电路学习(六)三极管

发布于:2025-09-12 ⋅ 阅读:(15) ⋅ 点赞:(0)

三极管是一种电流驱动元器件(MOS管为电压驱动),在电路中可以充当开关,放大电流等作用。

本文章参考了尚硅谷的视频资料。

1. 什么是三极管?

三极管又被称为晶体三极管(Bipolar Junction Transistor,BJT),三极管由3个半导体材料构成,是一种电流控制器件,可以通过小电流控制大电流(工作在放大区)。

如下图所示,N型半导体和两个N型半导体形成了两个PN结,要想此三极管(N型三极管)导通,只需导通下方PN结,即让电流从P流向N。在下方PN结通过电流增加的过程中,P型半导体内部的负电荷逐渐增加(P型半导体内的空穴吸引负电荷),则P型半导体和两个N型半导体之间的导通性逐渐增强。此时在两个N端接上更大电流,便可以通过下方的PN结控制电流通断,即小电流控制大电流。

2. 三极管分类

2.1 N型三极管:

N型三极管是两个N型半导体,中间参杂一个P型半导体组成,当基极B和发射极E之间有电流(大于导通电流)时可导通三极管。箭头方向为电流方向,电流方向总是由P指向N。

N型三极管的电流方向是由集电极C指向发射极E。

2.2 P型三极管:

P型三极管由两个P型半导体,中间参杂一个N型半导体组成。对于P型半导体发射极E发射的是空穴载流子。

当发射极E和基极B之间有电流(大于导通电流)时,三极管导通。电流由发射极E流向集电极C。

2.3 三极管区分:

3.  三极管基本特性:

由上述三极管结构可知,三极管可以控制电路的通断、放大电流信号。三极管有3种工作状态,分布为截止状态、放大状态和饱和状态。根据这三种工作状态,三极管在电路中充当开关(模拟电路)、信号放大(模拟电路)等作用。

三极管的最大耐压值是指集电极C和发射极E之间的最大耐压值,当CE间电压大于最大耐压值时会损坏三极管。所以,在选择三极管时需要根据电路选择耐压值合适的三极管。

3.1 三极管的开关作用:

在数字电路中,三极管可以充当开关。当BE间电流大于三极管导通电流时,CE被导通。此时电流从C流向E(N型三极管)。

在单片机电路中,MCU通过控制B极的输入信号(高低电平),从而控制CE之间的导通状态,实现“开关”功能。需要注意的是三极管由半导体组成,所以即使三极管完全导通(饱和状态),也不能当作导线,因为存在导通压降(克服内部电场电压)。

基极B和发射极之间无电流时,三极管断开:

当基极B和发射极E之间有导通电流时,三极管处于饱和状态(完全导通,但是存在导通压降):

3.2 三极管信号放大作用:

三极管信号(电流)放大的原理是当基极B和发射极E之间电流越大(但是小于饱和电流)时,漏极D和发射极E之间通过的电流越大(本中描述的是N型半导体,P型半导体同理)。因此当多个三极管连接到一起时,可以增大放大效果,实现小电流控制大电流(当然一个三极管本身也具有放大作用)。

三极管对电流的放大作用为:

β是三极管的放大倍数。

如下图,3.81mA电流驱动三极管可以让LED点亮:

在多个三极管组成的放大电路中,只需43.3uA,便可以驱动LED,以小电流控制电流。

在上述两个电路图中,实际应用时会将LED放在Q2上方,防止BE间的小电流驱动LED。

4. 三极管的常见作用

如第3节所述,三极管常被当作开关、信号放大器使用。本小节介绍三极管的其他常见用法。

4.1 三极管的反向输出功能:

三极管基极B电压与集电极C之间的电平信号相反。当开关闭合时集电极信号为低电平(导通压降,不是完全为0,但是通常导通压降较小,小于外部电路的触发电平信号时,可以认为时低电平),当开关断开时,集电极C为高电平(电源电压)。

若接了LED,则需接上下拉电阻,否则在开关开闭时会出现高电压(二极管存在寄生电容,电容两端相对电压无法突变,所以在开关断开瞬间会产生很大电压,可能损坏电路)。

这里开关断开时,示波器出现的毛刺可以通过减小集电极C处的电阻而降低。因为当集电极C处电阻小时,三极管分得的电压就大,在开关断开时(三极管存在寄生电容,会形成自举电容,导致电压升高),三极管处的电压大便可以快速的让内部残余电子流出去(电压大会将电子从N往P挤压),从而减少三极管寄生电容和电感的影响。

从上图中可以看出虽然减小集电极C上方电阻后,降低了开关断开时的毛刺,但是电压上升到电源电源的时间增加了。所以在实际应用时需要结合后级电路需要的响应时间、对瞬间毛刺电压的承受能力,再去决定是否需要减小电阻值。

4.2 三极管上拉电阻和下拉电阻:

在数字电路中(三极管充当开关),三极管若不加上拉电阻或者下拉电阻,则B极可能收到外部环境影响产生微小电流而导通三极管(工频干扰)。

对于NPN型三极管需要加下拉电阻,防止干扰。同时给三极管一个默认情况下的确定电平:

PNP型三极管接上拉电阻:

5. 三极管参数:

6. 总结:

三极管常在电路中实现开关和信号放大功能,利用三极管的特性可以设计出期望的电路,从而实现对后级元器件的控制、信号放大等。


网站公告

今日签到

点亮在社区的每一天
去签到