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10個問題,讓你真正學懂三極管

問題1:什麼是三極管?

三極管,也叫半導體,是一種控制電流的半導體器件。這裡的“控制電流”多指放大電流信号。除了放大電流,三極管還常用作開關。

實物長這樣:

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三極管

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三極管電路符号

問題2:三極管在電路中的作用是什麼?

主要兩種作用:模拟電路主要用于放大信号,數字電路主要用于無觸點開關。

問題3:三極管的内部結構是怎麼樣的?

二極管PN結,我想大家應該熟悉:

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PN結

三極管可以看作由兩個PN結組成,有兩種組合方式:PN-NP,形成PNP三極管;NP-PN,形成NPN三極管。無論是NPN三極管還是PNP三極管,都會有三個極:基極(b)、集電極(c)、發射極(e)。

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值得一提的是,三極管裡的P型和N型半導體摻雜濃度是不一樣的(劃重點!後面要考)。比如NPN三極管,其e極連接配接的發射區是高濃度N型半導體,b極連接配接的基區是正常濃度的P型半導體,c極連接配接的集電區是正常濃度的N型半導體。

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NPN三極管内部結構橫截圖

問題4:命名b極、c極、e極,有什麼特殊含義嗎?

三極管極腳的命名,展現了三極管工作時的電子運動狀态。

發射極(e):Emitter,發射的意思,指發射區向基區發射電子;

基極(b):Base,基地的意思,在基區中電子會發生擴散與複合運動;

集電極(c):Collector,收集的意思,指集電區收集電子。

問題5:PNP型與NPN型的差別是什麼?

①.結構不同:PNP型三極管是由2塊P型半導體中間夾着1塊N型半導體所組成的三極管;NPN型三極管是由2塊N型半導體中間夾着1塊P型半導體所組成的三極管。

②.PN結方向不同:PNP是共陰極,即兩個PN結的N結相連做為基極;NPN則剛好于此相反。

③.兩者的電源極性不同。

PNP型三極管與NPN型三極管更多的是結構不同,但兩者的工作原理是一樣。

問題6:三極管的工作原理是什麼?

如上所述,從結構上來看,三極管可以看作由兩個PN結組成。e極和b極間的PN結,我們叫發射結,c極和b極間的PN結叫集電結。當PN結正偏時,電路導通;反偏時,電路不導通。是以三極管的工作狀态與其發射結、集電結的偏置狀态息息相關。

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當我們給三極管加上電源,三極管就會進入工作狀态。

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三極管有三種工作狀态;截止、放大、飽和。

截止:發射結反偏、集電結反偏

對于矽管來說,PN結的導通電壓是0.7V。

是以發射結電壓Ube小于0.7V的導通電壓時,發射結反偏,Ib為0。Uce>Ube,集電結反偏,三極管工作在截止狀态。

放大:發射結正偏、集電結反偏

當發射結電壓Ube等于0.7V的導通電壓,發射結導通,Uce>Ube,集電結反偏。Ic=β * Ib,其中β正常情況下在幾十到100多的範圍内。Ib控制Ic,Ic與Ib近似于線性關系,在基極加上一個小信号電流,就能引起集電極大的信号電流輸出。

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飽和:發射結正偏、集電結正偏

UBE=0.7V,發射結正偏;Uce<Ube,集電結正偏。當三極管的集電結電流Ic增大到一定程度時,再增大Ib,Ic也不會增大,超出了放大區,進入了飽和區。三極管沒有放大作用,集電極和發射極相當于短路,常與截止配合于開關電路。

綜上,三極管工作狀态的特點如下:

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NPN三極管(矽管)工作狀态的特點

為友善大家了解,我們打個比方。

集電極連接配接的電源,是放大輸出的源頭,我們看做集電極連接配接了一個水池,集電極閘門的閘口開的越大,水流(Ic)就會越大。而基極電流(Ib)好比我們推動集電極閘門的力的大小,用力推(Ib變大),集電極閘門開的就大,水流(Ic)就變大,這是基極電流控制集電極電流。我們的推力一直變大,當推力(Ib)大到一定數值後,集電極閘門完全打開,開到了最大,我們的推力不能再和水流成線性關系了,這時三極管放大就達到了飽和狀态。

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問題7:為什麼三極管能放大?

所謂的放大,指的用小信号撬動大信号。在三極管上,是基極電流(Ib)控制集電極電流(Ic)的變化,但Ic的變化比Ib的變化要大得多。

以NPN型三極管為例,發射區N型半導體的摻雜濃度比集電區N型半導體的要高,摻雜濃度高意味自由電子濃度高,這是三極管實作放大功能的關鍵。

當發射結正偏且集電結反偏時,三極管處于放大工作狀态。發射結正偏,發射結導通,由于發射區自由電子濃度較高,是以進入基區P型半導體的自由電子也多,基區電場增大。此時,雖然集電結反偏,但由于基區電場大于集電區,是以基區部分電子突破集電結耗盡層,産生漂移運動,進入集電極,使得集電結導通,産生Ic。

當Ib變大時,發射結自由電子濃度升高,漂移電子增多,Ic增大。是以Ib控制Ic,Ic與Ib近似于線性關系,隻要我們在基極加上一個小信号電流,就能引起集電極大的信号電流輸出。

問題8:三極管如何實作開關功能?

三極管用作開關時,隻有截止、飽和兩個狀态。截止狀态看作是“關”,飽和狀态看作是“開”。

重點是,三極管在什麼情況下導通?什麼情況下又會關斷?

控制Ib即可實作開關功能。當Ib=0,發射結沒有導通,三極管工作在截止狀态。當Ib≥1mA時,完全可以保證三極管工作在飽和狀态,對于小功率的三極管此時Ic為幾十到幾百mA,驅動繼電器、蜂鳴器等功率器件綽綽有餘。

問題9:三極管有什麼特性?

流控特性:即電流控制電流,b極電流可控制c極電流的有無與大小。

放大特性:b極電流的小變化可引起c極電流的大變化。

開關特性:除了放大作用,三極管還能用作開關。比如當NPN三極管的e極接地,b極電流>1mA時,三極管完全導通,起到開關作用。

問題10:三極管有哪些應用?

三極管主要應用電路:

放大電路:用作電壓或電流放大。

振蕩電路:用作調制、解調或自激振蕩。

開關電路:作閘流、限流或開關管。

在生活中,常見家裡音響中的功率放大器,主要器件就是三極管,它可以把很弱小的聲音信号放大到足以振動揚聲器發出聲音。還有樓道裡的觸摸開關,光敏開關,以及你天天都離不開的手機、電腦、充電器,電視等都會用到三極管。

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