要让 NPN 型小功率三极管实现放大或开关功能,需满足特定偏置:发射结正向偏置、集电结反向偏置。发射结正向偏置指基极电压(VB)高于发射极电压(VE),硅管正向压降约 0.6-0.7V,此时发射区自由电子在电场作用下越过发射结进入基区;集电结反向偏置指集电极电压(VC)高于基极电压(VB),反向电场阻止基区空穴向集电区移动,同时 “牵引” 基区未复合的自由电子进入集电区。若偏置条件不满足,如发射结反偏,三极管会进入截止状态;若集电结正偏,则可能进入饱和状态,无法实现正常放大。用 hFE 档估测 β,β<10 或无显示,说明放大能力失效。航空航天高可靠性NPN型晶体三极管散热片设计
PN 型小功率晶体三极管的输入特性曲线直接影响电路静态工作点的设置。该曲线以集电极 - 发射极电压 VCE 为固定参量(通常需满足 VCE≥1V,消除 VCE 对曲线的影响),描述基极电流 IB 与基极 - 发射极电压 VBE 之间的关系,其形态与二极管正向伏安特性高度相似,存在明显的 “死区” 与 “导通区” 划分。对于硅材料三极管,当 VBE<0.5V 时,发射结未充分导通,IB 近似为 0,三极管处于截止状态,此为死区;当 VBE 突破 0.5V 死区电压后,IB 随 VBE 的增大呈指数级快速上升,且在正常工作范围内,VBE 会稳定在 0.6-0.7V 的狭窄区间,这一特性成为电路设计的关键依据。例如在共射放大电路中,设计师需利用这一稳定区间,通过基极偏置电阻(如分压式偏置中的 RB1、RB2)精确控制 VBE,将 IB 锁定在合适数值,确保静态工作点落在放大区中心。航空航天高可靠性NPN型晶体三极管散热片设计基极串 100Ω-1kΩ 电阻,能限制高频干扰电流,提升抗干扰性。
脉冲电路需输出高低电平交替的脉冲信号,NPN 型小功率三极管通过快速切换截止与饱和状态实现该功能。例如在矩形波发生器中,三极管与 RC 充放电电路配合:RC 充电时,VB 上升,IB 增大,三极管饱和,输出低电平;RC 放电时,VB 下降,IB 减小,三极管截止,输出高电平,通过调整 RC 参数控制脉冲周期(T≈1.4RC)。此外,在脉冲宽度调制(PWM)电路中,三极管根据输入的 PWM 信号导通 / 截止,控制负载(如电机、LED)的平均电压 / 电流,实现调速、调光功能,例如 LED 调光电路中,PWM 占空比从 10% 增至 90%,LED 亮度随之提升。
常见故障有:一是三极管烧毁,多因 IC 超过 ICM、PC 超过 PCM 或 VCE 超过 V (BR) CEO,排查时用万用表测 CE 间电阻,若为 0Ω(短路)或无穷大(开路),说明烧毁,需更换参数匹配的三极管;二是放大能力下降,表现为输出信号幅度减小,测 β 值若明显低于标称值,需更换三极管;三是开关失控,导通时 CE 压降过大(未饱和),需增大 IB(减小 RB),截止时 IC 过大(漏电),需更换质量合格的三极管;四是温度漂移,IC 随温度升高而增大,需增加温度补偿电路(如在 RB 旁并联负温度系数热敏电阻)。振荡实验组装 RC/LC 电路,观察波形理解起振条件。
共基放大电路以基极接地,输入信号加在 EB 间,输出信号从 CB 间取出。NPN 型小功率管在该电路中工作在放大区,优势是频率响应好(上限截止频率高),因基极接地减少了极间电容的影响,适合高频信号放大;缺点是电流放大倍数 < 1(Ai≈α<1,α=IC/IE),输入电阻小。常用于高频通信、射频电路,如收音机的中频放大电路、手机的射频信号预处理电路。例如在FM 收音机,共基电路将调谐后的高频信号(10.7MHz)放大,同时避免高频信号因极间电容衰减,保证接收灵敏度。低频管如 9014,fT 约 150MHz;高频管如 S9018,fT 可达 1GHz 以上。航空航天高可靠性NPN型晶体三极管散热片设计
直接耦合无电容,适合低频和直流,易集成但有零点漂移。航空航天高可靠性NPN型晶体三极管散热片设计
振荡电路是一种无需外部输入信号就能产生交流信号的电路,NPN 型小功率晶体三极管在振荡电路中作为放大器件,为电路提供能量,以补偿振荡过程中的能量损耗,维持振荡的持续进行。振荡电路的工作需要满足相位平衡条件和幅值平衡条件,相位平衡条件是指电路的总相移为 360°(或 0°),即反馈信号的相位与输入信号的相位相同,形成正反馈;幅值平衡条件是指放大电路的放大倍数与反馈系数的乘积大于等于 1。常见的由 NPN 型小功率三极管组成的振荡电路有 RC 桥式振荡电路、LC 正弦波振荡电路等。RC 桥式振荡电路适用于低频信号产生,输出信号频率由 RC 选频网络决定,常用于产生音频范围内的正弦波信号,如函数信号发生器中的低频信号源;LC 正弦波振荡电路则适用于高频信号产生,输出信号频率由 LC 谐振回路决定,广泛应用于无线电通信、广播电视等领域,用于产生载波信号或本振信号。航空航天高可靠性NPN型晶体三极管散热片设计
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