贴片三极管基础知识解析
贴片三极管基本作用是放大,它可以把微弱的电信号放大到一定强度,当然这种转换仍然遵循能量守恒,它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。
作用及要求
三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时,在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流,即集电极电流。并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化,这就是贴片三极管的放大作用。 三极管还可以作电子开关,以及配合其它电子元件还可以构成振荡器等。
在代换时,必须了解清楚原管子(或要求的管子)的性能(是通用三极管、是开关三极管等)、结构(如达林顿管、带阻贴片三极管、组合贴片三极管)或有特殊要求(如高反压、低噪声等)及—些主要参数然后从手册(或公司数据手册)找同一性能、功能、结构及参数相似的进行试验或代换,另外,要注意的是工作频率(是MF段、HF段、VHF段或UHF段等)。选用的要满足工作频率的要求。
质量检测方案
(a)测量极间电阻。将万用表置于R×100或R×1K挡,按照红、黑表笔的六种不同接法进行测试。其中,发射结和集电结的正向电阻值比较低,其他四种接法测得的电阻值都很高,约为几百千欧至无穷大。但不管是低阻还是高阻,硅材料三极管的极间电阻要比锗材料三极管的极间电阻大得多。
(b)贴片三极管的穿透电流ICEO的数值近似等于管子的倍数β和集电结的反向电流ICBO的乘积。ICBO随着环境温度的升高而增长很快,ICBO的增加必然造成ICEO的增大。而ICEO的增大将直接影响管子工作的稳定性,所以在使用中应尽量选用ICEO小的管子。
通过用万用表电阻直接测量三极管e-c极之间的电阻方法,可间接估计ICEO的大小,具体方法如下:
万用表电阻的量程一般选用R×100或R×1K挡,对于PNP管,黑表管接e极,红表笔接c极,对于NPN型三极管,黑表笔接c极,红表笔接e极。要求测得的电阻越大越好。e-c间的阻值越大,说明管子的ICEO越小;反之,所测阻值越小,说明被测管的ICEO越大。一般说来,中、小功率硅管、锗材料低频管,其阻值应分别在几百千欧、几十千欧及十几千欧以上,如果阻值很小或测试时万用表指针来回晃动,则表明ICEO很大,管子的性能不稳定。
开关电路
三极管除了可以当做交流信号放大器之外,也可以做为开关之用。严格说起来,三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同,但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。开关三极管处于饱和导通状态的特征是发射结,集电结均处于正向偏置。而处于放大状态的三极管的特征是发射结处于正向偏置,集电结处于反向偏置。这也是可以使用电压表测试发射结,集电结的电压值判定三极管工作状况的原理。开关三极管正是基于三极管的开关特性来工作的。
开关三极管的外形与普通三极管外形相同,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。 当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,并且当基极的电流增大到一定程度时,集电极电流不再随着基极电流的增大而增大,而是处于某一定值附近不再怎么变化,此时三极管失去电流放大作用,集电极和发射极之间的电压很小,集电极和发射极之间相当于开关的导通状态,即为三极管的导通状态。负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间,而位居三极管主电流的回路上,输入电压Vin则控制三极管开关的开启(open)与闭合(closed)动作,当三极管呈开启状态时,负载电流便被阻断,反之,当三极管呈闭合状态时,电流便可以流通。
分类
按极性划分为两种:一种是NPN型三极管,是目前最常用的一种,另一种是PNP型三极管。按材料分为两种:一种是硅三极管,目前是最常用的一种,另一种是锗三极管,以前这种三极管用的多。三极按工作频率划分为两种:一种是低频三极管,主要用于工作频率比较低的地方;另一种是高频三极管,主要用于工作频率比较高的地方。按功率分为三种:一种是小功率三极管,它的输出功率小些;一种是中功率三极管,它的输出功率大些;另一种是大功率三极管,它的输出功率可以很大,主要用于大功率输出场合。按用途分为:放大管和开关管。
用途
贴片三极管和插件三极管是一样的,只不过是封装不同而已。贴片更小,省空间和免去人工插件。插件一般是TO-92封装,而贴片一般是SOT-23封装。
两者在放大参数上基本是一样的。
从功能上讲,无论贴片还是插件三级管用途相同:
1.信号放大 (工作在放大区)
2. 开关 (工作在饱和和截止区)
贴片三极管识别与使用
贴片式三极管可分为双极型三极管及场效应管,一般称为片状三极管及片状场效应管。贴片式三极管是由传统引线式三极管发展过来的,管芯相同、仅封装不同,并且大部分沿用引线式的原型号。
随着便携式电子产品的发展,开发出很多新型片状三极管。例如,过去采用TO-220封装的功率MOSFET,由于减小了导通电阻(几毫欧~几十毫欧),并采用新型散热良好的结构,现在可用D-PAK封装、SOT-89封装或SO-8封装。为增加安装密度,进一步减小印制板尺寸,开发出了带阻三极管、组合三极管。近年来,通信系统的频率越来越高,又开发出不少通信专用三极管,如砷化镓微波三极管及功放管等。
本文主要介绍片状三极管的基本知识、片状带阻三极管、片状组合三极管(复合三极管)、通用片状场效应管及应用指南。
有关通信用的一些专用三极管将在另文发表。常用的片状三极管及场效应管的有关参数,封装及代换将在增刊中刊出,供设计、开发人员及维修人员参考、选用。
基本知识
1. 型号识别
我国三极管型号是“3A~3E”开头、美国是“2N”开头、日本是“2S”开头。目前市场上以2S开头的型号占多数。
欧洲对三极管的命名方法是用A或B开头(A表示锗管,B表示硅管),第二部分用C、D或F、L(C——低频小功率管,F——高频小功率管、D——低频大功率管、L——高频大功率管);用S和U分别表示小功率开关管和大功率开关管;第三部分用三位数表示登记序号。例如,BC817表示硅低频小功率三极管(fT=200MHz),通用小信号放大三极管。还有一些三极管型号是由生产工厂自己命名的(厂标),是不标准的。例如,摩托罗拉公司生产的三极管是以M开头的。如在一个封装内带有两个偏置电阻的NPN三极管,其型号为MUN2211T1,相应的PNP三极管为MUN2111T1(型号中T1也是该公司的后缀)。
一些塑封封装尺寸较大的管子,如D-PAK封装,由于顶面面积小,往往将日本型号中的2S省略。如2SC2712,打印为C2712;2SA562打印为A562,等等。
2. 型号代码
片状三极管封装尺寸较大的可以打印简化型号,而尺寸小的封装,如SOT-23、SC-70等只能打印型号代码。例如,摩托罗拉公司生产的SOT-23封装的三极管BC817-16T1,其型号代码为A6(型号中16与hFE有关,T1是后缀);SC-59封装的MUN2211T1代码为8A;而MUN2111T1的代码为6A。
这里要指出的是,型号代码是生产厂自行设定的,同一种型号由不同工厂生产,其型号代码也可能不同;即使同一工厂生产,不同封装的三极管也会有同样的型号。如上述BC817-16T1及MUN2111T1同为摩托罗拉公司生产,型号不同,封装不同,但代码都是A6。这种现象其它公司也存在,使用者要特别注意!
型号与型号代码的关系目前没有统一的技术资料可供查阅和对照。目前分析进口电子产品或维修时,很难从型号代码上判断是何种型号的三极管,这是一个难点。
3. 封装代号与尺寸
同一种封装有不同的封装代号。如SOT-89就有SC-62、MPT、MP4等代号。表1列出常用的三极管封装代号及其尺寸。
从器件的封装尺寸可以了解三极管的功率大小。如比SOT-23封装尺寸小的三极管都是小功率管,IC<800mA,SOT-89~SOT-223封装的是中功率管,IC在1~3A范围,功率可达2W左右;D-PAK及D2PAK封装的三极管功率更大。一般片状三极管很少有大功率管。
片状三极管中有4~6引脚的,其中4引脚的有一些是砷化镓超高频三极管、微波三极管或双栅场效应管,而5~6引脚的是组合三极管。
4. 片状三极管的焊盘尺寸
这部分可参看上期贴片式二极管表4中的有关内容。
5. 片状三极管的管脚排列
各种不同封装的管脚排列如图1所示。图中分别注出e、b、c或D、G、S三个极的位置。
贴片三极管如何选购
贴片三极管应用中有几个主要问题:其一是过去习惯使用通孔装配式三极管,如何找对应的片状三极管;其二是从参数电路上找到的三极管型号市场上却无法购得、如何代换。这也往往是设计、开发人员及维修人员在应用中较大的难题。造成这两个难题的原因是同一种管芯做成不同封装的器件时,其型号不同。
例如,一种以TO—92封装的小功率三极管。其型号为2SC1815,然而用同一管芯采用SOT—23封装时。其型号变成2SC2712;而采用SO-70封装时。型号又变成2SC4732。根据这一现实,在选用或代换时、应根据三极管的基本参数要求,在晶体管手册上寻找出参数基本相同。并且封装符合要求的三极管。
这里以常用TO一92封装的9012、9013为例来说,先找出9012、9013主要参数。
(1)9012为PNP管、Vceo为30V、Ic为500mA、Pcm为625mW。 (2)9013是NPN管、Vceo为30V、Ic为500mA、Pcm为625mW。
在晶体管手册上可找SOT-23封装的三极管。其参数差不多的型号如表所示。在表中,Pcm这—项明显小于9012或9013.这是片状SOT—23的散热面积小所致、如果实际使用时Pcm要求不大。则可通过实验,看是否满足电路要求,若通过各种试验(如高、低温试验)能满足要求方可大量使用!
类型型号Vceo(V)Ic(mA)Pcm(mW)。
(1)NPN2SC28593050015
(2)NPN2SD5962570020
(3)PNP2SB6242570020
(4)PNP8C8074550031
在代换时,必须了解清楚原管子(或要求的管子)的性能(是通用三极管、是开关三极管等)、结构(如达林顿管、带阻三极管、组合三极管)或有特殊要求(如高反压、低噪声等)及—些主要参数然后从手册(或公司数据手册)找同一性能、功能、结构及参数相似的进行试验或代换,另外,要注意的是工作频率(是MF段、HF段、VHF段或UHF段等)。选用的f要满足工作频率的要求。
这里必须指出,目前的各种三极管品种成千上万。这里仅仅是举几个例子而己。重要的是要收集各大半导体器件厂的资料。它不仅有参数、封装,还有型号代码,这给选用、代换提供了极大的方便。
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拆解报告:JBL CHARGE4冲击波蓝牙音箱
JBL是哈曼卡顿旗下的一个音频品牌,作为美国的一个老牌的音频厂商,JBL拥有从原材料开发到喇叭单元的设计和生产,再到音箱的设计和生产等一系列工序。旗下音频产品服务范围非常广泛,涵盖专业领域和民用级别,在各种音频领域都能看到其身影。
此次我爱音频网为大家带来了JBL CHARGE4冲击波4代无线蓝牙音箱,这款产品在外观上延续了上代产品的设计,圆柱形的造型,整体被编织网布包裹。配置上采用50*90mm赛道扬声器,最大输出功率提升到了30W;充电接口升级为Type-C,续航时间达到了20h,并且可以充当充电宝使用;还支持IPX7防水,以及多台串联功能。今天来看下这款音箱产品的内部构造吧~
一、JBL CHARGE4 开箱
包装盒采用了横向的设计,左上角有JBL品牌LOGO;右上角有产品名称:CHARGE4;中间区域为产品外观渲染图;左下方有蓝牙标志,右下方20h续航标识。
背面左侧有JBL品牌LOGO,20h续航、IPX7防水、充电宝功能、多台串联四项产品特点。右侧有“PLAY AND CHARGE ENDLESSLY”产品slogan,产品名称:CHARGE4,以及产品充电宝功能展示。
底部有公司部分信息介绍、蓝牙介绍和众多认证标志信息。
侧边有产品外观渲染图和兼容性说明,可无线连接超过100台兼容JBL Connet+的扬声器。
音箱正面外观一览,有JBL品牌LOGO。
音箱背面外观一览。充电接口防尘塞上印有CHARGE4产品名称。
音箱底部外观一览,有5颗指示灯,脚垫采用橡胶材质,并做了斜纹防滑处理。
音箱侧面振膜上有JBL标志LOGO。
另外一侧是JBL品牌LOGO。
音箱上JBL品牌LOGO特写。
包装盒内还有Type-C USB线、安全说明书、快速指南和保修卡。
Type-C USB线特写。
USB-A接口上压印JBL品牌LOGO。
充电线USB-A接口采用了双面盲插的设计,不分正反,均可使用。
Type-C 接口特写,非满针。
线材接口有较厚的密封防尘塞防护,可以起到防水效果。
线材接口防尘塞盖背面印有产品名称:JBL CHARGE4,以及各种认证信息和注意事项等。
接口依次为Type-C充电接口,3.5mm音频线接口和USB供电口。
音箱两侧防护橡胶采用半透明材质。
我爱音频网采用ChargerLAB POWER-Z KT002便携式电源测试仪JBL CHARGE4 进行快充测试,检测USB-A口不支持快充协议。
我爱音频网采用ChargerLAB POWER-Z KM001C 对JBL CHARGE4蓝牙音箱进行有线充电测试,充电功率约13.45W。
二、JBL CHARGE4 拆解
来到拆解部分,首先撬开图中编织网格布包裹的出音孔盖板。
卸掉外部壳体拆解一览。
功能按键内部结构特写。
JBL标志内侧特写。
音箱内部腔体正面一览,有椭圆形全频喇叭单元。
音箱内部腔体背面一览,腔体周围与外壳交接处均设置有缓冲海绵垫。
缓冲海绵垫特写。
顶部振膜盖板通过螺丝和卡扣的方式固定。
线材接口盖板采用卡扣的方式与主体固定。
卸掉螺丝解开卡扣,取掉两端振膜盖板单元。
振膜盖板外侧特写。
内侧两个端面都是低频辐射单元。
腔体内部结构一览,首先看到主板上两颗较大的插座。主板右侧有螺丝固定。右边插座连接电池,左边插座连接充/放电副板。
另外一端腔体内部结构一览,可以看到全频喇叭单元的接线端子。
取掉底部脚垫盖板结构,内部是透明塑料防水壳。
盖板内侧可循环利用标志,2020年9月生产,PC+TPU材质。
电量显示指示灯导光结构特写。
盖板边缘位置设置有海绵包裹,提升防水性能。
腔体上还有透明盖板防护。
指示灯小板通过胶水固定在透明盖板上。
小板背面有与主板连接的排线插座,排线有泡棉包裹,防止共振产生杂音。
卸掉排线,透明盖板结构一览。
小板背面是排线接口和指示灯限流电阻。
正面有6颗LED指示灯,5颗相同颜色用于显示电量,还有一颗不同颜色的蓝牙连接指示灯。
透明盖板与壳体交接处设置有密封橡胶垫。
从腔体内取出电池。
电池组两端有海绵包裹防护。
导线也有海绵包裹。
可充电锂离子电池组型号:IAA011NA,充电限制电压:4.2V,执行标准:GB 31241-1014,标称电压:3.6V,额定容量:7500mAh/27.0Wh,制造商:博科能源系统(深圳)有限公司。
电池组底部海绵垫覆盖。
掀开海绵垫,内部还有塑料垫片保护。
撕掉外层蓝色保护膜,圆柱形锂离子电池上信息特写。
撕掉顶部海绵贴,电池组由三节18650电池并联组成,镍片规整、点焊牢固。
另外一端特写。
电池组上有电路保护板,保护板被泡棉胶覆盖。
撕掉绝缘贴,电池保护板固定在塑料绝缘支架内部,细节好评。
电路保护板正面元器件一览,输出线焊点胶水加固。
1.5mΩ贴片电阻,用于电池输出电流检测。
丝印AJ014的电路保护IC。
6颗丝印4422E 的NMOS管,用于电池保护。
扬声器单元正面特写。
扬声器单元与腔体交界处也有橡胶密封垫。
扬声器外观一览。
扬声器T铁特写,贴有二维码标签。
取出线材接口单元,小板通过排线与主板连接。
卸掉排线取出小板,盖板内侧有密封保护盖,双层防护。
输入小板与盖板由多颗螺丝固定。
腔体上交接处同样做了密封垫。
分离盖板与输入小板。
输入小板正面一览,过孔焊接有Type-C充电接口、3.5mm音频线接口和USB供电口。
输入小板背面仅有过孔焊接焊点。
盖板与PCB之间还有防尘防水双面泡棉胶做密封,且接口有TVS和ESD保护。
Type-C充电接口焊接在单独的一块PCB板上。
功能按键缓冲垫通过双面胶固定。
揭掉胶水固定的功能按键缓冲垫,拆解一览。
功能按键上覆盖的硅胶防护垫内侧结构特写。
功能按键小板正面一览。
小板上微动按键特写。
小板上还有多颗LED指示灯,为电源键和蓝牙连接键提供光源。
丝印2TY的三极管。
组件结构交接处缓冲垫特写。
主板正面一览,边缘有海绵垫防护。
主板背面一览,大面积露铜加锡散热。
蓝牙天线通过同轴线与主板连接,连接器打胶水加固。
薄膜蓝牙天线来自South star南星,型号:CHARGE4-BT。
两颗4R7滤波电感,用于数字功放输出滤波,和滤波电容通过白胶固定。
两颗1R5合金升压电感特写。
两颗润石RS622低噪声运算放大器。参数定义适中,并提供超低的输入偏置电流,最大程度降低对信号源的影响,适合处理音频信号的预防大、音频信号检测、包络检测、马达驱动电流检测等应用场景。
主要参数特性:单位增益带宽7MHz; 输入失调电压典型值0.7mV,可修调至最大值为0.5mV(S622xP系列); 输入偏置电流低至1pA(典型值);低输入噪声:7.5nV√Hz@10KHz,11nV√Hz@1KHz ;相位裕度62°;每通道耗电低至600µA;轨对轨输入/输出;电源纹波抑制比PSRR 93dB; 共模抑制比CMRR 92dB; 压摆率3.7V/us; 工作电压范围2.5V~5.5V;工作温度范围满足-40°C~125°C。
据我爱音频网拆解了解到,JBL FLIP5 音乐万花筒蓝牙音箱也采用了这颗运算放大器芯片。
润石RS622详细资料图。
丝印LG和KL3的三极管。
丝印UBB的IC。
微盟D3TG稳压IC。
TI德州仪器 PCM5121音频立体声DAC,具有 PCM 接口和固定音频处理功能。PCM512x 器件属于单片 CMOS 集成电路系列,由立体声数模转换器 (DAC) 和附加支持电路组成,提供 2.1 VRMS 中央接地输出以及外部静音电路。
TI德州仪器 PCM5121详细资料图。
主板上焊接邮票小板,用于蓝牙连接。邮票板上有众多IC,主控芯片上贴有丝印二维码标签。
丝印SP2的IC。
丝印Fb的IC。
丝印MF的IC。
丝印661E01的IC。
Macronix旺宏 MX25U6435F 存储器,容量8MB,用于存储固件及连接信息。
Macronix旺宏 MX25U6435F 详细资料。
丝印9MB的IC。
Qualcomm高通 QCC5125 低功耗蓝牙音频SoC,支持蓝牙5.0,支持aptX音频解码。具有低功耗,高品质的无线音频等特点。专为主流蓝牙音箱,立体声耳机和真正的无线耳塞设计。
高通 QCC5125采用四核处理器体系结构,双核32位处理器应用子系统;双核Qualcomm®Kalimba™DSP音频,嵌入式ROM + RAM和外部Q-SPI闪存;支持aptX,aptX HD,aptX自适应技术;集成电池充电器,支持内部模式(最大200 mA)和外部模式(最大1.8 A)。
丝印HY4C的三极管。
AWINIC艾为电子 AW9523B LED驱动芯片 ,I2C接口,支持16路呼吸灯。16路LED为共阳恒流驱动,每路具备256步线性调光功能。
AO3401 PMOS管。
TI德州仪器 TPA3128D2 是具有低空闲功率损耗的双通道 30W 差分模拟输入 D 类放大器,具有延长蓝牙/无线扬声器和其他电池供电音频系统的电池寿命的特点,支持4.5-26V工作电压,支持可编程的功率限制。
TI德州仪器 TPA3128D2详细资料图。
微盟S2TG稳压IC。
台湾松木 ME4435 P通道逻辑增强型功率场效应晶体管,采用高单元密度、DMOS沟道技术制造。专门为减小导通电阻而设计的,适合于低电压应用。
台湾松木 ME4435详细资料图。
MPS MP3431 高效率全集成同步升压芯片,为数字功放供电,最高输出电压可达16V,支持30W输出,最高40W峰值输出。
MPS MP3431 详细资料。
丝印VLBUF的矽力杰 SY7065A,内置开关管的同步整流升压IC,用于USB-A口5V输出。
矽力杰 SY7065A 详细资料。
丝印CA4KH的IC。
TI德州仪器 TPS2546 具有 CDP/SDP 自动切换功能的 USB 充电端口控制器和具有负载检测功能的 2.5A 电源开关,用于USB-A口输出保护。
TI德州仪器 TPS2546详细资料图。
MPS MP2624 电源管理IC,用于内置电池充电管理,并且支持路径管理。
MPS MP2624 详细资料。
JBL CHARGE4冲击波无线蓝牙音箱拆解全家福。
三、我爱音频网总结
JBL CHARGE4 无线蓝牙音箱在外观设计上依旧延续了前代的设计,继承了家族式的设计语言。圆柱形的外观,大面积编织网布包裹,横向的立式方式,左右两侧均有辐射振膜,振膜上有JBL标志性LOGO,整体观感较为简约,并极具辨识度。拥有的众多配色,丰富了这款产品的个性化选择。
内部结构配置上,做工精良,细节到位。组件之间通过插座连接,腔体交接处均做了密封胶垫缓冲防护。配置上采用最大输出功率30W的扬声器单元,搭配左右两个低频辐射振膜单元,提升低频量感;并配备了德州仪器 TPA3128D2 D类放大器和PCM5121 音频数字处理器,以及两颗最大程度降低对信号源的影响的润石RS622低噪声运算放大器,有效保证音质效果。
充电接口由上代的Micro-USB更换为了Type-C,电池容量提升到了7500mAh,为音箱提供长达20h的持久续航;电池配备有电路保护板,保护板固定在塑料绝缘支架内部,保护板上有电路保护IC和NMOS管;并且配备有USB-A接口,支持充电宝功能,可为手机、平板等移动设备应急充电。
主控芯片采用了高通 QCC5125 低功耗蓝牙音频SOC,支持蓝牙5.0,具有低功耗,高品质的无线音频等特点;MPS MP3431 高效率全集成同步升压芯片,为数字功放供电;矽力杰 SY7065A同步整流升压IC,用于USB-A口5V输出;TI德州仪器 TPS2546 USB 充电端口控制器用于USB-A口输出保护;MPS MP2624 电源管理IC,用于内置电池充电管理;以及旺宏 MX25U6435F 存储器,艾为电子 AW9523B LED驱动器,松木 ME4435 P通道逻辑增强型功率场效应晶体管等。
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