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10个问题,让你真正学懂三极管

问题1:什么是三极管?

三极管,也叫晶体管,是一种控制电流的半导体器件。

这里的“控制电流”多指放大电流信号。

除了放大电流,三极管还常用作开关。

实物长这样:

三极管


三极管电路符号

问题2:三极管在电路中的作用是什么?

主要两种作用:模拟电路主要用于放大信号,数字电路主要用于无触点开关。

问题3:三极管的内部结构是怎么样的?

二极管PN结,我想大家应该熟悉:

PN结

三极管可以看作由两个PN结组成,有两种组合方式:PN-NP,形成PNP三极管;NP-PN,形成NPN三极管。无论是NPN三极管还是PNP三极管,都会有三个极:基极(b)、集电极(c)、发射极(e)。

值得一提的是,三极管里的P型和N型半导体掺杂浓度是不一样的(划重点!后面要考)。比如NPN三极管,其e极连接的发射区是高浓度N型半导体,b极连接的基区是正常浓度的P型半导体,c极连接的集电区是正常浓度的N型半导体。


NPN三极管内部结构横截图

问题4:命名b极、c极、e极,有什么特殊含义吗?

三极管极脚的命名,体现了三极管工作时的电子运动状态。

发射极(e):Emitter,发射的意思,指发射区向基区发射电子;

基极(b):Base,基地的意思,在基区中电子会发生扩散与复合运动;

集电极(c):Collector,收集的意思,指集电区收集电子。

问题5:PNP型与NPN型的区别是什么?

①.结构不同:PNP型三极管是由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;NPN型三极管是由2块N型半导体中间夹着1块P型半导体所组成的三极管。

②.PN结方向不同:PNP是共阴极,即两个PN结的N结相连做为基极;NPN则刚好于此相反。

③.两者的电源极性不同。

PNP型三极管与NPN型三极管更多的是结构不同,但两者的工作原理是一样。

问题6:三极管的工作原理是什么?

如上所述,从结构上来看,三极管可以看作由两个PN结组成。e极和b极间的PN结,我们叫发射结,c极和b极间的PN结叫集电结。当PN结正偏时,电路导通;反偏时,电路不导通。所以三极管的工作状态与其发射结、集电结的偏置状态息息相关。

当我们给三极管加上电源,三极管就会进入工作状态。

三极管有三种工作状态;截止、放大、饱和。

截止:发射结反偏、集电结反偏

对于硅管来说,PN结的导通电压是0.7V。

所以发射结电压Ube小于0.7V的导通电压时,发射结反偏,Ib为0。Uce>Ube,集电结反偏,三极管工作在截止状态。

放大:发射结正偏、集电结反偏

当发射结电压Ube等于0.7V的导通电压,发射结导通,Uce>Ube,集电结反偏。Ic=β * Ib,其中β正常情况下在几十到100多的范围内。Ib控制Ic,Ic与Ib近似于线性关系,在基极加上一个小信号电流,就能引起集电极大的信号电流输出。

饱和:发射结正偏、集电结正偏

UBE=0.7V,发射结正偏;Uce<Ube,集电结正偏。当三极管的集电结电流Ic增大到一定程度时,再增大Ib,Ic也不会增大,超出了放大区,进入了饱和区。三极管没有放大作用,集电极和发射极相当于短路,常与截止配合于开关电路。

综上,三极管工作状态的特点如下:


NPN三极管(硅管)工作状态的特点

为方便大家理解,我们打个比方。

集电极连接的电源,是放大输出的源头,我们看做集电极连接了一个水池,集电极闸门的闸口开的越大,水流(Ic)就会越大。而基极电流(Ib)好比我们推动集电极闸门的力的大小,用力推(Ib变大),集电极闸门开的就大,水流(Ic)就变大,这是基极电流控制集电极电流。我们的推力一直变大,当推力(Ib)大到一定数值后,集电极闸门完全打开,开到了最大,我们的推力不能再和水流成线性关系了,这时三极管放大就达到了饱和状态。

问题7:为什么三极管能放大?

所谓的放大,指的用小信号撬动大信号。在三极管上,是基极电流(Ib)控制集电极电流(Ic)的变化,但Ic的变化比Ib的变化要大得多。

以NPN型三极管为例,发射区N型半导体的掺杂浓度比集电区N型半导体的要高,掺杂浓度高意味自由电子浓度高,这是三极管实现放大功能的关键。

当发射结正偏且集电结反偏时,三极管处于放大工作状态。发射结正偏,发射结导通,由于发射区自由电子浓度较高,所以进入基区P型半导体的自由电子也多,基区电场增大。此时,虽然集电结反偏,但由于基区电场大于集电区,所以基区部分电子突破集电结耗尽层,产生漂移运动,进入集电极,使得集电结导通,产生Ic。

当Ib变大时,发射结自由电子浓度升高,漂移电子增多,Ic增大。所以Ib控制Ic,Ic与Ib近似于线性关系,只要我们在基极加上一个小信号电流,就能引起集电极大的信号电流输出。

问题8:三极管如何实现开关功能?

三极管用作开关时,只有截止、饱和两个状态。截止状态看作是“关”,饱和状态看作是“开”。

重点是,三极管在什么情况下导通?什么情况下又会关断?

控制Ib即可实现开关功能。当Ib=0,发射结没有导通,三极管工作在截止状态。当Ib≥1mA时,完全可以保证三极管工作在饱和状态,对于小功率的三极管此时Ic为几十到几百mA,驱动继电器、蜂鸣器等功率器件绰绰有余。

问题9:三极管有什么特性?

流控特性:即电流控制电流,b极电流可控制c极电流的有无与大小。

放大特性:b极电流的小变化可引起c极电流的大变化。

开关特性:除了放大作用,三极管还能用作开关。比如当NPN三极管的e极接地,b极电流>1mA时,三极管完全导通,起到开关作用。

问题10:三极管有哪些应用?

三极管主要应用电路:

放大电路:用作电压或电流放大。

振荡电路:用作调制、解调或自激振荡。

开关电路:作闸流、限流或开关管。

在生活中,常见家里音响中的功率放大器,主要器件就是三极管,它可以把很弱小的声音信号放大到足以振动扬声器发出声音。还有楼道里的触摸开关,光敏开关,以及你天天都离不开的手机、电脑、充电器,电视等都会用到三极管。

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