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雙極性接面電晶體 (BJT) :. 電晶體有幾個不同的種類,雙極性接面電晶體為其中最基礎的一種。. 電晶體的功能:. 放大訊號:如放大電壓、電流或功率等。應用的例子包含許多消費性的電子產品,如視聽音響、通訊產品或各種儀器等。 電子開關:可作為許多負載的開關,如直流馬達、燈泡或繼電器等。最常見的應用為數位電路的開關,如電腦或微電腦等。. BJT 主要可以分成兩型:. 射極 (Emitter ,簡稱 E) :摻雜濃密的雜質原子,主要工作是放射電流載子。.
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雙極性接面電晶體 (BJT): 電晶體有幾個不同的種類,雙極性接面電晶體為其中最基礎的一種。 電晶體的功能: 放大訊號:如放大電壓、電流或功率等。應用的例子包含許多消費性的電子產品,如視聽音響、通訊產品或各種儀器等。 電子開關:可作為許多負載的開關,如直流馬達、燈泡或繼電器等。最常見的應用為數位電路的開關,如電腦或微電腦等。 BJT 主要可以分成兩型:
射極 (Emitter,簡稱 E) :摻雜濃密的雜質原子,主要工作是放射電流載子。 基極 (Base,簡稱 B):摻雜稀疏,被夾在集極與射極間,非常稀薄而狹小,從射極射出的電流載子大部份無法從基極導線流出,反而跨越基極與集極間的空乏區而流向集極。 集極(Collector,簡稱 C):適度摻雜,體積最大,主要工作是收集或吸引注入基極區的電流載子。 電晶體的電流: npn pnp IE = IB + IC IE = IB + IC
通常電晶體的IC比 IB大很多,通常是數拾倍至數佰倍大,此放大的倍數稱為電晶體的電流增益,電晶體的直流電流增益以 bdc來表示: 或 IC = b × IB <例4.1> 某電晶體電流如下:IB = 20mA,IC = 4.98A,求 bdc與 IE <例4.2> 某電晶體電流如下:IB = 1.96mA,IE = 100mA,求 bdc與 IC IC = IE - IB = 100mA – 1.96mA = 98.04mA IE = IB + IC = 0.02A + 4.98A = 5A <例4.4> 某電晶體 bdc = 150,IB = 50mA,求 IC與 IE <例4.3> 某電晶體電流如下:IE = 50mA,IC = 49.5mA,求 bdc與 IB IC = bdc × IB = 150 × 50mA = 7500mA = 7.5mA IB = IE - IC = 50mA – 49.5mA = 0.5mA IE = IB + IC = 0.05mA + 7.5mA = 7.55mA
電晶體於電路中的功用可比喻成水龍頭於水路中的功能一樣。在水路中,打開水龍頭,只要有水源與水壓,必有水流流過,水龍頭可以控制水流的大小。同理,電晶體於電路中如同電流的閘門,將電晶體打開 (ON),只要有電源與電壓,電流即可流過電晶體,電晶體也可以控制電流的大小。 操作電晶體開關的方法 (以 npn 為例): 只要有一小電流從基極流入,即可將電晶體開關打開。只要C、E 兩端接有電源並具有電壓,電流即可從 C 流向 E。 C、E 兩瑞的電壓 VCE 只要比飽合電壓 VSAT稍大,即有比 IB大 b倍的電流 IC,從 C 流向 E。IC = b × IB。但若 VCE只等於 VSAT或更小,則 IC 無法達到 IB的 b倍,在此情況下 , IC < b × IB。 一般而言,電晶體的飽合電壓 VSAT通常小於 1V,小型電晶體約只有 0.2V。
操作區: 不同IB下,電晶體的電壓電流特性曲線: 上圖為npn 電晶體,B、E 兩端為一 pn 接面,VBE = 0.7V。因此,只要 VBB 大於 0.7V,即有電流 IB產生。調整電壓 VBB的大小即可控制電流 IB的大小。若 IB大,則開關開得較大,從 C 流向 E 的電流 IC較大。若IB小,則開關開得較小, IC較小。IC與 IB成正比。 因此,雙極性接面電晶體是一個用小電流 IB來控制大電流IC的元件。
截止區 (Cutoff Region): 當 IB = 0mA 時,電晶體關閉 (Off),如同斷路,無電流,即使在 C、E 兩端加電壓 (VCE > 0V),電流也無法從 C 流向 E,IC = 0mA。 當電晶體當開關使用,且開關為 Off 時,電晶體工作在截止區。 飽合區 (Saturation Region): 當基極有電流, IB > 0mA 時,電晶體打開 (On),但C、E 兩端的電壓 VCE很小,約只等於飽合電壓。IC無法被放大提升到 IB的 b倍,IC < b × IB。 當電晶體當開關使用,且開關為 ON 時,必須使電晶體工作在飽合區。因為在飽合區時,VCE很小,消耗在電晶體開關上的能量很小,絕大部份的能量都可以提供給負載使用。 動作區 (Active Region): 當基極有電流, IB > 0mA 時,電晶體打開 (On),而且 C、E 兩端的電壓 VCE 夠大,超過飽合電壓。IC可以被放大提升到 IB的 b倍,IC = b × IB。 因為在動作區內 IC 與 IB成正比,所以當電晶體作小訊號放大使用時,必須工作在動作區,若兩者不成正比無法等比例放大時,放大後的訊號會失真。
電晶體的功率: 通常電晶體的 IB比 IC小很多,在計算功率時只考慮 IC的影響,電晶體的功率消耗 Pd = VCE × IC 電晶體實際的功率消耗 Pd必須小於其功率消耗的額定值 Pd(max) <例4.5> 電晶體的 IB = 80mA,VCE = 10V,bdc = 150,計算其功率消耗 Pd <例4.6> 某電晶體的功率消耗額定值為 0.5W,若 VCE = 8V,求所容許的最大集極電流 IC。 IC = bdc × IB= 150 × 80mA= 12mA Pd = VCE × IC < Pd(max) 8V × IC < 0.5W Pd = VCE × IC= 10V × 12mA= 120mW 所容許的最大集極電流為 62.5mA 此電晶體的功率消耗額定值必須大於 120mW
崩潰電壓額定值: VCBO:射極開路 (沒有接),集極與基極間所容許的最大電壓 VCEO:基極開路 (沒有接),集極與射極間所容許的最大電壓 VEBO:集極開路 (沒有接),射極與基極間所容許的最大電壓 超過這些額定電壓的任何一個,都會損壞電晶體。 以上都以npn 作為例子,若電晶體為 pnp 型,則電壓的極性與實際電流的方向都與 npn 型相反。如下圖所示,電流 IC、IB與電壓 VCE、VBE為負值。 電流 IC、IB與電壓 VCE、VBE為負值 實際的電壓極性與電流方向