【模电知识总结】三极管
时间:2022-09-10 08:30:00
文章目录
- 什么是三极管?
- 二、发展历史
- 三、结构与原理
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- 1、内部结构
- 2、工作原理
- 四、伏安特性
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- 1、三极管输入特性
- 2.三极管的输出特性
- 五、答疑
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- 1.两个二极管背靠背焊接在一起,能作为三极工作吗?
- 2、为什么VB要大于一个电压阈值,三极管才能导通?
- 3、VBE一定时,VCE为什么会增加到一定值?IC几乎不变?
- 4.电流控制器件反映在哪里?
- 为什么硅管比锗管更常见?
- 6、NPN与PNP的区别?
- 六、应用
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- 三极管开关
- 2、电流放大
- 参考资料
什么是三极管?
三个引脚器件实际上可以称为三极管。本文讨论的三极管是指双极晶体管 BJT (Bipolar Junction Transistor),它是一种所有权电流放大作用的流控器件。
二、发展历史
1947年,世界上第一个晶体管于贝尔实验室诞生。发明它的3位博士——巴丁、布莱顿和肖克莱因此共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。
晶体管的诞生标志着电子管时代的终结,世界进入了晶体管时代!
三、结构与原理
1、内部结构
三极管可以想象为一对二极管的P区相连,与二极管不同的是,三极管的三个区掺杂浓度是不一样的,发射区(Emitter)掺杂浓度远高于基区(Base)和集电区(Collector),集电区掺杂浓度最低。
因此,三个区域的掺杂浓度关系如下:E>>B>C。
B区域很薄,为什么?为使发射区的自由电子更容易进入集电区。
B为什么区域浓度很低?形成较小的基极电流。这样,更多的自由电子流向集电区。
B如果区域浓度高,发射区的自由电子很容易流入基区,因此进入集电区的电子较少。
E为什么区域浓度高?确保有足够的自由电子进入BC区。
2、工作原理
首先给CE之间的电压,无论是正的还是反的,都不能导致,因为从宏观上看,三极管相当于两个背对背的二极管。
为了让CE导通,我们给BE接上电压。
在BE在间压的驱动下,E该区域的自由电子流向B区域。然而,B区域的混合浓度很低,B区域很薄,基区不能在短时间内吸收这么多电子。只有少数电子和空穴位复合形成基极电流,其中大部分被吸引到C区域,形成集电极电流。
基极电流越大,流向基区的自由电子越多,流向集电极的自由电子越多,形成集电极电流越大。三极管小电流控制大电流的原理。
四、伏安特性
1、三极管输入特性
即VCE不变,iB与VBE因为BE相当于二极管,因此三极管的输入特性与二极管相似:当VBE<0.7V时,IB慢慢增长,当VBE>0.7V时,IB呈指数增加。
2.三极管的输出特性
即iB不变时,IC与VCE关系。
当Ib为0时(或VB<0.7V),三极管截止。VCE再大,IC总是近似为0。
如下图所示,VB=5V,VCC=0V,这相当于阀门已经打开,但是水箱里没有水,三极管在这个时候饱和状态。逐渐增加VCC电压(但VCE
VCC继续增长,当VCE超过0.7V,此时Vc>Vb(对硅管而言),三极管进入放大状态,此时Vce变化加剧,Ic此时变化不大Ic≈(100~200)Ib。
如果VCC进一步增加,三极管被击穿。
怎么知道三极管能承受多大电压呢?查数据手册。
五、答疑
1.两个二极管背靠背焊接在一起,能作为三极工作吗?
答:不,因为B区太厚,电子还没穿过就复合了。
2、为什么VB三极管需要大于电压阈值才能导通?
答:因为BE相当于组成一个PN结,PN在扩散和漂移的作用下,形成了一个内部电场。电场的电势差为阈值电压。只有当高于此阈值时,电子才能有足够的能量跨越势垒区域形成电流。有了电流,三极管也可以导通。
对于硅,阈值电压为0.6V~0.8V;
对锗,阈值电压为0.2V~0.3V;
3、VBE一定时,VCE为什么会增加到一定值?IC几乎不变?
答:因为在VBE在这种作用下,一定的作用下,VCE不管它有多大,它最多可以驱动所有被驱动的电子减去IB)流向C区VCE大到一定程度,IC几乎不变。
4.电流控制器件反映在哪里?
答:(1)三极管只有产生基极电流(光有电压不好,必须产生电流)才会导通
(2)每一个IB都对应饱和IC。
即IB不仅控制了三极管是否可以导通,还控制了导通电流的上限。
为什么硅管比锗管更常见?
答:目前使用的三极管几乎都是硅三极管。由于锗三极管热稳定性差,漏电大(主要是因为它Iceo这个参数太差了),所以现在很少使用锗三极管。锗管的优点是饱和压降降低。这两种管道的显著区别是锗管的发射结和集电结压降至0.2~0.25V硅管上述压降一般为0.5-0.7V。
6、NPN与PNP的区别?
答:NPN:用 B→E 的电流(IB)控制 C→E 的电流(IC)。E极电位最低,C极电位通常在正常放大时最高,即 VC > VB > VE;
PNP:用 E→B 的电流(IB)控制 E→C 的电流(IC)。E极电位最高,C极电位通常在正常放大时最低,即 VC < VB < VE。
六、应用
三极管开关
如果只使用三极管作为开关,如下图所示,于截止和饱和状态Vce很小,12V风扇上可以增加更多的电压。
2、电流放大
若用于放大电流,则使三极管处于放大状态,放大倍数也要看数据手册。
参考资料
1.三极管是如何工作的?
https://www.bilibili.com/video/BV12x41187RN?from=search&seid=1704254124699802222&spm_id_from=333.337.0.0
2.三极管是如何导电的?超形象动画让你一目了然!https://www.bilibili.com/video/BV1kv411574Y?from=search&seid=16476055373983643365&spm_id_from=333.337.0.0
三、三极管应用,控制一个LED灯的开关
https://www.bilibili.com/video/BV1ah411J7Yd?spm_id_from=333.999.0.0
4.模拟电子学基础
5、https://blog.csdn.net/ybhuangfugui/article/details/107373558