NPN三极管和PNP三极管的工作原理

2023-10-27

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NPN型三极管
由两块N型半导体中间夹着一块P型半导体组成,也称晶体三极管,是电子电路中最重要的器件。三极管的主要功能是电流放大和开关作用,可以把微弱的电信号变成一定强度的信号。

三极管一个关键参数是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时,在集电极上得到一个是注入电流β倍的电流,即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化,并且基极电流很小的变化会引起集电极电流很大的变化,这就是三极管的放大作用。
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以共发射极接法为例(信号从基极输入,从集电极输出,发射极接地),当基极电压UB有一个微小的变化时,基极电流IB也会随之有一小的变化,受基极电流IB的控制,集电极电流IC会有一个很大的变化,基极电流IB越大,集电极电流IC也越大,反之,基极电流越小,集电极电流也越小,即基极电流控制集电极电流的变化。
但集电极电流的变化比基极电流的变化大得多,这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β(β=ΔIC/ΔIB, Δ表示变化量),三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。
如果集电极电流IC是流过一个电阻Rc的,那么根据电压计算公式U=Rc*Ic可以算得。将该电压取出来,就得到放大后的电压信号了。
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使用时还需加偏置电路,原因如下:
1)由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管),基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管,常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时,基极电流可认为是0。
但实际要放大的信号往往比0.7V小,如果不加偏置,这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时,基极电流都是0),上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流,所以Rb叫做基极偏置电阻。

2)输出信号范围的要求,如果没有加偏置,那么只有对那些增加的信号放大,而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0,不能再减小了)。而加上偏置,事先让集电极有一定的电流,当输入的基极电流变小时,集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时,集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大。

饱和情况
上图中由于受到电阻Rc的限制(那么最大电流为U/Rc,U为电源电压),集电极电流是不能无限放大的。当基极电流的增大,不能使集电极电流继续增大时,三极管就进入饱和状态,判断准则是:Ib*β>Ic。
进入饱和状态后,三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小,可以理解为一个开关闭合了。
这样可以用三极管当作开关使用:当基极电流为0时,集电极电流为0(三极管截止),相当于开关断开;当基极电流很大,至三极管饱和时,相当于开关闭合。

PNP型三极管
由2块P型半导体中间夹着1块N型半导体所组成的三极管,也可描述成,电流从发射极E流入的三极管。PNP晶体管的电流和电压都和NPN型晶体管的相反,因此发射极上面那个箭头方向也反了过来。PNP型三极管发射极电位最高,集电极电位最低,UBE<0。
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导通时IE=(放大倍数+1)*IB,和ICB没有关系,ICB=0。
ICB>0时,可能三极管有问题,所以三极管在正常工作时,不管是在放大区还是饱和区,ICB=0。
当UEB>0.7V(硅)(锗0.2V),RC/RB<放大倍数时,三极管工作在饱和区,反之就工作在放大区。

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