三极管是什么?它是如何工作的?

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今天我们来说一下三极管!有了三极管,基本大部分电路就都能搭出来了!

之前说的二极管有两块半导体组成,那三极管是不是有三块半导体组成的呢?

没错,三极管确实是由三块半导体组成的。

但是和二极管不同,这三块半导体有两种组成三极管的情况:两边P型半导体,中间N型半导体(PNP型)和两边N型半导体,中间P型半导体(NPN型)。

三极管与二极管类似,三极管也有三个极:集电极、基极和发射极。基极在中间的半导体

PNP管

你有没有好奇几个名字分别表示什么意思呢?我们先介绍完,再说答案。

先考虑PNP型三极管。

当我们把它的两端分别接上正负极,你会发现一个问题:发射极接的是负极,而P型半导体的载流子是空穴,正负正好抵消,PN结增宽,电流越发过不去了。(具体细节请看上一篇)这样的三极管和断路有什么区别呢?

PNP管

但我们忽略了一个重要的事情:三极管有3个接口,我们现在只接了集电极和发射极,假如在基极也接上电极,情况就会怎样呢?

如果我们接正极,啥事也不会发生——还是没有解决电子“卡”在第二个PN结的问题。但如果接上负极,就会有不一样的事情发生了。

首先,由于集电极和基极之间有电压差(大于导通电压),电流就会源源不断地从集电极流向基极。

并且,由于基极的电子供应不足,在N型半导体的下方就和空穴湮灭的差不多了,P型半导体(集电极)里的空穴还在跟着“大部队”一起向N型半导体冲,湮灭电子,导致电子根本供应不到上方,上方还是没有电子:

PNP管

由于电流的影响,空穴继续往前冲,冲进了N型半导体。顺利到达了N型半导体的空穴非常的“无敌”:这时候阻拦电子的PN结(左边的PN结)反而会吸引空穴,使它加速通过。

PNP管

神奇的事情发生了,原本通不过的三极管居然在基极接上负极时通过了!

总结一下两种情况,如果基极不通或比集电极低的电压小于导通电压,三极管不接通;如果基极比集电极低的电压小于导通电压,则一部分电流从基极流走,剩下的电流通过三极管。基极就像一个开关控制三极管是否导通。

PNP管

不仅如此,三极管最大的优点就是只要基极有微弱的电流通过,就会有大部分的空穴可以乘机进入N型半导体,通过三极管。

利用这样的特点,PNP型三极管可以将电流放大几百倍。它在电路中不仅是一个“开关”,还是一个“放大镜”。

看了刚才举的PNP型三极管的例子也就不难理解三极名称的含义了。电流都集中从集电极出发,流向基极和发射极,这就是它为什么叫集电极。也正因为集电极的电流要流向基极和发射极,在PNP型三极管中它的电压是最高的。(否则三极管不通)再说发射极,集电极的电流经过一个加速,从发射极“发射”了出去,非常形象。而基极可以看做是“基础极”,发射极的电流等于基极电流乘以n倍。

了解了PNP型三极管,再来类比NPN型三极管就很容易了,只需要把参数都反过来。还是一样,正常情况下NPN型三极管不通。

PNP管

但将基极接上正极后,电流会从基极源源不断地流向发射极。

并且由于空穴供应不足,电子不停的和空穴湮灭,上方仍然没有空穴:

PNP管

电子继续向前冲,冲进了P型半导体。进入了P型半导体的电子非常无敌:原先阻挡空穴的PN结反而会使电子加速通过。

PNP管

你又会发现,原本不通的三极管,在基极接正极的情况下接通了!

总结一下PNP型三极管和NPN型三极管。不管是哪个三极管,基极电压不满足条件时三极管不通;当基极电压满足条件时电流从集电极流向发射极。PNP型三极管的导通条件是基极电压比集电极低(至少导通电压),导通后电流由集电极流向基极;NPN型三极管的导通条件是基极电压比发射极电压高,导通后电流由基极流向发射极。也正因为这个原因,PNP型三极管和NPN型三极管分别有自己的符号表示:

(左 集电极,下 基极,右 发射极)

PNP管

回想上期的二极管,二极管还有一个特点:由于都是半导体组成,几乎没有电阻。三极管呢?同样,三极管的电阻也非常小,上面我们说接正极接负极,实际上如果不加其它电阻直接接正负极,三极管也免不了会被烧坏。

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