貼片三極管基本作用是放大,它可以把微弱的電信号放大到一定強度,當然這種轉換仍然遵循能量守恒,它隻是把電源的能量轉換成信号的能量罷了。
三極管有一個重要參數就是電流放大系數β。當三極管的基極上加一個微小的電流時,在集電極上可以得到一個是注入電流β倍的電流,即集電極電流。并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化,這就是貼片三極管的放大作用。 三極管還可以作電子開關,以及配合其它電子元件還可以構成振蕩器等。
在代換時,必須了解清楚原管子(或要求的管子)的性能(是通用三極管、是開關三極管等)、結構(如達林頓管、帶阻貼片三極管、組合貼片三極管)或有特殊要求(如高反壓、低噪聲等)及—些主要參數然後從手冊(或公司數據手冊)找同一性能、功能、結構及參數相似的進行試驗或代換,另外,要注意的是工作頻率(是MF段、HF段、VHF段或UHF段等)。選用的要滿足工作頻率的要求。
質量檢測方案(a)測量極間電阻。将萬用表置于R×100或R×1K擋,按照紅、黑表筆的六種不同接法進行測試。其中,發射結和集電結的正向電阻值比較低,其他四種接法測得的電阻值都很高,約為幾百千歐至無窮大。但不管是低阻還是高阻,矽材料三極管的極間電阻要比鍺材料三極管的極間電阻大得多。
(b)貼片三極管的穿透電流ICEO的數值近似等于管子的倍數β和集電結的反向電流ICBO的乘積。ICBO随着環境溫度的升高而增長很快,ICBO的增加必然造成ICEO的增大。而ICEO的增大将直接影響管子工作的穩定性,所以在使用中應盡量選用ICEO小的管子。
通過用萬用表電阻直接測量三極管e-c極之間的電阻方法,可間接估計ICEO的大小,具體方法如下:
萬用表電阻的量程一般選用R×100或R×1K擋,對于PNP管,黑表管接e極,紅表筆接c極,對于NPN型三極管,黑表筆接c極,紅表筆接e極。要求測得的電阻越大越好。e-c間的阻值越大,說明管子的ICEO越小;反之,所測阻值越小,說明被測管的ICEO越大。一般說來,中、小功率矽管、鍺材料低頻管,其阻值應分别在幾百千歐、幾十千歐及十幾千歐以上,如果阻值很小或測試時萬用表指針來回晃動,則表明ICEO很大,管子的性能不穩定。
開關電路三極管除了可以當做交流信号放大器之外,也可以做為開關之用。嚴格說起來,三極管與一般的機械接點式開關在動作上并不完全相同,但是它卻具有一些機械式開關所沒有的特點。開關三極管處于飽和導通狀态的特征是發射結,集電結均處于正向偏置。而處于放大狀态的三極管的特征是發射結處于正向偏置,集電結處于反向偏置。這也是可以使用電壓表測試發射結,集電結的電壓值判定三極管工作狀況的原理。開關三極管正是基于三極管的開關特性來工作的。
開關三極管的外形與普通三極管外形相同,它工作于截止區和飽和區,相當于電路的切斷和導通。由于它具有完成斷路和接通的作用,被廣泛應用于各種開關電路中,如常用的開關電源電路、驅動電路、高頻振蕩電路、模數轉換電路、脈沖電路及輸出電路等。 當加在三極管發射結的電壓大于PN結的導通電壓,并且當基極的電流增大到一定程度時,集電極電流不再随着基極電流的增大而增大,而是處于某一定值附近不再怎麼變化,此時三極管失去電流放大作用,集電極和發射極之間的電壓很小,集電極和發射極之間相當于開關的導通狀态,即為三極管的導通狀态。負載電阻被直接跨接于三極管的集電極與電源之間,而位居三極管主電流的回路上,輸入電壓Vin則控制三極管開關的開啟(open)與閉合(closed)動作,當三極管呈開啟狀态時,負載電流便被阻斷,反之,當三極管呈閉合狀态時,電流便可以流通。
分類按極性劃分為兩種:一種是NPN型三極管,是目前最常用的一種,另一種是PNP型三極管。按材料分為兩種:一種是矽三極管,目前是最常用的一種,另一種是鍺三極管,以前這種三極管用的多。三極按工作頻率劃分為兩種:一種是低頻三極管,主要用于工作頻率比較低的地方;另一種是高頻三極管,主要用于工作頻率比較高的地方。按功率分為三種:一種是小功率三極管,它的輸出功率小些;一種是中功率三極管,它的輸出功率大些;另一種是大功率三極管,它的輸出功率可以很大,主要用于大功率輸出場合。按用途分為:放大管和開關管。
用途貼片三極管和插件三極管是一樣的,隻不過是封裝不同而已。貼片更小,省空間和免去人工插件。插件一般是TO-92封裝,而貼片一般是SOT-23封裝。
兩者在放大參數上基本是一樣的。
從功能上講,無論貼片還是插件三級管用途相同:
1.信号放大 (工作在放大區)
2. 開關 (工作在飽和和截止區)
貼片三極管識别與使用貼片式三極管可分為雙極型三極管及場效應管,一般稱為片狀三極管及片狀場效應管。貼片式三極管是由傳統引線式三極管發展過來的,管芯相同、僅封裝不同,并且大部分沿用引線式的原型号。
随着便攜式電子産品的發展,開發出很多新型片狀三極管。例如,過去采用TO-220封裝的功率MOSFET,由于減小了導通電阻(幾毫歐~幾十毫歐),并采用新型散熱良好的結構,現在可用D-PAK封裝、SOT-89封裝或SO-8封裝。為增加安裝密度,進一步減小印制闆尺寸,開發出了帶阻三極管、組合三極管。近年來,通信系統的頻率越來越高,又開發出不少通信專用三極管,如砷化镓微波三極管及功放管等。
本文主要介紹片狀三極管的基本知識、片狀帶阻三極管、片狀組合三極管(複合三極管)、通用片狀場效應管及應用指南。
有關通信用的一些專用三極管将在另文發表。常用的片狀三極管及場效應管的有關參數,封裝及代換将在增刊中刊出,供設計、開發人員及維修人員參考、選用。
基本知識1. 型号識别
我國三極管型号是“3A~3E”開頭、美國是“2N”開頭、日本是“2S”開頭。目前市場上以2S開頭的型号占多數。
歐洲對三極管的命名方法是用A或B開頭(A表示鍺管,B表示矽管),第二部分用C、D或F、L(C——低頻小功率管,F——高頻小功率管、D——低頻大功率管、L——高頻大功率管);用S和U分别表示小功率開關管和大功率開關管;第三部分用三位數表示登記序号。例如,BC817表示矽低頻小功率三極管(fT=200MHz),通用小信号放大三極管。還有一些三極管型号是由生産工廠自己命名的(廠标),是不标準的。例如,摩托羅拉公司生産的三極管是以M開頭的。如在一個封裝内帶有兩個偏置電阻的NPN三極管,其型号為MUN2211T1,相應的PNP三極管為MUN2111T1(型号中T1也是該公司的後綴)。
一些塑封封裝尺寸較大的管子,如D-PAK封裝,由于頂面面積小,往往将日本型号中的2S省略。如2SC2712,打印為C2712;2SA562打印為A562,等等。
2. 型号代碼
片狀三極管封裝尺寸較大的可以打印簡化型号,而尺寸小的封裝,如SOT-23、SC-70等隻能打印型号代碼。例如,摩托羅拉公司生産的SOT-23封裝的三極管BC817-16T1,其型号代碼為A6(型号中16與hFE有關,T1是後綴);SC-59封裝的MUN2211T1代碼為8A;而MUN2111T1的代碼為6A。
這裡要指出的是,型号代碼是生産廠自行設定的,同一種型号由不同工廠生産,其型号代碼也可能不同;即使同一工廠生産,不同封裝的三極管也會有同樣的型号。如上述BC817-16T1及MUN2111T1同為摩托羅拉公司生産,型号不同,封裝不同,但代碼都是A6。這種現象其它公司也存在,使用者要特别注意!
型号與型号代碼的關系目前沒有統一的技術資料可供查閱和對照。目前分析進口電子産品或維修時,很難從型号代碼上判斷是何種型号的三極管,這是一個難點。
3. 封裝代号與尺寸
同一種封裝有不同的封裝代号。如SOT-89就有SC-62、MPT、MP4等代号。表1列出常用的三極管封裝代号及其尺寸。
從器件的封裝尺寸可以了解三極管的功率大小。如比SOT-23封裝尺寸小的三極管都是小功率管,IC<800mA,SOT-89~SOT-223封裝的是中功率管,IC在1~3A範圍,功率可達2W左右;D-PAK及D2PAK封裝的三極管功率更大。一般片狀三極管很少有大功率管。
片狀三極管中有4~6引腳的,其中4引腳的有一些是砷化镓超高頻三極管、微波三極管或雙栅場效應管,而5~6引腳的是組合三極管。
4. 片狀三極管的焊盤尺寸
這部分可參看上期貼片式二極管表4中的有關内容。
5. 片狀三極管的管腳排列
各種不同封裝的管腳排列如圖1所示。圖中分别注出e、b、c或D、G、S三個極的位置。
貼片三極管如何選購貼片三極管應用中有幾個主要問題:其一是過去習慣使用通孔裝配式三極管,如何找對應的片狀三極管;其二是從參數電路上找到的三極管型号市場上卻無法購得、如何代換。這也往往是設計、開發人員及維修人員在應用中較大的難題。造成這兩個難題的原因是同一種管芯做成不同封裝的器件時,其型号不同。
例如,一種以TO—92封裝的小功率三極管。其型号為2SC1815,然而用同一管芯采用SOT—23封裝時。其型号變成2SC2712;而采用SO-70封裝時。型号又變成2SC4732。根據這一現實,在選用或代換時、應根據三極管的基本參數要求,在晶體管手冊上尋找出參數基本相同。并且封裝符合要求的三極管。
這裡以常用TO一92封裝的9012、9013為例來說,先找出9012、9013主要參數。
(1)9012為PNP管、Vceo為30V、Ic為500mA、Pcm為625mW。 (2)9013是NPN管、Vceo為30V、Ic為500mA、Pcm為625mW。
在晶體管手冊上可找SOT-23封裝的三極管。其參數差不多的型号如表所示。在表中,Pcm這—項明顯小于9012或9013.這是片狀SOT—23的散熱面積小所緻、如果實際使用時Pcm要求不大。則可通過實驗,看是否滿足電路要求,若通過各種試驗(如高、低溫試驗)能滿足要求方可大量使用!
類型型号Vceo(V)Ic(mA)Pcm(mW)。
(1)NPN2SC28593050015
(2)NPN2SD5962570020
(3)PNP2SB6242570020
(4)PNP8C8074550031
在代換時,必須了解清楚原管子(或要求的管子)的性能(是通用三極管、是開關三極管等)、結構(如達林頓管、帶阻三極管、組合三極管)或有特殊要求(如高反壓、低噪聲等)及—些主要參數然後從手冊(或公司數據手冊)找同一性能、功能、結構及參數相似的進行試驗或代換,另外,要注意的是工作頻率(是MF段、HF段、VHF段或UHF段等)。選用的f要滿足工作頻率的要求。
這裡必須指出,目前的各種三極管品種成千上萬。這裡僅僅是舉幾個例子而己。重要的是要收集各大半導體器件廠的資料。它不僅有參數、封裝,還有型号代碼,這給選用、代換提供了極大的方便。
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