NPN 型小功率三極管的 重要價值在于電流放大,其原理基于載流子的定向運動與分配。當滿足導通偏置時,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)未與空穴復合,被集電結(jié)反向電場拉入集電區(qū),形成集電極電流(IC);少量自由電子(約 5% 以下)與基區(qū)空穴復合,需基極提供電流補充空穴,形成基極電流(IB)。此時 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 變化會引發(fā) IC 大幅變化,例如 IB 從 10μA 增至 20μA,β=100 時,IC 會從 1mA 增至 2mA,實現(xiàn)電流放大。RC 振蕩調(diào)試時,VCE≈VCC/2,才能滿足起振的放大條件。定制需求通用型NPN型晶體三極管耐壓100v

利用 NPN 型小功率三極管可制作簡易測試電路,如電池電量檢測器:三極管基極通過電阻接電池正極,發(fā)射極接 LED,集電極接地,當電池電壓高于閾值(VB=VBE+VLED≈0.7+2=2.7V)時,IB>0,三極管導通,LED 點亮;當電壓低于 2.7V 時,IB=0,LED 熄滅。例如檢測 1.5V 干電池,基極電阻 RB=(1.5-0.7)/10μA=80kΩ,當電池電壓≥0.7V 時,LED 點亮,直觀判斷電池是否有電。此外,還可制作 continuity 測試儀,通過三極管放大電流,使蜂鳴器發(fā)聲,檢測電路通斷。華南地區(qū)低噪聲NPN型晶體三極管直插封裝硅管禁帶寬度約 1.1eV,常溫下 ICBO 通常小于 10nA,漏電流小。

NPN 型小功率晶體三極管的輸出特性曲線是以基極電流(IB)為參變量,描述集電極電流(IC)與集電極 - 發(fā)射極電壓(VCE)之間關(guān)系的一族曲線。輸出特性曲線通常分為三個區(qū)域:截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)是指 IB=0 時的區(qū)域,此時 IC 很小,近似為零,三極管相當于開路,一般當 VBE 小于死區(qū)電壓時,三極管工作在截止區(qū);放大區(qū)的特點是 IC 基本不隨 VCE 的變化而變化,與 IB 成正比,即 IC=βIB,此時三極管具有穩(wěn)定的電流放大能力,是放大電路中三極管的主要工作區(qū)域,在該區(qū)域內(nèi),發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置;飽和區(qū)是指當 VCE 較小時,IC 不再隨 IB 的增大而線性增大,此時 IC 達到飽和值(ICS),三極管相當于短路,飽和時的 VCE 稱為飽和壓降(VCE (sat)),小功率 NPN 型三極管的 VCE (sat) 通常在 0.1-0.3V 之間,飽和區(qū)常用于開關(guān)電路中,實現(xiàn)電路的導通與關(guān)斷。
LC 振蕩電路的頻率穩(wěn)定性由 LC 諧振回路的 Q 值決定,Q 值越高,頻率穩(wěn)定性越好。小功率 NPN 管的極間電容(尤其是 Cbc)會影響 LC 回路的等效電容,導致頻率漂移,解決方法是選擇 Cbc 小的高頻三極管(如 2SC3355),并在三極管與 LC 回路間加入隔離電路(如共基電路),減少極間電容對回路的影響。此外,采用溫度系數(shù)小的電容(如云母電容)和電感(如密封電感),可進一步降低溫度變化對頻率的影響。例如在 27MHz 的無線話筒振蕩電路中,用 Cbc=1.5pF 的 2SC3355 管,配合云母電容(溫度系數(shù) ±50ppm/℃),頻率漂移可控制在 ±1kHz 以內(nèi)。低頻管如 9014,fT 約 150MHz;高頻管如 S9018,fT 可達 1GHz 以上。

三極管的開關(guān)速度由導通時間(ton)和關(guān)斷時間(toff)決定,ton 是從 IB 加入到 IC 達到 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),需與低阻抗負載匹配才能發(fā)揮帶負載優(yōu)勢。若負載電阻 RL 遠大于輸出電阻 ro,輸出電壓會隨 RL 變化,無法穩(wěn)定;若 RL 過小(如小于 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。PWM 調(diào)光電路中,三極管占空比通常設(shè) 10%-90%,避免閃爍和過熱??馆椛銷PN型晶體三極管廠家直銷
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脈沖電路需輸出高低電平交替的脈沖信號,NPN 型小功率三極管通過快速切換截止與飽和狀態(tài)實現(xiàn)該功能。例如在矩形波發(fā)生器中,三極管與 RC 充放電電路配合:RC 充電時,VB 上升,IB 增大,三極管飽和,輸出低電平;RC 放電時,VB 下降,IB 減小,三極管截止,輸出高電平,通過調(diào)整 RC 參數(shù)控制脈沖周期(T≈1.4RC)。此外,在脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路中,三極管根據(jù)輸入的 PWM 信號導通 / 截止,控制負載(如電機、LED)的平均電壓 / 電流,實現(xiàn)調(diào)速、調(diào)光功能,例如 LED 調(diào)光電路中,PWM 占空比從 10% 增至 90%,LED 亮度隨之提升。定制需求通用型NPN型晶體三極管耐壓100v
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