三极管饱和原理正解
三极管原理全总结
1、三极管的正偏与反偏:给PN结加的电压和PN结的允许电流方向一致的叫正偏,否则就是反偏。
即当P区(阳极)电位高于N区电位时就是正偏,反之就是反偏。
例如NPN型三极管,位于放大区时,Uc>Ub集电极反偏,Ub>Ue发射极正偏。
总之,当p型半导体一边接正极、n型半导体一边接负极时,则为正偏,反之为反偏。
NPN和PNP主要是电流方向和电压正负不同。
NPN是用B—E的电流(IB)控制C—E的电流(IC),E极电位最低,且正常放大时通常C极电位最高,即VC>VB>VE。
PNP是用E—B的电流(IB)控制E—C的电流(IC),E极电位最高,且正常放大时通常C极电位最低,即VC<VB<VE。
2、三极管的三种工作状态:放大、饱和、截止(1)放大区:发射结正偏,集电结反偏。
对于NPN管来说,发射极正偏即基极电压Ub>发射极电压Ue,集电结反偏就是集电极电压Uc>基极电压Ub。
放大条件:NPN管:Uc>Ub>Ue;PNP管:Ue>Ub>Uc。
(2)饱和区:发射结正偏、集电结正偏--BE、CE两PN结均正偏。
即饱和导通条件:NPN管:Ub>Ue,Ub>Uc,PNP型管:Ue>Ub,Uc>Ub。
饱合状态的特征是:三极管的电流Ib、Ic 都很大,但管压降Uce 却很小,Uce≈0。
这时三极管的c、e 极相当于短路,可看成是一个开关的闭合。
饱和压降,一般在估算小功率管时,对硅管可取0.3V,对锗管取0.1V。
此时的,iC几乎仅决定于Ib,而与Uce无关,表现出Ib对Ic的控制作用。
(3)截止区:发射结反偏,集电结反偏。
由于两个PN 结都反偏,使三极管的电流很小,Ib≈0,Ic≈0,而管压降Uce 却很大。
这时的三极管c、e 极相当于开路。
可以看成是一个开关的断开。
3、三极管三种工作区的电压测量如何判断电路中的一个NPN硅晶体管处于饱和,放大,截止状态?用电压表测基极与射极间的电压Ube。
三极管工作原理
三极管是经常应用的一个电子元器件,在模拟电路中经常利用其工作在线性区来做信号处理电流放大等,在数字电路中又会利用其工作在饱和区截止区来作为开关控制。
作为开关使用,除了在数字电路中应用以外,还多用于电力电子中用作功率处理,常见有开关电源、逆变器等。
然而,很多资料对三极管的介绍常常太过简单或不够深入,以至于我们对三极管的理解经常一头雾水,或者对其工作机制理解不到位。
所以本文着重从半导体内部机制来介绍其工作原理。
双极性晶体管,全程双极性结型晶体管(bipolar junction transistor, BJT),也就是我们常说的三极管。
三极管的发明在电子学历史上具有革命意义,1956年,威廉·肖克利(William Shockley)、约翰·巴丁(John Bardeen)和沃尔特·布喇顿(Walter Brattain)因为三极管的发明工作被授予诺贝尔物理学奖。
半导体物理中的一些基本概念:在讲解其工作原理之前,先简单的介绍下半导体物理中的一些基本概念。
半导体是介于导体和绝缘体之间的一种介质,在不同的条件下可以表现出导电或者不导电的特性。
电子半导体器件所用的材料大部分为硅、锗等在元素周期表中处于金属非金属交界处的四价元素。
本征半导体 (intrinsic semiconductor))是指完全不含杂质的纯净半导体。
因为不含杂质,其中的载流子仅仅只靠本征激发产生,其导电性很差。
与之对应的是非本征半导体,根据掺杂不同分为N型半导体和P型半导体。
图1 本征半导体N型半导体是指在本征半导体掺入+5价元素(如P、Sb等)的半导体。
由于加入了最外层为5个电子的元素,在形成共价键后会多出一个电子,这个电子就成了自由电子。
半导体因为掺杂而多出了载流子为自由电子,所以称为N型半导体。
在N型半导体中,电子为多数载流子。
图2 N型半导体P型半导体是指在本征半导体中掺入了+3价元素(如B、Al)的半导体。
谈谈三极管的开关功能
众所周知,三极管不仅可以用在放大电路上,在开关电路中也有非常广泛的应用。
对于三极管,我们不仅仅要理解它的输出特性曲线,更要弄清楚它的原理。
三极管开关电路中,是让三极管工作在饱和截止态,即集电结正偏,发射结正偏与集电结反偏的两种状态来表明开关状态。
如下图为一个简单的开关电路通过1脚的电压输入来控制开关管的开关。
在开关电路中,饱和状态若在深度饱和时会影响其开关速度,如下图框框中的即为深度饱和带来的延迟:饱和电路在基极电流乘放大倍数等于或稍大于集电极电流时是浅度饱和,远大于集电极电流时是深度饱和。
因此我们只需要控制其工作在浅度饱和工作状态就可以提高其转换速度,效果如下图所示。
三极管饱和很多模拟电路书中都会详细的讲三极管饱和的概念和过程。
但真要透彻理解,还是要一个过程吧。
每一次应用后,都会感觉自己的理解又有了一个提高。
希望今天能把自己的理解准确地表达出来首选我用PSPICE画了这个图。
大家可以先注意一下这个电阻,10K。
如果流过接近0.5mA的话,管子就饱和了。
我认为理解饱和,就先从这个电阻开始。
实际应用中,即使不是电阻,也是有源负载,它的电阻值是很大的。
三极管正常放大时,集电极电流是基极电流的B倍放大。
但当Ib再增加时,Ic的增加就会导致R1上的分压增加,Q1的集电极电位迅速下降,直到Vce很小,Vbe正偏,达到饱和。
饱和后Ic也就不再是Ib的B倍了,而是小于B倍。
再从三极管结构来讲:NPN管,当发射极的电子注入(有正向的Vbe)基区,再扩散到集电结边缘。
放大区工作时,反偏的电压会把边缘的电子立刻吸引到集电极。
当电流逐渐增加,反偏电压就会逐渐减小了。
当Ic大到使Vcb为0时,管子进入饱和,就不再有电场吸引这些结边缘的电子了,电子只能是扩散到集电极。
当Ic再增加时,Vbc就正偏了,会阻碍电子扩散了,但因为基区电子浓度太大了,所以能够满足Ic。
同时也是因为基区电子浓度大,在数字电路中,转换管子状态时,速度会很慢。
晶体三极管的工作原理详解
PN 结的本质:在 P 型半导体和 N 型半导体的结合面两侧,留下离子薄层,这个离子薄层形成的空间电荷区称为 PN 结。
1、切入点:要想很自然地说明问题,就要选择恰当地切入点。
讲三极管的原理我们从二极管的原理入手讲起。
二极管的结构与原理都很简单,内部一个 PN 结具有单向导电性,如示意图B。
很明显图示二极管处于反偏状态, PN 结截止。
我们要特殊注意这里的截止状态,实际上 PN 结截止时,总是会有很小的漏电流存在,也就是说 PN 结总是存在着现象, PN 结的单向导电性并非百分之百。
为什么会浮现这种现象呢?这主要是因为PN 结反偏时,能够正向导电的多数载流子被拉向电源,使PN 结变厚,多数载流子不能再通过 PN 结承担起载流导电的功能。
所以,此时漏电流的形成主要靠的是少数载流子,是少数载流子在起导电作用。
反偏时,少数载流子在电源的作用下能够很容易地反向穿过 PN 结形成漏电流。
漏电流之所以很小,是因为少数载流子的数量太少。
很明显,此时漏电流的大小主要取决于少数载流子的数量。
如果要想人为地增加漏电流,只要想办法增加反偏时少数载流子的数量即可。
所以,如图B漏电流就会人为地增加。
其实,光敏二极管的原理就是如此。
光敏二极管与普通光敏二极管一样,它的 PN 结具有单向导电性。
因此,光敏二极管工作时应加之反向电压,如图所示。
当无光照时,电路中也有很小的反向饱和漏电流,普通为1×10-8 —1×10-9A(称为暗电流),此时相当于光敏二极管截止;光敏二极管工作在反偏状态,因为光照可以增加少数载流子的数量,于是光照就会导致反向漏电流的改变,人们就是利用这样的道理制作出了光敏二极管。
既然此时漏电流的增加是人为的,那末漏电流的增加部份也就很容易能够实现人为地控制。
2、强调一个结论:讲到这里,一定要重点地说明 PN 结正、反偏时,多数载流子和少数载流子所充当的角色及其性质。
为什么呢?这就导致了以上我们所说的结论:反偏时少数载流子反向通过 PN 结是很容易的,甚至比正偏时多数载流子正向通过 PN 结还要容易。
PNP三极管工作原理
PNP三极管工作原理引言概述:PNP三极管是一种常用的电子元件,广泛应用于各种电路中。
了解PNP三极管的工作原理对于电子工程师和爱好者来说非常重要。
本文将详细阐述PNP三极管的工作原理,包括其结构、工作方式、电流流动和应用等方面。
正文内容:1. PNP三极管的结构1.1 发射极(Emitter):发射极是PNP三极管的一个极,其主要作用是发射电子。
1.2 基极(Base):基极是PNP三极管的第二个极,它控制电流的流动。
1.3 集电极(Collector):集电极是PNP三极管的第三个极,它采集电流。
2. PNP三极管的工作方式2.1 偏置:PNP三极管需要正确的偏置电压才干正常工作。
通常,基极与发射极之间的电压为正,而基极与集电极之间的电压为负。
2.2 放大:当基极与发射极之间的电压为正时,发射极会发射电子,这些电子会通过基极流向集电极。
这样,小的输入电流会被放大为较大的输出电流。
2.3 反转:当基极与发射极之间的电压为负时,PNP三极管处于关闭状态,没有电流流动。
3. PNP三极管中的电流流动3.1 基极电流(IB):基极电流是通过基极流入PNP三极管的电流。
3.2 发射极电流(IE):发射极电流是从发射极流出PNP三极管的电流。
3.3 集电极电流(IC):集电极电流是从集电极流出PNP三极管的电流。
通常,集电极电流等于基极电流加之发射极电流。
4. PNP三极管的应用4.1 放大器:PNP三极管可以用作放大器,将小的输入信号放大为更大的输出信号。
4.2 开关:PNP三极管可以用作开关,控制电路的通断。
4.3 振荡器:PNP三极管可以用于构建振荡器,产生特定频率的信号。
5. 总结PNP三极管是一种重要的电子元件,具有广泛的应用。
通过了解其结构、工作方式、电流流动和应用等方面的知识,我们可以更好地理解和应用PNP三极管。
无论是在放大器、开关还是振荡器等电路中,PNP三极管都发挥着重要的作用,为电子领域的发展做出了巨大贡献。
三极管饱和原理正解
郑老师:这篇大作把三极管的放大和截止两个状态阐述其机理挺明白了。
那么还有第三个状态,饱和状态是怎么一个情况?请问1.三极管饱和状态是通过外部偏置电阻等预先设置好,通电后直接进入这个饱和状态的吗?2.三极管处于饱和状态时,集电结施加正偏电压后,基区及集电区各载流子的运动状态是怎样的?我怎么觉得两个PN结都处于正偏置状态,感觉怪怪的呢?少数载流子怎么流动的?已经加的正偏电压了,怎么还说是“反向导通”呢?3.三极管饱和状态,集电极到发射极的电压为什么只有0.3V? 请把基极到发射极,集电极到发射极之间的电压用图示表示出来一下吧。
难道发射结跟集电结的势垒不一样大?集电结如果是0.4,那么为什么发射结是0.7V?真是奇怪了。
博主回复:2012-10-16 17:41:47你的问题很好!这也是三极管原理不好理解的关键之所在,也是传统讲法的问题之所在。
饱和状态时,集电极(NPN)的高电位已不存在(为零),如你所说甚至低于基极电位,但仍然有很大的饱和电流反向通过集电结。
注意,这里所说的“反向”是指电流的方向与集电结的单向导电(P指向N)的方向相反,电流的性质也仍然是由发射极“发射”过来的“少数截流子”电流。
值得强调的是:集电结对这个反向的少子电流本质上没有阻碍作用,集电结作为PN结反向截止的只是“多子”电流,而不是“少子”电流。
下面按你问题的顺序来逐条说一下:1 三极客的饱和状态确实取决于外部偏置电阻电路,但不一定需要事先设置好。
如,当集电极电阻的参数处在合适范围时,三极客是否进入饱和状态主要取决于基极的控制。
开关型三极管就是这样工作的,要么截止要么饱和,取决于基极的控制。
2 三极客处于饱和状态时,两个PN结不是“都”处于正偏状态,发射结是正偏状态,要特别注意的是集电结,集电结电压虽然可以为正但决不能达到门值,所以集电结并不是正偏状态。
如果集电结的正电压达到门值,则反向的集电结(极)“少子”电流将消失,取而代之的就是由基极指向集电极的“正向多子”电流,这时的三极管就完全等效成了两个二极管,这个正向多子电流纯粹就是集电结的一个正向导通电流(即二极管电流),而不再具备集电极电流的任何意义。
三极管工作原理及详解.
半导体三极管,又称为双极结型晶体管(BJT)
c
N P N 集电极 集电结
NPN型 c b
PNP型
c b
b
基极
发射结
e
e
发射极
e
三极管的发射极的箭头方向, 代表三极管工作在放大,饱和 状态时,发射极电流(IE)的 实际方向。
半导体三极管的分类:
按材料分: 按结构分: 按使用频率分: 按功率分: 硅管、锗管 NPN、 PNP 低频管、高频管 小功率管 < 500 mW 中功率管 0.5 1 W 大功率管 > 1 W
发射结正偏
集电结反偏
三极管的 电流放大条件
内部:发射区高掺杂, 基区很薄,集电结面 积大 外部:发射结正偏,集 电结反偏
N
+ + + + + +
外电场方向
P
-
N
+ + + + + +
+ + + + +
+ + + + +
e
+ + + +
+ + +
c
b
UBB RB UCC RC
1、发射区的电子大量地扩散注 入到基区,基区空穴的扩散可 忽略。
三极管状态判断小结
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止
正向 反向
反向 反向
判断截止状态时的引脚
饱和 倒置
NPN型 c b
正向 反向
PNP型 c b
正向 正向
对一般的NPN管电路: UC=+UCC,UE=0V,UB≤0V UCE=+UCC 对一般的PNP管电路: UC= -UCC,UE=0V,UB≥0V UCE= -UCC
如何正确理解三极管的放大区、饱和区、截止区
如何正确理解三极管的放⼤区、饱和区、截⽌区转发:三极管的⼯作原理对三极管放⼤作⽤的理解,切记⼀点:能量不会⽆缘⽆故的产⽣,所以,三极管⼀定不会产⽣能量。
但三极管厉害的地⽅在于:它可以通过⼩电流去控制⼤电流。
放⼤的原理就在于:通过⼩的交流输⼊,控制⼤的静态直流。
假设三极管是个⼤坝,这个⼤坝奇怪的地⽅是,有两个阀门,⼀个⼤阀门,⼀个⼩阀门。
⼩阀门可以⽤⼈⼒打开,⼤阀门很重,⼈⼒是打不开的,只能通过⼩阀门的⽔⼒打开。
所以,平常的⼯作流程便是,每当放⽔的时候,⼈们就打开⼩阀门,很⼩的⽔流涓涓流出,这涓涓细流冲击⼤阀门的开关,⼤阀门随之打开,汹涌的江⽔滔滔流下。
如果不停地改变⼩阀门开启的⼤⼩,那么⼤阀门也相应地不停改变,假若能严格地按⽐例改变,那么,完美的控制就完成了。
在这⾥,Ube 就是⼩⽔流,Uce 就是⼤⽔流,⼈就是输⼊信号。
当然,如果把⽔流⽐为电流的话,会更确切,因为三极管毕竟是⼀个电流控制元件。
如果某⼀天,天⽓很旱,江⽔没有了,也就是⼩的⽔流那边是空的。
管理员没有打开⼩阀门,尽因此没有⽔流的存在,简单的讲就是三极管未导通,Ube<打开电压,⼀般是⼩于0.5或者0.7V ,此时Ib=0,Ic=Iceo ≈0.这就是三极管中的截⽌区。
饱和区是⼀样的,因为此时江⽔达到了很⼤很⼤的程度,管理员开的阀门⼤⼩已经没⽤了。
如果不开阀门江⽔就⾃⼰冲开了,这就是⼆极管的击穿。
在模拟电路中,⼀般阀门是半开的,通过控制其开启⼤⼩来决定输出⽔流的⼤⼩。
没有信号的时候,⽔流也会流,所以,不⼯作的时候,也会有功耗。
⽽在数字电路中,阀门则处于开或是关两个状态。
当不⼯作的时候,阀门是完全关闭的,没有功耗。
截⽌状态三极管作为开关使⽤时,仍是处于下列两种状态下⼯作。
1.截⽌(cut off)状态:如图5所⽰,当三极管之基极不加偏压或加上反向偏压使BE 极截⽌时(BE 极之特性和⼆极管相同,须加上⼤于0.7V 之正向偏压时才态导通),基极电流IB=0,因为IC=βIB,所以IC=IE=0,此时CE 极之间相当于断路,负载⽆电流。
晶体三极管的工作原理
晶体三极管的工作原理
晶体三极管是一种常用的电子器件,由PN结组成。
它具有放
大和开关功能,在电子设备中扮演着重要的角色。
晶体三极管的工作原理涉及到两个主要的区域:基区和发射区。
基区位于PN结中间,发射区位于PN结的一侧。
在正常工作
状态下,基区与发射区之间存在两个反向偏置,即两个PN结
的结电位均高于基位。
当施加一个适当的电压到基区时,基区与发射区之间的PN结
被击穿,导致电流流过发射区。
这个电流的大小与施加到基区的电压成正比,因此可以被用来放大电信号。
这个过程也称为晶体三极管的放大作用。
晶体三极管的开关作用也是基于PN结的反向偏置。
当基区施
加的电压小于某个阈值时,PN结不会被击穿,发射区不会导通,晶体三极管处于关闭状态。
相反,当基区施加的电压大于阈值时,PN结被击穿,产生一个连续的电流,晶体三极管处
于开启状态。
基区电压的变化使得发射区的电流随之变化,这允许晶体三极管在电子电路中进行放大或开关操作。
晶体三极管的放大倍数由PN结的性质和电路的设计决定。
总之,晶体三极管利用PN结的特性,在适当的电压和电流下,能够实现电信号的放大和开关功能。
这使得它在各种电子设备中得到广泛应用。
三极管的结构原理
三极管的结构原理三极管是一种常用的电子元件,其结构由三个不同掺杂的半导体材料层叠而成。
三极管的结构原理决定了它在电子设备中广泛应用的能力。
发射区是三极管的最薄区域,通常是由N型半导体材料制成。
这个区域具有高浓度的杂质原子,称为施主原子。
正因为这种高浓度的施主原子,发射区具有较高的电子浓度。
当在发射结(PN结)的一侧提供正电压时,施主原子释放出电子,这些电子随即冲出发射区,流向集电区。
基区是三极管的控制区域,通常是由P型半导体材料制成。
这个区域的掺杂浓度相对较低。
当在发射结的另一侧提供反向偏置电压时,基区变成一个非导电的区域。
然而,当在基极施加足够的正向电压时,截流作用会被抵消,从而使电流通过基极到达发射结。
集电区是三极管的电流输出区域,通常也是由P型半导体材料制成。
这个区域的掺杂浓度比基区高得多,因此具有更大的空穴浓度。
当电子从发射区进入集电区时,它们与空穴重组,从而形成一个电流。
简而言之,三极管的结构原理可以总结为以下几点:1.发射区的高施主原子浓度使之具有较高的电子浓度;2.基区的低掺杂浓度使之成为一个非导电区域,只有在施加正向电压时才能导电;3.集电区的高掺杂浓度使之具有较高的空穴浓度,便于电流通过。
在开关电路中,三极管可以控制电路的开关状态。
当施加足够的正向电压时,电流可以通过三极管,从而使电路闭合。
相反,当施加反向电压时,电流无法通过三极管,从而将电路分开。
这使得三极管在逻辑电路和计算机系统中广泛应用。
除了以上基本原理外,三极管还具有其他特性,如共发射极、共基极和共集电极等。
这些特性使得三极管能够在不同的电路和应用中灵活运用。
例如,共发射极三极管(NPN三极管)常用于放大电路,而共集电极三极管(PNP三极管)常用于开关电路。
综上所述,三极管的结构原理是其能够放大信号和控制电路的关键。
通过控制发射区和基区之间的电流,三极管可以实现电子设备中许多重要的功能。
因此,对于理解和应用电子技术来说,三极管的结构原理是非常重要的。
三极管结构工作原理
三极管结构工作原理
三极管是一种电子元件,它在电路中起着放大、开关、振荡等作用。
它的基本结构和工作原理如下:
三极管由三个半导体组成,包括两个N型和一个P型半导体,中间是P型
半导体,两侧是两个N型半导体。
这个结构形成了两个PN结,即集电极-
基极结和发射极-基极结。
三极管的主要工作原理是,当加在发射极和基极之间的电压超过开启电压时,PN结将产生空穴和电子,这些电子和空穴将在空间电荷区中聚集,形成基
极电流。
由于集电极-基极结正向偏置,大量的电子将从基极注入到集电极,形成集电极电流。
同时,部分电子与集电极中的空穴复合,形成集电极-发
射极电流。
这就是三极管的工作原理。
三极管的工作原理是通过控制基极电流来控制集电极电流和发射极电流,实现电流的放大作用。
在放大电路中,三极管起到了将微弱的电信号放大成较强的信号的作用。
同时,三极管还可以用来实现信号的开关、振荡等操作。
总之,三极管的工作原理是通过控制基极电流来实现集电极电流和发射极电流的控制,从而实现电流的放大作用。
三极管的原理及作用及电路图
三极管原理我以NPN三极管为例为你说明三极管的原理:首先三极管是由两个P-N结够成,NPN三极管就是两头是N型,中间是P型。
N端为电子端,P端为空穴端在制造三极管时,要把发射区的N型半导体电子浓度做的很大,基区P型半导体做的很薄,当基极的电压大于发射极电压(硅管要大0.7V,锗管要大0.3V)而小于集电极电压时,这时发射区的电子进入基区,进行复合,形成IE;但由于发射区的电子浓度很大,基区又很薄,电子就会穿过反向偏置的集电结到集电区的N型半导体里,形成IC;基区的空穴被复合后,基极的电压又会进行补给,形成IB。
晶体三极管具有放大、开关、振荡、混频、频率变换等作用,通常晶体三极管可以处理的功率至几百W,频率至几百MHz左右。
这样的晶体三极管是在一个本征半导体中由三层n型半导体和p型半导体构成的。
本章学习晶体三极管所具有的NPN型和PNP型结构以有晶体三极管的命名方法,并且从称为基极、集电极、发射极的三个电极中流过的电流值来研究晶体三极管中电流的流动方法和作用。
然后,为了能够正确地作用晶体三极管,对晶体三极管的最大额定值、晶体三极管上施加的电压和电流的关系等进行分析。
2.1 晶体三极管是P型和N型半导体和有机组合2.1.1 晶体三极管的各种各样形状和名称晶体三极管有三只脚,有的金属壳相当于其中一只脚。
如图2.1所示,对应于不同的用途,有各种各样形状的三极管。
另外,晶体三极管的名称根据JIS C 7012,按图2.3所示那样决定。
从晶体三极管的名称,我们可以了解其大致的用途和结构。
2.1.2 晶体三极管的结构和电路符号晶体三极管按结构粗分有npn型和pnp型两种类型。
Npn型如图2.2(a)所示,两端是n型半导体,中间是p型半导体。
Pnp 型如同图(b)所示,两端是p型半导体,中间是n型半导体。
在图2.2(a)、(b)中,被夹在中间的p型以及n型半导体部分,宽度只有数微米程度,非常的薄,这一部分称为基区(base:B)。
图说三极管的三个工作状态
抛开三极管内部空穴和电子的运动,还是那句话只谈应用不谈原理,希望通过下面的“图解”让初学者对三极管有一个形象的认识。
三极管是一个以b(基极)电流Ib 来驱动流过CE 的电流Ic 的器件,它的工作原理很像一个可控制的阀门。
图1左边细管子里蓝色的小水流冲动杠杆使大水管的阀门开大,就可允许较大红色的水流通过这个阀门。
当蓝色水流越大,也就使大管中红色的水流更大。
如果放大倍数是100,那么当蓝色小水流为1千克/小时,那么就允许大管子流过100千克/小时的水。
三极管的原理也跟这个一样,放大倍数为100 时,当Ib(基极电流)为1mA 时,就允许100mA 的电流通过Ice。
有了这个形象的解释之后,我们再来看一个单片机里常用的电路。
图2我们来分析一下这个电路,如果它的放大倍数是100,基极电压我们不计。
基极电流就是10V&pide;10K=1mA,集电极电流就应该是100mA。
根据欧姆定律,这样Rc上的电压就是0.1A×50Ω=5V。
那么剩下的5V 就吃在了三极管的C、E 极上了。
好!现在我们假如让Rb为1K,那么基极电流就是10V&pide;1K=10mA,这样按照放大倍数100算,Ic就是不是就为1000mA 也就是1A了呢?假如真的为1安,那么Rc上的电压为1A×50Ω=50V。
啊?50V!都超过电源电压了,三极管都成发电机了吗?其实不是这样的。
见下图:图3我们还是用水管内流水来比喻电流,当这个控制电流为10mA 时使主水管上的阀开大到能流过1A 的电流,但是不是就能有1A 的电流流过呢?不是的,因为上面还有个电阻,它就相当于是个固定开度的阀门,它串在这个主水管的上面,当下面那个可控制的阀开度到大于上面那个固定电阻的开度时,水流就不会再增大而是等于通过上面那个固定阀开度的水流了,因此,下面的三极管再开大开度也没有用了。
因此我们可以计算出那个固定电阻的最大电流10V/50Ω=0.2A也就是200mA。
三极管饱和和截至的解释
1、切入点:要想很自然地说明问题,就要选择恰当地切入点。
讲三极管的原理我们从二极管的原理入手讲起。
二极管的结构与原理都很简单,内部一个PN结具有单向导电性,如示意图B。
很明显图示二极管处于反偏状态,PN结截止。
我们要特别注意这里的截止状态,实际上PN结截止时,总是会有很小的漏电流存在,也就是说PN结总是存在着反向关不断的现象,PN 结的单向导电性并不是百分之百。
为什么会出现这种现象呢?这主要是因为P区除了因“掺杂”而产生的多数载流子“空穴”之外,还总是会有极少数的本征载流子“电子”出现。
N区也是一样,除了多数载流子电子之外,也会有极少数的载流子空穴存在。
PN结反偏时,能够正向导电的多数载流子被拉向电源,使PN结变厚,多数载流子不能再通过PN结承担起载流导电的功能。
所以,此时漏电流的形成主要靠的是少数载流子,是少数载流子在起导电作用。
反偏时,少数载流子在电源的作用下能够很容易地反向穿过PN结形成漏电流。
漏电流只所以很小,是因为少数载流子的数量太少。
很明显,此时漏电流的大小主要取决于少数载流子的数量。
如果要想人为地增加漏电流,只要想办法增加反偏时少数载流子的数量即可。
所以,如图B,如果能够在P区或N区人为地增加少数载流子的数量,很自然的漏电流就会人为地增加。
其实,光敏二极管的原理就是如此。
光敏二极管与普通光敏二极管一样,它的PN结具有单向导电性。
因此,光敏二极管工作时应加上反向电压,如图所示。
当无光照时,电路中也有很小的反向饱和漏电流,一般为1×10-8 —1×10 -9A(称为暗电流),此时相当于光敏二极管截止;当有光照射时,PN结附近受光子的轰击,半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子—空穴对,这些载流子的数目,对于多数载流子影响不大,但对P区和N区的少数载流子来说,则会使少数载流子的浓度大大提高,在反向电压作用下,反向饱和漏电流大大增加,形成光电流,该光电流随入射光强度的变化而相应变化。
三极管工作状态的判定探讨解读
三极管工作状态的判定探讨摘要:对三极管放大作用的理解,切记一点:能量不会无缘无故的产生,所以,三极管一定不会产生能量。
三极管是一个电流控制元件:它可以通过小电流控制大电流。
根据其电流的大小可以判定不同的工作状态。
关键词:三极管;电流控制;工作状态1 三种工作状态的特点1.1 三极管饱和状态下的特点要使三极管处于饱和状态,必须基极电流足够大,即Is≥IBs。
三极管在饱和时,集电极与发射极间的饱和电压(Uces)很小,根据三极管输出电压与输出电流关系式三极管饱和时,基极电流很大,对硅管来说,发射结的饱和压降U BEC =0.7V(锗管U BEC=-0.3V),而U CES=0见,U BE>0,U BC >0,也就是说,发射结和集电结均为正偏。
三极管饱和后,C、E间的饱和电阻RcEs=UcEs/Ics,UcEs很小,Ics最大,故饱和电阻RcEs很小。
所以说三极管饱和后C、E问视为短路,饱和状态的NPN型三极管等效电路如图1所示。
1.2 三极管截止状态下的特点要使三极管处于截止状态,必须基极电流IS=0,此时集电极IC=I CEO≈0(I CEO穿透电流,极小),根据三极管输出电压与输出电流关系式U CE=EC-ICRC,集电极与发射极间的电压U CE EC。
三极管截止时,基极电流IB=0,而集电极与发射极间的电压U CEEc。
可见,U BE0,U BC<0,也就是说,发射结和集电结均为反偏。
三极管截止后,C、E间的截止电阻Rce=UcE/Ic,UcEs很大,等于电源电压,Ics极小,C、E间电阻RcE很大,所以,三极管截止后C、E间视为开路,截止状态的NPN型三极管等效电路如图1b。
1.3 三极管放大状态下的特点要使三极管处于放大状态,基极电流必须为:0<IBU BE=0.7V(绪管)U BE=-0.3V,三极管在放大状态时,集电极与发射极间的电压U CE>1以上,U BE>0,U BC<0,也就是说,发射结正偏,集电结反偏。
npn与pnp的区别及工作原理
npn与pnp的区别及工作原理NPN和PNP作为开关管的设计技巧以及全系列三极管参数1.1 NPN与PNP的区别NPN和PNP主要是电流方向和电压正负不同。
NPN是用B—E的电流(IB)控制C—E的电流(IC),E极电位最低,且正常放大时通常C极电位最高,即VC>VB>VE。
PNP是用E—B的电流(IB)控制E—C的电流(IC),E极电位最高,且正常放大时通常C极电位最低,即VC<VB<VE。
1.2 NPN和PNP作为开关的使用三极管做开关时,工作在截至和饱和两个状态。
一般是通过控制三极管的基极电压Ub来控制三极管的导通与断开。
图1 NPN与PNP工作状态PNPNPN截止Ueb<UonUbe<UonUb>UcUc>Ub放大Ueb>UonUbe>UonUb>UcUc>Ub饱和Ueb>UonUbe>UonUb<UcUc<Ub表2 NPN和PNP的工作状态及条件如上图1所示,对于NPN来说,使Ube<Uon,三极管断开,Ube>Uon,三极管导通,其中一般Ue接地,则只需控制Ub,使Ub>Uon即可使之导通。
对于PNP来说,使Ueb<Uon,三极管断开,Ueb>Uon,三极管导通,其中一般Uc接地,所以要使三极管导通既要控制Ue又要控制Ub使Ueb>Uon才行。
所以一般是Ue为某个固定电压值,只通过控制Ub来就可以控制三极管的导通与断开。
对比NPN与PNP可知:NPN做开关时,适合放在电路的接地端使用,如图2 里面Q6; PNP做开关时,适合放在电路的电源端使用,如图3。
我们一般使用芯片I/O口来控制LED灯,I/O口的逻辑电平一般为高电平3 V 左右,低电平为0.3V左右。
因此可以直接控制NPN管开关,如图2 里面的Q6;一般不直接控制PNP管,如图3。
我们前控板设计LED的控制电路采用如下图2的NPN三极管对地较为合适,并且双色灯最好是使用共阳双色灯。
三极管放大原理正解
三极管放大原理正解(转载)2009-07-06 02:08随着科学技的发展,电子技术的应用几乎渗透到了人们生产生活的方方面面。
晶体三极管作为电子技术中一个最为基本的常用器件,其原理对于学习电子技术的人自然应该是一个重点。
三极管原理的关键是要说明以下三点:1、集电结为何会发生反偏导通并产生Ic,这看起来与二极管原理强调的PN 结单向导电性相矛盾。
2、放大状态下集电极电流Ic为什么会只受控于电流Ib而与电压无关;即:Ic与Ib之间为什么存在着一个固定的放大倍数关系。
虽然基区较薄,但只要Ib 为零,则Ic即为零。
3、饱和状态下,Vc电位很弱的情况下,仍然会有反向大电流Ic的产生。
很多教科书对于这部分内容,在讲解方法上处理得并不适当。
特别是针对初、中级学者的普及性教科书,大多采用了回避的方法,只给出结论却不讲原因。
即使专业性很强的教科书,采用的讲解方法大多也存在有很值得商榷的问题。
这些问题集中表现在讲解方法的切入角度不恰当,使讲解内容前后矛盾,甚至造成讲还不如不讲的效果,使初学者看后容易产生一头雾水的感觉。
笔者根据多年的总结思考与教学实践,对于这部分内容摸索出了一个适合于自己教学的新讲解方法,并通过具体的教学实践收到了一定效果。
虽然新的讲解方法肯定会有所欠缺,但本人还是怀着与同行共同探讨的愿望不揣冒昧把它写出来,以期能通过同行朋友的批评指正来加以完善。
一、传统讲法及问题:传统讲法一般分三步,以NPN型为例(以下所有讨论皆以NPN型硅管为例),如示意图A。
1.发射区向基区注入电子;2.电子在基区的扩散与复合;3.集电区收集由基区扩散过来的电子。
”(注1)问题1:这种讲解方法在第3步中,讲解集电极电流Ic的形成原因时,不是着重地从载流子的性质方面说明集电结的反偏导通,从而产生了Ic,而是不恰当地侧重强调了Vc的高电位作用,同时又强调基区的薄。
这种强调很容易使人产生误解。
以为只要Vc足够大基区足够薄,集电结就可以反向导通,PN结的单向导电性就会失效。
三极管的三种工作状态
三极管的三种工作状态(总结在最后部分) 三极管的三种工作状态是非常重要的,是无线电基础的基础。
对此我是这样理解的。
我编了一句顺口溜:发正集反是放大;全正饱和全反截。
就是说不管是PNP型三极管还是NPN型三极管,只要其发射结是正向偏置而集电结是反向偏置那么该三极管就工作在放大状态;而当其发射结和集电结都是正向偏置时该三极管就工作在饱和状态;而当其发射结和集电结都处于反向偏置时该三极管就工作在截止状态。
任何三极管都是由两个PN结组合而成的,PN结实际就是一个二极管,我们知道二极管具有单向导电性,就是说如果P极电压高于N极电压(这叫正向偏置)电流可以从二极管的P极流向N极,而当N极电压高于P极电压(这叫反向偏置)电流不能从N极流向P极。
PNP型三极管就是基极为N极,集电极和发射极均为P极的三极管;那么只要发射极电压高于基极电压(即发射结为正向偏置),同时基极电压又高于集电极电压(即集电结为反向偏置),则该三极管工作在放大状态。
而当发射极电压高于基极电压(即发射结为正向偏置),同时集电极电压也高于基极电压(即集电结也为正向偏置),则该三极管工作在饱和状态。
而当发射极电压低于基极电压(即发射结为反向偏置),同时集电极电压也小于基极电压(即集电结为反向偏置),则该三极管工作在截止状态。
NPN型三极管就是基极为P极,集电极和发射极均为N极的三极管,按上述原理当:Ve<Vb<Vc (即发射结正偏集电结反偏)时三极管工作在放大状态;Vb>Ve且 Vb>Vc (即发射结和集电结均处于正偏)时三极管工作在饱和状态;Ve>Vb且Vc>Vb (即发射结和集电结均处于反偏)时三极管工作在截止状态;三极管的三种工作状态(放大、截止、饱和);放大电路的静态、动态;直流通路、交流通路;截止状态:当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压,基极电流为零,集电极电流和发射极电流都为零,三极管这时失去了电流放大作用,集电极和发射极之间相当于开关的断开状态,我们称三极管处于截止状态。
三极管正反向控制电路
三极管正反向控制电路⼀、引⾔三极管作为电⼦电路中常⻅且重要的元器件,其正反向控制电路的应⽤⼗分⼴泛。
了解三极管的⼯作原理及其在正反向控制电路中的应⽤,对于电⼦技术的学习和应⽤⾄关重要。
本⽂将从三极管的基本原理出发,详细探讨三极管在正反向控制电路中的⼯作原理、设计⽅法及应⽤实例。
⼆、三极管的基本原理三极管,也称双极晶体管,是⼀种半导体器件,由三个交替的P型和N型半导体层组成。
其主要特点是具有电流放⼤效应,可以通过较⼩的基极电流控制较⼤的集电极电流。
三极管有三种⼯作状态:截⽌状态、放⼤状态和饱和状态,这些状态的变化决定了其在电路中的功能和应⽤。
三、三极管正反向控制电路的设计正反向控制电路是⼀种利⽤三极管的开关特性实现电路通断的控制电路。
通过改变三极管的输⼊信号,可以控制其输出端的通断状态,从⽽实现电路的正反向控制。
1.正向控制电路正向控制电路是指当输⼊信号满⾜⼀定条件时,三极管导通,使电路正常⼯作。
设计时,需要选择合适的三极管型号和外围电路,确保在输⼊信号的作⽤下,三极管能够正常导通,从⽽实现电路的正常⼯作。
2.反向控制电路反向控制电路是指当输⼊信号不满⾜条件时,三极管截⽌,使电路停⽌⼯作。
设计时,需要考虑输⼊信号的特性和三极管的截⽌电压,确保在输⼊信号不满⾜条件时,三极管能够可靠截⽌,从⽽实现电路的反向控制。
四、三极管正反向控制电路的应⽤实例1.电机正反转控制在电机控制中,三极管正反向控制电路常⽤于实现电机的正反转控制。
通过改变输⼊信号的⽅向,可以控制三极管的导通状态,从⽽实现电机的正反转。
这种控制⽅式简单可靠,⼴泛应⽤于各种电机控制场合。
2.电源开关控制在电源管理系统中,三极管正反向控制电路也常⽤于实现电源开关的控制。
通过检测电源的状态或外部输⼊信号,控制三极管的通断,从⽽实现电源的开关控制。
这种控制⽅式可以有效地管理电源的供电状态,提⾼电源的使⽤效率。
3.信号放⼤与切换在信号处理电路中,三极管正反向控制电路可以⽤于信号的放⼤和切换。