三極管原理全總結(上)

風投 科普 科學 電源聯盟 電源聯盟 2017-09-16

三極管原理全總結(上)

1、三極管的正偏與反偏:給PN結加的電壓和PN結的允許電流方向一致的叫正偏,否則就是反偏。即當P區(陽極)電位高於N區電位時就是正偏,反之就是反偏。例如NPN型三極管,位於放大區時,Uc>Ub集電極反偏,Ub>Ue發射極正偏。總之,當p型半導體一邊接正極、n型半導體一邊接負極時,則為正偏,反之為反偏。

三極管原理全總結(上)

NPN和PNP主要是電流方向和電壓正負不同。

NPN是用B—E的電流(IB)控制C—E的電流(IC),E極電位最低,且正常放大時通常C極電位最高,即VC>VB>VE。

PNP是用E—B的電流(IB)控制E—C的電流(IC),E極電位最高,且正常放大時通常C極電位最低,即VC<VB<VE。

2、三極管的三種工作狀態:放大、飽和、截止

(1)放大區:發射結正偏,集電結反偏。對於NPN管來說,發射極正偏即基極電壓Ub>發射極電壓Ue,集電結反偏就是集電極電壓Uc>基極電壓Ub。放大條件:NPN管:Uc>Ub>Ue;PNP管:Ue>Ub>Uc。

(2)飽和區:發射結正偏、集電結正偏--BE、CE兩PN結均正偏。即飽和導通條件:NPN管:Ub>Ue,Ub>Uc,PNP型管:Ue>Ub,Uc>Ub。飽合狀態的特徵是:三極管的電流Ib、Ic 都很大,但管壓降Uce 卻很小,Uce≈0。這時三極管的c、e 極相當於短路,可看成是一個開關的閉合。飽和壓降,一般在估算小功率管時,對硅管可取0.3V,對鍺管取0.1V。此時的,iC幾乎僅決定於Ib,而與Uce無關,表現出Ib對Ic的控制作用。

(3)截止區:發射結反偏,集電結反偏。由於兩個PN 結都反偏,使三極管的電流很小,Ib≈0,Ic≈0,而管壓降Uce 卻很大。這時的三極管c、e 極相當於開路。可以看成是一個開關的斷開。

3、三極管三種工作區的電壓測量

如何判斷電路中的一個NPN硅晶體管處於飽和,放大,截止狀態?用電壓表測基極與射極間的電壓Ube。

飽和狀態 eb有正偏壓約0.65V左右,ce電壓接近0V.

放大狀態 eb有正偏壓約0.6V,ce電壓大於0.6V小於電源電壓.

截止狀態 eb電壓低於0.6V,ce電壓等於或接近電源.

在實際工作中,可用測量BJT各極間電壓來判斷它的工作狀態。NPN型硅管的典型數據是:飽和狀態Ube=0.7V,Uce=0.3V;放大區Ube=0.7V;截止區Ube=0V。這是對可靠截止而言,實際上當Ube<0.5V時,即已進入截止狀態。對於PNP管,其電壓符號應當相反。

截止區:就是三極管在工作時,集電極電流始終為0。此時,集電極與發射極間電壓接近電源電壓。對於NPN型硅三極管來說,當Ube在0~0.5V 之間時,Ib很小,無論Ib怎樣變化,Ic都為0。此時,三極管的內阻(Rce)很大,三極管截止。當在維修過程中,測得Ube低於0.5V或Uce接近電源電壓時,就可知道三極管處在截止狀態。

放大區:當Ube在0.5~0.7V 之間時,Ube的微小變化就能引起Ib的較大變化,Ib隨Ube基本呈線性變化,從而引起Ic的較大變化(Ic=βIb)。這時三極管處於放大狀態,集電極與發射極間電阻(Rce)隨Ube可變。當在維修過程中,測得Ube在0.5~0.7V之間時,就可知道三極管處在放大狀態

飽和區:當三極管的基極電流(Ib)達到某一值後,三極管的基極電流無論怎樣變化,集電極電流都不再增大,一直處於最大值,這時三極管就處於飽和狀態。三極管的飽和狀態是以三極管集電極電流來表示的,但測量三極管的電流很不方便,可以通過測量三極管的電壓Ube及Uce來判斷三極管是否進入飽和狀態。當Ube略大於0.7V後,無論Ube怎樣變化,三極管的Ic將不能再增大。此時三極管內阻(Rce)很小,Uce低於0.1V,這種狀態稱為飽和。三極管在飽和時的Uce 稱為飽和壓降。當在維修過程中測量到Ube在0.7V 左右、而Uce低於0.1V 時,就可知道三極管處在飽和狀態。

截止區:Ub<=Uce且Uce>Ube

放大區:Ube>Uon且UCE>=Ube,即Uc>Ub>Ue。

飽和區:Ube>Uon且Uce<Ube

NPN型三極管導通時(飽和狀態)ce間電壓約為0.3V,PNP型三極管飽和導通條件Ve>Vb,Vc>Vb,ec間電壓也約等於0.3V。NPN型三極管截止時只需發射極反偏即可,PNP型三極管與NPN型三極管截止條件相同。

4、三極管用於開關電路的原理

兩個PN結都導通,三極管導通,這時三極管處於飽和狀態,即開關電路的“開”狀態,這時CE極間電壓小於BE極間電壓。兩個PN結均反偏,即為開關電路的“關”狀態,三極管截止。

5.三極管構成放大器有三種電路連接方式

共射極放大器,發射極為公共端,基極為輸入端,集電極為輸出端。

共集極放大器,集電極為公共端,基極為輸入端,發射極為輸出端。

共基極放大器,基極為公共端,發射極為輸入端,集電極為輸出端。

6、PNP管和NPN管的用法

a.如果輸入一個高電平,而輸出需要一個低電平時,首選擇NPN。

b.如果輸入一個低電平,而輸出需要一個低電平時,首選擇PNP。

c.如果輸入一個低電平,而輸出需要一個高電平時,首選擇NPN。

d.如果輸入一個高電平,而輸出需要一個高電平時,首選擇PNP。

NPN基極高電壓,極電極與發射極短路(導通).低電壓,極電極與發射極開路.也就是不工作。

PNP基極高電壓,極電極與發射極開路,也就是不工作。如果基極加低電位,集電極與發射極短路(導通)。

7、晶體三極管是一種電流控制元件。在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用,通過電阻(在三極管的集電極與電源之間接一個電阻)轉變為電壓放大作用。

共射極電路的電流放大係數為β,共基極電路的電流放大倍數為α。α的值小於1但接近於1,而β的值則遠大於1(通常在幾十到幾百的範圍內),所以Ic>>Ib。由於這個緣故,共射極電路不但能得到電壓放大,還可得到電流放大,致使共射極電路是目前應用最廣泛的一種組態

三極管原理全總結(上)

8、三極管在電路的應用

由於單片機的輸出電流很小,不能直接驅動LED,需要加裝擴流電路,最簡單的就是加裝一個射極跟隨器(共集電極電路)足以驅動LED了。射極跟隨器的發射極接負載,集電極接地,基極接單片機IO口。

共射極接法和共集電極接法的區別

共集、共基、共射指的是電路,是三極管電路的連接狀態而不是三極管。所謂“共”,就是輸入、輸出迴路共有的部分。其判斷是在交流等效電路下進行的。在交流通路下,電源正極相當於接地哪一個極接地,就是共哪個極電路

共集電極電路----三極管的集電極接地,集電極是輸入與輸出的公共極;

共基極電路----三極管的基極接地,基極是輸入與輸出的公共極;

共發射極電路----三極管的發射極接地,發射極是輸入與輸出的公共極。

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