三级管工作原理图视频

姚远香 发表于 2018-08-16 16:21:55 收藏 已收藏
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三级管工作原理图视频

姚远香 发表于 2018-08-16 16:21:55
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  什么是三极管

  三极管,全称应为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号, 也用作无触点开关。晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种。

  三极管的工作状态

  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。

  放大状态

  当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,并处于某一恰当的值时,三极管的发射结正向偏置,集电结反向偏置,这时基极电流对集电极电流起着控制作用,使三极管具有电流放大作用,其电流放大倍数β=ΔIc/ΔIb,这时三极管处放大状态。

  饱和导通

  当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,并当基极电流增大到一定程度时,集电极电流不再随着基极电流的增大而增大,而是处于某一定值附近不怎么变化,这时三极管失去电流放大作用,集电极与发射极之间的电压很小,集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。

  工作状态如果我们在上面这个图中,将电阻Rc换成一个灯泡,那么当基极电流为0时,集电极电流为0,灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管 的放大倍数 β),三极管就饱和,相当于开关闭合,灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了,所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通 断。如果基极电流从0慢慢增加,那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。

  三极管理论原理

  晶体三极管(以下简称三极管)按材料分有两种:锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式,但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管,(其中,N是负极的意思(代表英文中Negative),N型半导体在高纯度硅中加入磷取代一些硅原子,在电压刺激下产生自由电子导电,而P是正极的意思(Positive)是加入硼取代硅,产生大量空穴利于导电)。两者除了电源极性不同外,其工作原理都是相同的,下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。

  对于NPN管,它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成,发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e (Emitter)、基极b (Base)和集电极c (Collector)。如图所示。当b点电位高于e点电位零点几伏时,发射结处于正偏状态,而C点电位高于b点电位几伏时,集电结处于反偏状态,集电极电源Ec要高于基极电源Eb。

三级管工作原理图视频

  在制造三极管时,有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的,同时基区做得很薄,而且,要严格控制杂质含量,这样,一旦接通电源后,由于发射结正偏,发射区的多数载流子(电子)及基区的多数载流子(空穴)很容易地越过发射结互相向对方扩散,但因前者的浓度基大于后者,所以通过发射结的电流基本上是电子流,这股电子流称为发射极电流子。

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  由于基区很薄,加上集电结的反偏,注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流Ic,只剩下很少(1-10%)的电子在基区的空穴进行复合,被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给,从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得:

  e=Ib+Ic

  这就是说,在基极补充一个很小的Ib,就可以在集电极上得到一个较大的Ic,这就是所谓电流放大作用,Ic与Ib是维持一定的比例关系,即:

  β1=Ic/Ib

  式中:β1--称为直流放大倍数,

  集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为:

  β= △Ic/△Ib

  式中β--称为交流电流放大倍数,由于低频时β1和β的数值相差不大,所以有时为了方便起见,对两者不作严格区分,β值约为几十至一百多。

  α1=Ic/Ie(Ic与Ie是直流通路中的电流大小)

  式中:α1也称为直流放大倍数,一般在共基极组态放大电路中使用,描述了射极电流与集电极电流的关系。

  α =△Ic/△Ie

  表达式中的α为交流共基极电流放大倍数。同理α与α1在小信号输入时相差也不大。

  对于两个描述电流关系的放大倍数有以下关系

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  三极管的电流放大作用实际上是利用基极电流的微小变化去控制集电极电流的巨大变化。

  三极管的放大原理

  1、发射区向基区发射电子

  电源Ub经过电阻Rb加在发射结上,发射结正偏,发射区的多数载流子(自由电子)不断地越过发射结进入基区,形成发射极电流Ie。同时基区多数载流子也向发射区扩散,但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度,可以不考虑这个电流,因此可以认为发射结主要是电子流。

  2、基区中电子的扩散与复合

  电子进入基区后,先在靠近发射结的附近密集,渐渐形成电子浓度差,在浓度差的作用下,促使电子流在基区中向集电结扩散,被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。也有很小一部分电子(因为基区很薄)与基区的空穴复合,扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。

  3、集电区收集电子

  由于集电结外加反向电压很大,这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散,同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。另外集电区的少数载流子(空穴)也会产生漂移运动,流向基区形成反向饱和电流,用Icbo来表示,其数值很小,但对温度却异常敏感。

  三极管的应用电路

  下面与NPN型为例,为大家介绍其基本应用电路。

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  在这个电路中可以把三极管看做接成两个回路:基极回路和集电极回路。经过试验证明改变可变电阻Rb,则基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE都发生变化,而且满足IE=IB+IC,并且IC/IB为一个定值,这就解释了为什么三极管为什么起到放大作用,IC的大小取决于IB的大小,所以当IB增大时,IC也会随着增大,事实证明IC与IE在数值上大致相等的。

  但是事实并不是这么理想,如果想让三极管起放大的作用,B电压极必须高于E极(PNP型三极管与其相反),利用这一特性,可以把三极管当做一个开关原件,当B极接收到信号时(既B极电压高时),三极管导通工作,形成了一个无触点开关。

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  在上图中当B极如果接收到高电平,那么C极就会有电流出现,如果把R1换成LED灯,那么就会看到其发光。

  其实在电路中应用比较多的还是开关原件,在放大应用中由于其效率较低,而且容易出现失真现象,在原件中也有很多替代产品,像集成IC就有很多,而且性能还好;然而开关这一功能应用的就比较多了,由于其控制方便,并且无噪声,B极接收到高电压信号就会导通,因此在数电中应用非常广泛。

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