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。FM 收音機(jī)中頻放大用 fT≥100MHz 的管,如 2SC1815,避免放大不足。西南地區(qū)高速開關(guān)NPN型晶體三極管貼片SOT-23

要使 NPN 型小功率晶體三極管正常工作,必須滿足特定的偏置條件,即發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。發(fā)射結(jié)正向偏置是指在基極和發(fā)射極之間施加正向電壓,對(duì)于硅材料的三極管,這個(gè)正向電壓通常在 0.6-0.7V 左右,此時(shí)發(fā)射區(qū)的自由電子在正向電場(chǎng)的作用下,會(huì)大量越過發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū);集電結(jié)反向偏置則是在基極和集電極之間施加反向電壓,該電壓值通常比發(fā)射結(jié)正向電壓大得多,反向電場(chǎng)會(huì)阻止基區(qū)的空穴向集電區(qū)移動(dòng),同時(shí)能將基區(qū)中未與空穴復(fù)合的自由電子 “拉” 向集電區(qū)。當(dāng)滿足這兩個(gè)偏置條件時(shí),三極管內(nèi)部會(huì)形成較大的集電極電流,且集電極電流會(huì)隨著基極電流的微小變化而發(fā)生明顯變化,從而實(shí)現(xiàn)電流放大功能。定制需求低噪聲NPN型晶體三極管機(jī)構(gòu)認(rèn)證它有三個(gè)極間電容:Cbe、Cbc、Cce,影響高頻性能。

共集放大電路(射極輸出器)以集電極接地,輸入信號(hào)加在 BC 間,輸出信號(hào)從 BE 間取出。NPN 型小功率管在該電路中工作在放大區(qū), 重要特點(diǎn)是電壓放大倍數(shù)≈1(Av<1),輸出與輸入同相(無反相),輸入電阻高(ri≈βRL,RL 為負(fù)載電阻)、輸出電阻低(ro≈ri/β)。雖無電壓放大能力,但帶負(fù)載能力強(qiáng),常用于多級(jí)放大電路的輸入級(jí)、輸出級(jí)或隔離級(jí)。例如在傳感器信號(hào)采集電路時(shí),共集電路作為輸入級(jí),高輸入電阻可減少對(duì)傳感器輸出信號(hào)的衰減;在 LED 驅(qū)動(dòng)電路中,作為輸出級(jí),低輸出電阻可穩(wěn)定 LED 工作電流。
NPN 型小功率晶體三極管的 重要半導(dǎo)體材料多為硅,少數(shù)特殊場(chǎng)景用鍺。硅材料的優(yōu)勢(shì)在于禁帶寬度約 1.1eV,常溫下反向漏電流遠(yuǎn)小于鍺管,穩(wěn)定性更強(qiáng),這也是硅管成為主流的關(guān)鍵原因。例如常用的 901 系列、8050 系列均為硅管,在 25℃環(huán)境下,ICBO(集電極 - 基極反向飽和電流)通常小于 10nA;而鍺管 ICBO 可達(dá)數(shù) μA,在對(duì)成本極端敏感且工作電流極小的簡(jiǎn)易電路(如老式礦石收音機(jī))中應(yīng)用。此外,硅管的溫度耐受范圍更廣(-55℃~150℃),能適配多數(shù)民用電子設(shè)備的工作環(huán)境,鍺管則因溫度穩(wěn)定性差,逐漸被硅管取代。LC 振蕩電路頻率穩(wěn)定性靠 LC 回路 Q 值,Q 值高則穩(wěn)定性好。

在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中,選擇合適的 NPN 型小功率晶體三極管需要綜合考慮多方面因素,確保所選三極管能夠滿足電路的性能要求。首先,根據(jù)電路的工作電流確定集電極最大允許電流 ICM,必須保證電路中集電極的最大工作電流小于 ICM;其次,根據(jù)電路的工作電壓確定反向擊穿電壓,特別是集電極 - 發(fā)射極反向擊穿電壓 V (BR) CEO,要確保電路中的電源電壓和動(dòng)態(tài)電壓峰值不超過 V (BR) CEO;然后,根據(jù)電路的功耗要求確定集電極最大允許功耗 PCM,通過計(jì)算三極管的實(shí)際功耗(PC=IC×VCE),確保 PC 小于 PCM,必要時(shí)可考慮加裝散熱片;另外,根據(jù)電路的放大需求選擇合適的電流放大系數(shù) β,對(duì)于放大電路,需要選擇 β 值5V 繼電器驅(qū)動(dòng),基極電阻選 4.3kΩ,確保 IB=1mA,滿足驅(qū)動(dòng)需求。科研領(lǐng)域高頻NPN型晶體三極管放大倍數(shù)200-300
硅管禁帶寬度約 1.1eV,常溫下 ICBO 通常小于 10nA,漏電流小。西南地區(qū)高速開關(guān)NPN型晶體三極管貼片SOT-23
隨著電子技術(shù)發(fā)展,NPN 型小功率三極管向微型化、高集成化、低功耗方向發(fā)展,如 SOT-23 封裝進(jìn)一步小型化為 SOT-323,功耗從幾百毫瓦降至幾十毫瓦。同時(shí),部分場(chǎng)景下被替代:一是集成電路替代,如放大電路用運(yùn)算放大器(如 LM358)替代分立三極管,簡(jiǎn)化設(shè)計(jì);二是 MOS 管替代,MOS 管(如 N 溝道增強(qiáng)型 MOS 管 IRLML2502)在開關(guān)電路中更具優(yōu)勢(shì),導(dǎo)通電阻小、驅(qū)動(dòng)電流低,適合低功耗場(chǎng)景;三是 GaN(氮化鎵)器件替代,在高頻、高壓場(chǎng)景(如快充電路)中,GaN 器件效率更高、散熱更好。但在簡(jiǎn)單電路(如 LED 驅(qū)動(dòng)、繼電器控制)中,NPN 型小功率三極管因成本低、易用性強(qiáng),仍將長期應(yīng)用。?西南地區(qū)高速開關(guān)NPN型晶體三極管貼片SOT-23
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