因之一。

        由于集電結和發射結摻雜濃度的不同,電流形成的機理也不一樣,所以PN結的管壓降也不一樣。如圖3.2所示,SS8050三極管的飽和特性參數,Vcesat=Vcbsat+Vbesat,可以看出Vce的飽和電壓要比Vbe的飽和電壓低不少,所以Vcb的電壓應該為負!換句話說,集電結是一個反向導通的二極管,但是擁有正向的管壓降!

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        圖3.2 SS8050 三極管規格

        而在功率半導體中,我們常常分析的是器件的“退飽和”過程,這個過程剛好和以上的分析過程相反??梢詤⒖枷旅骀溄?,看一看IGBT“退飽和”過程是如何發生的:IGBT 直通短路過程問題分析

        4、通用三級管的參數

        三極管作為最常用的半導體開關器件,應用十分廣泛。在電路設計過程中我們需要對這些參數進行精確的分析,確保三極管工作在一個“舒服”的狀態下工作。以一個三極管開關電路作為例子,看看如何考慮三極管參數對電路的影響。

        4.1電壓參數

        三極管SS8050電壓有三個參數:VCBO,VCEO,VEBO,可以看出這里最脆弱的是VEB0,也就是發射結的反向電壓。因此如果出現反向電壓的情況下可以使用一些適當的鉗位電路進行負壓的鉗位,鉗位二極管可以放置在BE之間鉗位,也可以放置在CE之間進行反向鉗位。

        對于開關電路如圖4.1右,VCC應該不超過VCEO的80%,也就是20V。

        4.2電流參數

        對于開關三極管,負載電流受外部電路條件限制,Ic=(Vcc-Vcesat)/Rc,該電流不應該超過極值電流的一半,也就是1.5/2=0.75A。

        如果我們將Ic電流設置為0.75A,那么此時需要考慮Ib電流不能太小,Ib=(Vbb-Vbesat)/Rb。要求電路在最小的DC Gain情況下也能夠保證進入飽和狀態,也就是hfe=40,Ib>0.75A/40=18mA。

        4.3損耗參數

        考慮到三極管的散熱,Pd=Vcesat*Ic=0.5V*0.75A=0.375W,發現該功率超出了三極管的散熱能力,同時根據熱阻計算得到溫升為:0.375W*417C/W=156C,嚴重超出了半導體的驅動能力,需要重新進行計算!

        現在我們將電流下降10倍,也就是75mA,由計算可以得到Ib>1.8mA,功率損耗為0.0375W,溫升為0.0375W*417C/W=15.6C,假設環境溫度最高為85C,那么三極管的結溫Tj=85C+15.6C=100.6C,距離規格書的150C結溫限值還有50C的余量,滿足要求。

        從以上的計算中我們也可以看出SS8050 僅擁有信號電路的負載驅動能力,無法作為功率開關進行使用!

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        圖4.1 SS8050 三極管規格

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          鏡頭的選擇主要參數

          鏡頭的選擇主要參數
          發表于 09-14 17:26 ?2次下載

          bjt-model參數解釋

          主要講解bjt參數
          發表于 09-12 14:16 ?21次下載

          解讀貼片電感主要參數的含義

          電路是由電線電子元器件組成的,不同的線路所需求的貼片電感的參數都不盡相同,貼片電感的主要參數有電感量、允許偏差、分布電容、額定電流及品質因數等。
          發表于 01-16 11:29 ?2830次閱讀

          三極管工作原理主要參數詳解

          三極管(全稱:半導體三極管,也稱雙極型晶體管、晶體三極管),是一種控制電流的半導體器件其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號, 也用作無觸點開關。介紹三極管的工作原理以及主要參數。
          發表于 01-11 15:17 ?1.3w次閱讀
          三極管<b>工作原理</b>及<b>主要參數</b>詳解

          繼電器主要參數的簡易檢測

          繼電器主要參數的簡易檢測,感興趣的小伙伴們可以看一看。
          發表于 08-22 17:11 ?10次下載

          晶體二極管的主要參數

          晶體二極管的主要參數,感興趣的小伙伴們可以看看。
          發表于 08-22 17:06 ?8次下載

          產品電阻、電感、電容、MOSFET主要參數分析

          值。若工作電流超過額定電流,則電感器就會因發熱而使性能參數發生改變,甚至還會因過流而燒毀。電容的主要特性參數電容的主要參數有電容容值,允許誤差,額定工作電壓,溫度系數等1、容量與誤差:實際電容量標稱
          發表于 05-23 11:40

          半導體激光器工作原理主要參數

          ?! “雽w激光器主要參數:  波長nm:激光器工作波長,例如405nm、532nm、635nm、650nm、670nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm?! ¢撝惦娏鱅th
          發表于 01-14 15:34

          幫忙解釋聲控部分的BJT放大電路的工作原理

          左邊的駐極體麥克風還有后邊跟著的BJT放大電路的工作原理是什么樣的,這個控制電路的設計本身是沒問題的,但是我制作的實物PCB裝配好后出現問題,就是在沒有聲信號輸入,也沒有磁信號光信號輸入時,電機
          發表于 07-05 01:13

          幫忙解釋下聲控部分的BJT放大電路的工作原理

          左邊的駐極體麥克風還有后邊跟著的BJT放大電路的工作原理是什么樣的,這個控制電路的設計本身是沒問題的,但是我制作的實物PCB裝配好后出現問題,就是在沒有聲信號輸入,也沒有磁信號光信號輸入時,電機
          發表于 07-05 01:09

          石英晶振主要參數詳解

          石英晶振主要參數詳解
          發表于 09-14 19:36

          MOS管主要參數

          MOS管主要參數MOS管主要參數:1.開啟電壓VT  ·開啟電壓(又稱閾值電壓):使得源極S漏極D之間開始形成導電溝道所需的柵極電壓;  ·標準的N溝道MOS管,VT約為3~6V;  ·通過工藝上
          發表于 08-15 21:08

          BJT的開關工作原理

          ≈ VCC,對應于下圖中的A點。這時集電極回路中的c、e極之間近似于開路,相當于開關斷開一樣。BJT的這種工作狀態稱為截止。當發射結集電結均為正向偏置(VBE>0,VBC>0)時,調節RB,使IB
          發表于 08-13 12:50

          光敏電阻的工作原理主要參數

          的電流隨光照增大而增大。2.光敏電阻的主要參數:光敏電阻的主要參數有亮電阻,暗電阻,光電特性 光譜特性,頻率特性,溫度特性。在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓,其中便有電流通過,受到適當波長的光線照射時,電流就會隨光強的增加而變大,從而實現光電轉換。
          發表于 06-01 13:43

          MOSFET主要參數及特性

          主要介紹 mosfet 的主要參數,通過此參數來理解設計時候的考量
          發表于 04-07 16:47 ?156次下載

          常用音響互補對管主要參數

          本內容詳細介紹126種常用音響互補對管主要參數 包括型號、 結型、外形、耐壓、電流、功率
          發表于 02-18 16:57 ?210次下載
          常用音響互補對管<b>主要參數</b>

          LED主要參數與特性

          LED主要參數與特性&nbsp;LED具備pn結結型器件的電學特性:I-V特性、C-V特性光學特性:光譜響應特性、發光光強指向特性、時間特性以及熱學特性。它是利用化合物材料制成pn結的光電器件。&nbsp;
          發表于 04-22 16:58

          濾波器的主要參數

          濾波器的主要參數 濾波器的主要參數(Definitions) 中心頻率(Center Frequency): 濾波器通帶的中心頻率f 0 ,一般取f 0 =(f 1 +f 2 )/2,f 1 、f 2 為帶通或帶阻濾波器左、右
          發表于 04-08 17:02 ?3554次閱讀
          濾波器的<b>主要參數</b>

          TTL與非門的電壓傳輸特性主要參數

          TTL與非門的電壓傳輸特性主要參數 1.電壓傳輸特性曲線 與非門的電壓傳輸特性曲線是指與非門的輸出電壓與輸入電壓之間的對應關系曲線
          發表于 03-08 11:46 ?2.5w次閱讀

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          三極管的主要參數及極性判斷 Z304三極管的主要參數及極性判別  1. 常用小功率三極管的主要參數  常用小功率三極管的
          發表于 03-05 16:56 ?1.1w次閱讀

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          電力晶體管的基本特性主要參數有哪些? 電力晶體管-基本特性 1)靜態特性
          發表于 03-05 13:37 ?2732次閱讀

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          固態繼電器的主要參數特點有哪些? 主要參數 功率固態繼電器的特性 參數包括輸入輸出參數,下面以北京科通繼電
          發表于 03-02 10:03 ?1180次閱讀

          LED 光源工作原理

          LED 光源工作原理 LED 光源工作主要參數是VF、IF,其它相關的是顏色/色溫/波長/亮度/發光角度/效率/功耗等。LED 是一個P-N 結二極
          發表于 03-01 09:17 ?3496次閱讀
          LED 光源<b>工作原理</b>

          雙向觸發二極管工作原理主要參數有哪些?

          雙向觸發二極管工作原理主要參數有哪些?
          發表于 02-26 14:54 ?1.4w次閱讀

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          晶體二極管的主要參數 要合理地使用二極管,必須掌握他的主要參數,因為參數是反應質量特性的。 最
          發表于 01-14 16:17 ?1990次閱讀

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          CD-ROM的主要參數 一、 光驅速度通常我們是以多少倍速來描
          發表于 12-25 17:10 ?4514次閱讀

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          電感線圈主要參數 電感(電感線圈)是用絕緣導線(例如漆包線、紗包線等)繞制而成的電磁感應元件,
          發表于 12-14 11:46 ?7135次閱讀

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          晶閘管的主要參數:   為了正確選用晶閘管元
          發表于 12-10 14:15 ?1763次閱讀

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          小型直流繼電器主要參數   小型直流電磁繼電器的主要參數有:   1一線圈直流電阻,指用萬用表測出
          發表于 12-08 10:17 ?3751次閱讀

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          繼電器的主要參數技術要求   1.機械物理參數要求:     保證產品的使用安裝尺寸、重量
          發表于 12-08 10:01 ?1693次閱讀

          力敏電阻主要參數有哪些?

          力敏電阻主要參數有哪些? 力敏電阻器的主要參數有溫度系數、靈敏度系數、靈敏度溫度系數溫度零點漂移。    ①溫度系數:力敏電阻
          發表于 12-04 13:57 ?3271次閱讀

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          壓敏電阻器的主要參數有哪些? 壓敏電阻器的主要參數壓敏電阻器的主要參數有標稱電壓、電壓比、最大控制電壓、殘壓比、通流容量、漏電流、電壓溫度系數
          發表于 11-27 12:06 ?7329次閱讀

          電阻電容的主要參數

          電阻電容的主要參數  1) 標稱阻值允許誤差:   2) 額定功率:   3) 最高工
          發表于 11-16 10:35 ?2495次閱讀

          晶體管主要參數

          晶體管主要參數 晶體管的主要參數有電流放大系數、耗散功率、頻率特性、集電極最大電流、最大反向電壓、反向電流等。  
          發表于 11-05 10:50 ?9275次閱讀

          光敏電阻器的主要參數

          光敏電阻器的主要參數 光敏電阻器的主要參數有亮電阻(RL)、暗電阻(RD)、最高工作電壓(VM)、亮電流(IL)、暗電流(ID)、時間常數、溫度系數靈敏度等。
          發表于 10-01 11:45 ?1751次閱讀

          部分傳聲器的主要參數

          部分傳聲器的主要參數 一些動圈式傳聲器的主要參數見表12-19 。 一些
          發表于 09-19 16:48 ?864次閱讀

          傳聲器的主要參數

          傳聲器的主要參數 傳聲器的主要參數有靈敏度、頻率響應、輸出阻抗、指向性固有噪聲等。 1. 靈敏度傳聲器的靈敏度是指傳聲器在一定聲壓作用下
          發表于 09-19 16:48 ?3197次閱讀

          555時基電路的主要參數

          555時基電路的主要參數 為了能正確使用555 時基電路,應對它的主要參數有所了解。TTL 型CMOS 型555 時基電路在特性參數上是有差別的,為此在表18-35 中將它們的主要參數
          發表于 09-19 16:23 ?2113次閱讀

          FET的主要參數及特點

          FET的主要參數  FET的特點與雙極型晶體三極管相比,場效應
          發表于 09-16 09:51 ?3974次閱讀

          電源變壓器的主要參數

          電源變壓器的主要參數 1.額定電壓額定電壓分初級額定電壓次級額定電壓。初級額定電壓是指變壓器在額定工作條件下,根據變壓器絕緣強度與溫升所規定的初級
          發表于 08-22 15:00 ?2134次閱讀

          集成運算放大器主要參數及理想模型分析詳解

          集成運算放大器主要參數及理想模型分析詳解 正確使用集成運算放大器必須了解影響其工作性能的主要參數,其中輸入誤差信號
          發表于 05-19 21:27 ?2811次閱讀
          集成運算放大器<b>主要參數</b>及理想模型分析詳解

          影響集成運放輸入誤差信號的主要參數分析

          【摘 要】正確使用集成運算放大器必須了解影響其工作性能的主要參數,其中輸入誤差信號是影響運放工作性能的重要參數之一。本文主要研究引起集成運放輸入誤差信號的主要
          發表于 05-19 21:27 ?1814次閱讀
          影響集成運放輸入誤差信號的<b>主要參數</b>分析

          晶閘管的主要參數

          晶閘管的主要參數 1.電壓額定1) 斷態重復峰值電壓UDRM—— 在門極斷路而結溫為額定值時,允許重復  &
          發表于 04-14 22:00 ?8386次閱讀
          晶閘管的<b>主要參數</b>

          MOS管主要參數

          MOS管主要參數: 1.開啟電壓VT  ·開啟電壓(又稱閾值電壓):使得源極S漏極D之間開始形成導電溝道所需的柵極電壓;  ·標準
          發表于 04-06 23:26 ?2.7w次閱讀

          電阻/電阻器的主要參數

          電阻/電阻器的主要參數在電阻器的使用中,必需正確應用電阻器的參數。電阻器的性能參數包括標稱阻值及允許偏差、額定功率、極限工作
          發表于 03-19 15:20 ?2.4w次閱讀
          電阻/電阻器的<b>主要參數</b>

          穩壓二極管主要參數

          穩壓二極管主要參數 (1) 穩定電壓UZ在規定的穩壓管反向工作電流IZ下,所對應的反向工作電壓。(2) 動態電阻rZrZ =UZ /IZ
          發表于 07-14 13:58 ?5962次閱讀

          場效應管的主要參數特點

          一:場效應管的主要參數(1)
          發表于 05-23 10:03 ?6617次閱讀
          場效應管的<b>主要參數</b><b>和</b>特點

          幾種功率熱敏電阻主要參數

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          發表于 07-16 23:12 ?1314次閱讀
          幾種功率熱敏電阻<b>主要參數</b>

          變壓器基本原理、分類主要參數

          變壓器基本原理、分類主要參數
          發表于 06-30 19:28 ?894次閱讀

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