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《日科干货》浅谈三极管代换原则

日期: 2018-08-27
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 一、三极管的类型及材料

  初学者首先必须清楚三极管的类型及材料。常用三极管的类型有NPN型与PNP型两种。由于这两类三极管工作时对电压的极性要求不同,所以它们是不能相互代换的。

  三极管的材料有锗材料和硅材料。它们之间最大的差异就是起始电压不一样。锗管PN结的导通电压为0.2V左右,而硅管PN结的导通电压为0.6~0.7V。在放大电路中如果用同类型的锗管代换同类型的硅管,或用同类型的硅管代换同类型的锗管一般是可以的,但都要在基极偏置电压上进行必要的调整,因为它们的起始电压不一样。但在脉冲电路和开关电路中不同材料的三极管是否能互换必须具体分析,不能盲目代换。

  二、三极管的主要参数

  选用三极管需要了解三极管的主要参数。若手中有一本晶体管特性手册最好。三极管的参数很多,根据实践经验,我认为主要了解三极管的四个极限参数:ICM、BVCEO、PCM及fT即可满足95%以上的使用需要。

  1. ICM是集电极最大允许电流。三极管工作时当它的集电极电流超过一定数值时,它的电流放大系数β将下降。为此规定三极管的电流放大系数β变化不超过允许值时的集电极最大电流称为ICM。所以在使用中当集电极电流IC超过ICM时不至于损坏三极管,但会使β值减小,影响电路的工作性能。

  2. BVCEO是三极管基极开路时,集电极-发射极反向击穿电压。如果在使用中加在集电极与发射极之间的电压超过这个数值时,将可能使三极管产生很大的集电极电流,这种现象叫击穿。三极管击穿后会造成永久性损坏或性能下降。

  3. PCM是集电极最大允许耗散功率。三极管在工作时,集电极电流在集电结上会产生热量而使三极管发热。若耗散功率过大,三极管将烧坏。在使用中如果三极管在大于PCM下长时间工作,将会损坏三极管。需要注意的是大功率三极管给出的最大允许耗散功率都是在加有一定规格散热器情况下的参数。使用中一定要注意这一点。

  4. 特征频率fT。随着工作频率的升高,三极管的放大能力将会下降,对应于β=1时的频率fT叫作三极管的特征频率。

  三、一般小功率三极管的选用

  小功率三极管在电子电路中的应用最多。主要用作小信号的放大、控制或振荡器。选用三极管时首先要搞清楚电子电路的工作频率大概是多少。如中波收音机振荡器的最高频率是2MHz左右;而调频收音机的最高振荡频率为120MHz左右;电视机中VHF频段的最高振荡频率为250MHz左右;UHF频段的最高振荡频率接近1000MHz左右。工程设计中一般要求三极管的fT大于3倍的实际工作频率。所以可按照此要求来选择三极管的特征频率fT。由于硅材料高频三极管的fT一般不低于50MHz,所以在音频电子电路中使用这类管子可不考虑fT这个参数。

  小功率三极管BVCEO的选择可以根据电路的电源电压来决定,一般情况下只要三极管的BVCEO大于电路中电源的最高电压即可。当三极管的负载是感性负载时,如变压器、线圈等时BVCEO数值的选择要慎重,感性负载上的感应电压可能达到电源电压的2~8倍(如节能灯中的升压三极管)。一般小功率三极管的BVCEO都不低于15V,所以在无电感元件的低电压电路中也不用考虑这个参数。

  一般小功率三极管的ICM在30~50mA之间,对于小信号电路一般可以不予考虑。但对于驱动继电器及推动大功率音箱的管子要认真计算一下。当然首先要了解继电器的吸合电流是多少毫安,以此来确定三极管的ICM。

  当我们估算了电路中三极管的工作电流(即集电极电流),又知道了三极管集电极到发射极之间的电压后,就可根据P=U×I来计算三极管的集电极最大允许耗散功率PCM。

  国产及国外生产的小功率三极管的型号极多,它们的参数有一部分是相同的,有一部分是不同的。只要你根据以上分析的使用条件,本着“大能代小”的原则(即BVCEO高的三极管可以代替BVCEO低的三极管;ICM大的三极管可以代替ICM小的三极管等),就可对三极管应用自如了。

  四、大功率三极管的选用

  对于大功率三极管,只要不是高频发射电路,我们都不必考虑三极管的特征频率fT。对于三极管的集电极-发射极反向击穿电压BVCEO这个极限参数的考虑与小功率三极管是一样的。对于集电极最大允许电流ICM的选择主要也是根据三极管所带的负载情况而计算的。三极管的集电极最大允许耗散功率PCM是大功率三极管重点考虑的问题,需要注意的是大功率三极管必须有良好的散热器。即使是一只四五十瓦的大功率三极管,在没有散热器时,也只能经受两三瓦的功率耗散。大功率三极管的选择还应留有充分的余量。另外在选择大功率三极管时还要考虑它的安装条件,以决定选择塑封管还是金属封装的管子。

  如果你拿到一只三极管又无法查到它的参数,可以根据它的外形来推测一下它的参数。目前小功率三极管最多见的是TO-92封装的塑封管,也有部分是金属壳封装。它们的PCM一般在100~500mW之间,最大的不超过1W。它们的ICM一般在50~500mA之间,最大的不超过1.5A。而其它参数是不好判断的。


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