三极管又称晶体三极管,是一种具有三个有效电极,能起放大、振荡或开关等作用的半导体器件,是在手机和电子产品中应用非常广泛的半导体器件之一。
普通三极管的特征:外观为黑色,一般有3~4个引脚。贴片三极管的封装形式一般为SOT(Small Out-Line Transistor,小外形晶体管)。
三极管在半导体锗或硅的单晶上制作两个能相互影响的PN结,组成一个PNP(或NPN)结构,分别称为PNP型三极管或NPN型三极管。中间的N区(或P区)叫基区,两边的区域叫发射区和集电区,这三部分各有一条电极引线,分别叫基极B、发射极E和集电极C。
将三极管平放在桌面上,焊盘向下,单独引脚的一边在上方,摆放方式如图2-41所示,上边只有一个引脚的是集电极(C),下边左侧的引脚是基极(B),右侧的引脚是发射极(E)。
图2-41 普通三极管的外形结构
贴片功率三极管一般有4个引脚,如图2-41、图2-42所示,上面最宽的那一个引脚是集电极,下面引脚从左到右依次是基极(B)、集电极(C)、发射极(E)。两个集电极是连在一起的,上面的集电极其实是散热片。
图2-42 功率三极管的外形结构
在手机中,为了缩小主板面积,经常采用贴片复合三极管,复合三极管有6个引脚的,也有5个引脚的,封装在一起的三极管有些是单纯的封装在一起,有些是两个三极管之间有一定的逻辑关系,如构成电子开关等,如图2-43所示。
图2-43 复合三极管
数字三极管是将一个或两个电阻与三极管连接后封装在一起构成的,其作用是作为反相器或倒相器,广泛应用于智能手机、平板电视及显示器等电子产品中。
数字三极管通常应用在数字电路中,其外形特征与普通三极管一样,区别是其内部增加了两个电阻。有时候也称为带阻三极管,如图2-44所示。
图2-44 数字三极管内部结构
数字三极管常作开关使用,例如厂家技术手册中标注4.7kΩ+10kΩ,表示R 1 是4.7kΩ,R 2 是10kΩ,如果只含一个电阻,要标出是R 1 还是R 2 。
在手机电路原理图中,三极管的符号用V表示。在三极管的符号中,位于竖线垂直方向的是基极(B),有箭头的是发射极(E),在发射极对面没有箭头的是集电极(C)。
三极管的电路符号如图2-45所示。
图2-45 三极管电路符号
三极管按材料分有两种:锗管和硅管,而每一种又有NPN和PNP两种结构形式。NPN型三极管是把P型半导体夹在两块N型半导体中间组成的;而PNP则是把N型半导体夹在两块P型半导体中间组成的。但使用最多的是硅NPN和PNP两种三极管,两者除了电源极性不同外,其工作原理相同。
如图2-46所示,水源通过水管连接到水龙头,通过旋转水龙头的阀门可以调节从水管流向水龙头的水的流量。在NPN型三极管的电路图中,电源、集电极、基极、发射极就类似水源、水管、阀门、水龙头,用于调节电流的流量。也就是说,通过调节基极电压,就可以调节从集电极流向发射极的电流。
图2-46 NPN型三极管的原理
加电压的方法:如果水管里的水比水龙头低,水就流不出来。同样,如果集电极电压比发射极电压低,就不可能有电流流动。而且,基极电压也必须比发射极电压要高。
基极电压比发射极电压高,就有电流流动。利用很小的基极电压来控制很大的集电极电流,这个作用叫作“三极管的放大作用”。
与NPN型三极管电路相同,在PNP型三极管的电路中,也是通过对基极电压的调节来调节电流的流量。但是,集电极和发射极的作用刚好与NPN型三极管相反。电流不是从集电极流向发射极,而是从发射极流向集电极,如图2-47所示。
图2-47 PNP型三极管的原理
加电压的方法:对于PNP型三极管,发射极电压应该比集电极的电压高,而且基极电压比发射极电压低。
三极管是一种电流放大器件,但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用,通过电阻转变为电压放大作用。使用三极管作放大用途时,必须在它的各电极上加上适当极性的电压(称为“偏置电压”),简称“偏压”,对应电流称为偏流,其组成电路叫偏置电路。
当三极管被用作放大器使用时,其中两个电极用作信号(待放大信号)的输入端子,两个电极作为信号(放大后的信号)的输出端子。那么,三极管三个电极中,必须有一个电极既是信号的输入端子,又同时是信号的输出端子,这个电极称为输入信号和输出信号的公共电极。
按三极管公共电极的不同选择,三极管放大电路有三种:共基极电路、共射极电路和共集电极电路。
当三极管用在开关电路的时候,它工作于截止区和饱和区,相当于电路的切断和导通。由于它具有完成断路和接通的作用,被广泛应用于各种开关电路中,如常用的开关电源电路、驱动电路、高频振荡电路、模数转换电路、脉冲电路及输出电路等。
在开关电路中,三极管的作用相当于手动的开关,当三极管饱和的时候,相当于开关闭合,负载开始工作或输出信号。当三极管截止的时候,相当于开关断开,负载停止工作或不再输出信号。
三极管的混频电路是利用了三极管的非线性特性的电路,三极管的基极同时输入了载频和调制信号。如果三极管是理想的线性元件,那就不能起到混频的作用,不会产生新的频率成分,输出的仍是这两个频率。
由于三极管的非线性,产生了载频+调制信号,各次谐波频率经过集电极的谐振回路,从众多频率成分中选取出载频、载频调制、载频-调制信号、信号这三个频率,就组成了调幅波。