NPN三极管和PNP三极管的工作原理
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NPN型三極管
由兩塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體組成,也稱晶體三極管,是電子電路中最重要的器件。三極管的主要功能是電流放大和開關作用,可以把微弱的電信號變成一定強度的信號。
三極管一個關鍵參數是電流放大系數β。當三極管的基極上加一個微小的電流時,在集電極上得到一個是注入電流β倍的電流,即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化,并且基極電流很小的變化會引起集電極電流很大的變化,這就是三極管的放大作用。
以共發射極接法為例(信號從基極輸入,從集電極輸出,發射極接地),當基極電壓UB有一個微小的變化時,基極電流IB也會隨之有一小的變化,受基極電流IB的控制,集電極電流IC會有一個很大的變化,基極電流IB越大,集電極電流IC也越大,反之,基極電流越小,集電極電流也越小,即基極電流控制集電極電流的變化。
但集電極電流的變化比基極電流的變化大得多,這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數β(β=ΔIC/ΔIB, Δ表示變化量),三極管的放大倍數β一般在幾十到幾百倍。
如果集電極電流IC是流過一個電阻Rc的,那么根據電壓計算公式U=Rc*Ic可以算得。將該電壓取出來,就得到放大后的電壓信號了。
使用時還需加偏置電路,原因如下:
1)由于三極管BE結的非線性(相當于一個二極管),基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產生(對于硅管,常取0.7V)。當基極與發射極之間的電壓小于0.7V時,基極電流可認為是0。
但實際要放大的信號往往比0.7V小,如果不加偏置,這么小的信號就不足以引起基極電流的改變(因為小于0.7V時,基極電流都是0),上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流,所以Rb叫做基極偏置電阻。
2)輸出信號范圍的要求,如果沒有加偏置,那么只有對那些增加的信號放大,而對減小的信號無效(因為沒有偏置時集電極電流為0,不能再減小了)。而加上偏置,事先讓集電極有一定的電流,當輸入的基極電流變小時,集電極電流就可以減小;當輸入的基極電流增大時,集電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大。
飽和情況
上圖中由于受到電阻Rc的限制(那么最大電流為U/Rc,U為電源電壓),集電極電流是不能無限放大的。當基極電流的增大,不能使集電極電流繼續增大時,三極管就進入飽和狀態,判斷準則是:Ib*β>Ic。
進入飽和狀態后,三極管的集電極跟發射極之間的電壓將很小,可以理解為一個開關閉合了。
這樣可以用三極管當作開關使用:當基極電流為0時,集電極電流為0(三極管截止),相當于開關斷開;當基極電流很大,至三極管飽和時,相當于開關閉合。
PNP型三極管
由2塊P型半導體中間夾著1塊N型半導體所組成的三極管,也可描述成,電流從發射極E流入的三極管。PNP晶體管的電流和電壓都和NPN型晶體管的相反,因此發射極上面那個箭頭方向也反了過來。PNP型三極管發射極電位最高,集電極電位最低,UBE<0。
導通時IE=(放大倍數+1)*IB,和ICB沒有關系,ICB=0。
ICB>0時,可能三極管有問題,所以三極管在正常工作時,不管是在放大區還是飽和區,ICB=0。
當UEB>0.7V(硅)(鍺0.2V),RC/RB<放大倍數時,三極管工作在飽和區,反之就工作在放大區。
總結
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