電晶體替換原則
常用電晶體的類型有NPN型與PNP型兩種。由於這兩類電晶體工作時對電壓的極性要求不同,所以它們是不能相互代換的。
電晶體的材料有鍺材料和矽材料。它們之間最大的差異就是起始電壓不一樣。鍺管PN結的導通電壓為0.2V左右, 而矽管PN結的導通電壓為 0.6~0.7V。在放大電路中如果用同類型的鍺管代換同類型的矽管,或用同類型的矽管代換同類型的鍺管一般是可以的, 但都要在基極偏壓上進行必要的調整,因為它們的起始電壓不一樣。但在脈衝電路和開關電路中不同材料的電晶體是否能互換必須具體分析,不能盲目代換。
電晶體的主要參數
選用電晶體需要瞭解電晶體的主要參數。若手中有一本電晶體特性手冊最好。電晶體的參數很多,根據實踐經驗,我認為主要瞭解電晶體的四個極限參數:Ic、Vce、Pc及fT即可滿足95%以上的使用需要。
Ic是集極最大允許電流。電晶體工作時當它的集極電流超過一定數值時,它的電流放大係數β將下降。為此規定電晶體的電流放大係數β變化不超過允許值時的集極最大電流稱為Ic。所以在使用中當集極電流Ic超過 Ic時不至於損壞電晶體,但會使β值減小,影響電路的工作性能。
Vce是電晶體基極開路時,集極-射極反向擊穿電壓。如果在使用中加在集極與射極之間的電壓超過這個數值時,將可能使電晶體產生很大的集極電流,這種現象叫擊穿。電晶體擊穿後會造成永久性損壞或性能下降。
Pc是集極最大允許耗散功率。電晶體在工作時,集極電流在集電結上會產生熱量而使電晶體發熱。若耗散功率過大,電晶體將燒壞。在使用中如果電晶體在大於Pc下長時間工作,將會損壞電晶體。需要注意的是大功率電晶體給出的最大允許耗散功率都是在加有一定規格散熱器情況下的參數。使用中一定要注意這一點。
特徵頻率fT。隨著工作頻率的升高,電晶體的放大能力將會下降,對應于β=1時的頻率fT叫作電晶體的特徵頻率。
小功率電晶體的選用
小功率電晶體在電子電路中的應用最多。主要用作小信號的放大、控制或振盪器。選用電晶體時首先要搞清楚電子電路的工作頻率大概是多少。如中波收音機振盪器的最高頻率是2MHz左右;而調頻收音機的最高振盪頻率為120MHz左右;電視機中VHF頻段的最高振盪頻率為250MHz左右; UHF頻段的最高振盪頻率接近1000MHz左右。工程設計中一般要求電晶體的fT大於3倍的實際工作頻率。所以可按照此要求來選擇電晶體的特徵頻率 fT由於矽材料高頻電晶體的fT一般不低於50MHz,所以在音訊電子電路中使用這類管子可不考慮fT這個參數。
小功率電晶體Vce的選擇可以根據電路的電源電壓來決定,一般情況下只要電晶體的Vce大於電路中電源的最高電壓即可。當電晶體的負載是感性負載時,如變壓器、線圈等時Vce數值的選擇要慎重,感性負載上的感應電壓可能達到電源電壓的2~8倍(如節能燈中的升壓電晶體)。一般小功率電晶體的Vce都不低於15V,所以在無電感元件的低電壓電路中也不用考慮這個參數。
一般小功率電晶體的Ic在30~50mA之間,對於小信號電路一般可以不予考慮。但對於驅動繼電器及推動大功率音箱的管子要認真計算一下。當然首先要瞭解繼電器的吸合電流是多少毫安培,以此來確定電晶體的Ic。
當我們估算了電路中電晶體的工作電流(即集極電流),又知道了電晶體集極到射極之間的電壓後,就可根據P=VI來計算電晶體的集極最大允許耗散功率Pc。
國產及國外生產的小功率電晶體的型號極多,它們的參數有一部分是相同的,有一部分是不同的。只要你根據以上分析的使用條件,本著“大能代小”的原則(即 Vce高的電晶體可以代替Vce低的電晶體;Ic大的電晶體可以代替Ic小的電晶體等),就可對電晶體應用自如了。
大功率電晶體的選用
對於大功率電晶體,只要不是高頻發射電路,我們都不必考慮電晶體的特徵頻率fT。對於電晶體的集極-射極反向擊穿電壓Vce這個極限參數的考慮與小功率電晶體是一樣的。對於集極最大允許電流 Ic的選擇主要也是根據電晶體所帶的負載情況而計算的。電晶體的集極最大允許耗散功率Pc是大功率電晶體重點考慮的問題,需要注意的是大功率電晶體必須有良好的散熱器。即使是一隻四五十瓦的大功率電晶體,在沒有散熱器時,也只能經受兩三瓦的功率耗散。大功率電晶體的選擇還應留有充分的餘量。另外在選擇大功率電晶體時還要考慮它的安裝條件,以決定選擇塑封管還是金屬封裝的管子。
如果你拿到一隻電晶體又無法查到它的參數,可以根據它的外形來推測一下它的參數。目前小功率電晶體最多見的是TO-92封裝的塑封管,也有部分是金屬殼封裝。它們的Pc一般在100~500mW之間,最大的不超過1W。它們的Ic一般在50~500mA之間,最大的不超過1.5A。而其它參數是不好判斷的。