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PNP三極管工作原理詳解

2019年09月05日 09:12 lq 作者: 用戶評(píng)論(0

管這類商品是我們?nèi)粘I钪斜容^常見的一種商品,雖然用的不多,但是它的作用是很大的。對(duì)于一些沒接觸過(guò)它的人來(lái)說(shuō)不知道pnp三極管的作用是什么,以及它的工作原理是怎么的,接下來(lái)小編就給大家介紹一下關(guān)于pnp三極管工作原理及它的一些基本知識(shí)。

PNP三極管工作原理詳解

一、pnp三極管的結(jié)構(gòu)造型

晶體三極管是半導(dǎo)體的基本器材之一,主要作用是電流放大的作用,主要是電子電路的核心元件,它的功能就是電流放大和開關(guān)的作用;主要結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體的基本片上制作兩個(gè)相近的PN結(jié),然后再將正塊半導(dǎo)體分成三部分組成。

二、pnp三極管的工作原理

晶體三極管按照材料可以分為以下兩種,分別是鍺管和硅管,不管哪一種的結(jié)構(gòu)形式,而我們使用最多的就是硅NPN和鍺PNP兩種三極管,其工作原理主要的是利用的半導(dǎo)體之間的連接進(jìn)行集電工作。

PNP三極管工作原理詳解

對(duì)三極管放大作用的理解,切記一點(diǎn):能量不會(huì)無(wú)緣無(wú)故的產(chǎn)生,所以,三極管一定不會(huì)產(chǎn)生能量,?但三極管厲害的地方在于:它可以通過(guò)小電流控制大電流。?放大的原理就在于:通過(guò)小的交流輸入,控制大的靜態(tài)直流。??

假設(shè)三極管是個(gè)大壩,這個(gè)大壩奇怪的地方是,有兩個(gè)閥門,一個(gè)大閥門,一個(gè)小閥門。小閥門可以用人力打開,大閥門很重,人力是打不開的,只能通過(guò)小閥門的?水力打開。所以,平常的工作流程便是,每當(dāng)放水的時(shí)候,人們就打開小閥門,很小的水流涓涓流出,這涓涓細(xì)流沖擊大閥門的開關(guān),大閥門隨之打開,洶涌的江水?滔滔流下。如果不停地改變小閥門開啟的大小,那么大閥門也相應(yīng)地不停改變,假若能嚴(yán)格地按比例改變,那么,完美的控制就完成了。??

在這里,Ube就是小水流,Uce就是大水流,人就是輸入信號(hào)。當(dāng)然,如果把水流比為電流的話,會(huì)更確切,因?yàn)槿龢O管畢竟是一個(gè)電流控制元件。??

如果某一天,天氣很旱,江水沒有了,也就是大的水流那邊是空的。管理員這時(shí)候打開了小閥門,盡管小閥門還是一如既往地沖擊大閥門,并使之開啟,但因?yàn)闆]有水流的存在,所以,并沒有水流出來(lái)。這就是三極管中的截止區(qū)。??

飽和區(qū)是一樣的,因?yàn)榇藭r(shí)江水達(dá)到了很大很大的程度,管理員開的閥門大小已經(jīng)沒用了。如果不開閥門江水就自己沖開了,這就是二極管的擊穿。??

模擬電路中,一般閥門是半開的,通過(guò)控制其開啟大小來(lái)決定輸出水流的大小。沒有信號(hào)的時(shí)候,水流也會(huì)流,所以,不工作的時(shí)候,也會(huì)有功耗。??

而在數(shù)字電路中,閥門則處于開或是關(guān)兩個(gè)狀態(tài)。當(dāng)不工作的時(shí)候,閥門是完全關(guān)閉的,沒有功耗。?

晶體三極管是一種電流控制元件。發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)。晶體三極管按材料分常見的有兩種:鍺管?和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式,使用最多的是硅NPN和PNP兩種,兩者除了電源極性不同外,其工作原理都是相同的,三極管工作在放大?區(qū)時(shí),三極管發(fā)射結(jié)處于正偏而集電結(jié)處于反偏,集電極電流Ic受基極電流Ib的控?

制,Ic的變化量與Ib變化量之比稱作三極管的交流電流放大倍數(shù)β(β=ΔIc/ΔIb,Δ表示變化量。)在實(shí)際使用中常常利用三極管的電流放大作用,通過(guò)電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩??

要判斷三極管的工作狀態(tài)必須了解三極管的輸出特性曲線,輸出特性曲線表示Ic隨Uce的變化關(guān)系(以Ib為參數(shù)),從輸出特性曲線可見,它分為三個(gè)區(qū)域:截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。??

根據(jù)三極管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)偏置情況,可以判別其工作狀態(tài):??

對(duì)于NPN三極管,當(dāng)Ube≤0時(shí),三極管發(fā)射結(jié)處于反偏工作,則Ib≈0,三極管工作在截止區(qū);

當(dāng)晶體三極管發(fā)射結(jié)處于正偏而集電結(jié)處于反偏工作時(shí),三極管工作在放大區(qū),Ic隨Ib近似作線性變化;??

當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正偏狀態(tài)時(shí),三極管工作在飽和區(qū),Ic基本上不隨Ib而變化,失去了放大功能。??

截止區(qū)和飽和區(qū)是三極管工作在開關(guān)狀態(tài)的區(qū)域。??

那么各種狀態(tài)Ube?Ubc?Uce有沒有個(gè)固定的電壓值呢???

不同的材料,PN結(jié)的勢(shì)壘電壓不一樣,鍺管約0.3V,硅管約0.7V,不同的制造工藝,不同的型號(hào)也有少量差別,但是基本是這個(gè)量級(jí)。要知道準(zhǔn)確值,必須查看輸入特性曲線(類似于二極管正向特性曲線)。??

三極管是電流放大器件,有三個(gè)極,分別叫做集電極C,基極B,發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來(lái)說(shuō)明一下三極管放大電路的基本原理。

PNP三極管工作原理詳解

下面的分析僅對(duì)于NPN型硅三極管。如上圖所示,我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流?Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的,所以發(fā)射極E上就用了一個(gè)箭頭來(lái)表示電流的方向。三極管的放大作用就是:集電極電流受基極電流的控制(假設(shè)電源?能夠提供給集電極足夠大的電流的話),并且基極電流很小的變化,會(huì)引起集電極電流很大的變化,且變化滿足一定的比例關(guān)系:集電極電流的變化量是基極電流變?化量的β倍,即電流變化被放大了β倍,所以我們把β叫做三極管的放大倍數(shù)(β一般遠(yuǎn)大于1,例如幾十,幾百)。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射?極之間,這就會(huì)引起基極電流Ib的變化,Ib的變化被放大后,導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過(guò)一個(gè)電阻R的,那么根據(jù)電壓計(jì)算公式U=?R*I可以算得,這電阻上電壓就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來(lái),就得到了放大后的電壓信號(hào)了。??

三極管在實(shí)際的放大電路中使用時(shí),還需要加合適的偏置電路。這有幾個(gè)原因。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性(相當(dāng)于一個(gè)二極管),基極電流必須在輸入電壓?大到一定程度后才能產(chǎn)生(對(duì)于硅管,常取0.7V)。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時(shí),基極電流就可以認(rèn)為是0。

但實(shí)際中要放大的信號(hào)往往遠(yuǎn)比?0.7V要小,如果不加偏置的話,這么小的信號(hào)就不足以引起基極電流的改變(因?yàn)樾∮?.7V時(shí),基極電流都是0)。如果我們事先在三極管的基極上加上一?個(gè)合適的電流(叫做偏置電流,上圖中那個(gè)電阻Rb就是用來(lái)提供這個(gè)電流的,所以它被叫做基極偏置電阻),那么當(dāng)一個(gè)小信號(hào)跟這個(gè)偏置電流疊加在一起時(shí),小?信號(hào)就會(huì)導(dǎo)致基極電流的變化,而基極電流的變化,就會(huì)被放大并在集電極上輸出。另一個(gè)原因就是輸出信號(hào)范圍的要求,如果沒有加偏置,那么只有對(duì)那些增加的?信號(hào)放大,而對(duì)減小的信號(hào)無(wú)效(因?yàn)闆]有偏置時(shí)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(dāng)輸入的基極電流變小時(shí),集電極?電流就可以減小;當(dāng)輸入的基極電流增大時(shí),集電極電流就增大。這樣減小的信號(hào)和增大的信號(hào)都可以被放大了。??

下面說(shuō)說(shuō)三極管的飽和情況。像上面那樣的圖,因?yàn)槭艿诫娮鑂c的限制(Rc是固定值,那么最大電流為U/Rc,其中U為電源電壓),集電極電流是不能無(wú)限?增加下去的。當(dāng)基極電流的增大,不能使集電極電流繼續(xù)增大時(shí),三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)則是:Ib*β〉Ic。?進(jìn)入飽和狀態(tài)之后,三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小,可以理解為一個(gè)開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來(lái)當(dāng)作開關(guān)使用:當(dāng)基極電流為0時(shí),三極?管集電極電流為0(這叫做三極管截止),相當(dāng)于開關(guān)斷開;當(dāng)基極電流很大,以至于三極管飽和時(shí),相當(dāng)于開關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài),那?么這樣的三極管我們一般把它叫做開關(guān)管。??

如果我們?cè)谏厦孢@個(gè)圖中,將電阻Rc換成一個(gè)燈泡,那么當(dāng)基極電流為0時(shí),集電極電流為0,燈泡滅。如果基極電流比較大時(shí)(大于流過(guò)燈泡的電流除以三極管?的放大倍數(shù)β),三極管就飽和,相當(dāng)于開關(guān)閉合,燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點(diǎn)就行了,所以就可以用一個(gè)小電流來(lái)控制一個(gè)大?電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加,那么燈泡的亮度也會(huì)隨著增加(在三極管未飽和之前)。??

對(duì)于PNP型三極管,分析方法類似,不同的地方就是電流方向跟NPN的剛好相反,因此發(fā)射極上面那個(gè)箭頭方向也反了過(guò)來(lái)——變成朝里的了。

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