三极管原理及三种基本工作状态

GT邱道
GT邱道
GT邱道
186
文章
1
评论
2020年9月13日23:08:39 评论 2 4649字

三极管是电子控制技术中最基础也是最重要的电子元器件

三极管原理及三种基本工作状态三极管原理及三种基本工作状态

三极管原理及三种基本工作状态三极管原理及三种基本工作状态

1、三极管的正偏与反偏:给PN结加的电压和PN结的允许电流方向一致的叫正偏,否则就是反偏。即当P区(阳极)电位高于N区电位时就是正偏,反之就是反偏。例如NPN型三极管,位于放大区时,Uc>Ub集电极反偏,Ub>Ue发射极正偏。总之,当p型半导体一边接正极、n型半导体一边接负极时,则为正偏,反之为反偏。

三极管原理及三种基本工作状态三极管原理及三种基本工作状态

NPN和PNP主要是电流方向和电压正负不同。

NPN是用B—E的电流(IB)控制C—E的电流(IC),E极电位最低,且正常放大时通常C极电位最高,即VC>VB>VE。

PNP是用E—B的电流(IB)控制E—C的电流(IC),E极电位最高,且正常放大时通常C极电位最低,即VC<VB<VE。

2、三极管的三种工作状态:放大、饱和、截止

(1)放大区:发射结正偏,集电结反偏。对于NPN管来说,发射极正偏即基极电压Ub>发射极电压Ue,集电结反偏就是集电极电压Uc>基极电压Ub。放大条件:NPN管:Uc>Ub>Ue;PNP管:Ue>Ub>Uc。

(2)饱和区:发射结正偏、集电结正偏--BE、CE两PN结均正偏。即饱和导通条件:NPN管:Ub>Ue,Ub>Uc,PNP型管:Ue>Ub,Uc>Ub。饱合状态的特征是:三极管的电流Ib、Ic 都很大,但管压降Uce 却很小,Uce≈0。这时三极管的c、e 极相当于短路,可看成是一个开关的闭合。饱和压降,一般在估算小功率管时,对硅管可取0.3V,对锗管取0.1V。此时的,iC几乎仅决定于Ib,而与Uce无关,表现出Ib对Ic的控制作用。

(3)截止区:发射结反偏,集电结反偏。由于两个PN 结都反偏,使三极管的电流很小,Ib≈0,Ic≈0,而管压降Uce 却很大。这时的三极管c、e 极相当于开路。可以看成是一个开关的断开。

3、三极管三种工作区的电压测量

如何判断电路中的一个NPN硅晶体管处于饱和,放大,截止状态?用电压表测基极与射极间的电压Ube。

饱和状态 eb有正偏压约0.65V左右,ce电压接近0V.

放大状态 eb有正偏压约0.6V,ce电压大于0.6V小于电源电压.

截止状态 eb电压低于0.6V,ce电压等于或接近电源.

在实际工作中,可用测量BJT各极间电压来判断它的工作状态。NPN型硅管的典型数据是:饱和状态Ube=0.7V,Uce=0.3V;放大区Ube=0.7V;截止区Ube=0V。这是对可靠截止而言,实际上当Ube<0.5V时,即已进入截止状态。对于PNP管,其电压符号应当相反。

截止区:就是三极管在工作时,集电极电流始终为0。此时,集电极与发射极间电压接近电源电压。对于NPN型硅三极管来说,当Ube在0~0.5V 之间时,Ib很小,无论Ib怎样变化,Ic都为0。此时,三极管的内阻(Rce)很大,三极管截止。当在维修过程中,测得Ube低于0.5V或Uce接近电源电压时,就可知道三极管处在截止状态。

放大区:当Ube在0.5~0.7V 之间时,Ube的微小变化就能引起Ib的较大变化,Ib随Ube基本呈线性变化,从而引起Ic的较大变化(Ic=βIb)。这时三极管处于放大状态,集电极与发射极间电阻(Rce)随Ube可变。当在维修过程中,测得Ube在0.5~0.7V之间时,就可知道三极管处在放大状态

饱和区:当三极管的基极电流(Ib)达到某一值后,三极管的基极电流无论怎样变化,集电极电流都不再增大,一直处于最大值,这时三极管就处于饱和状态。三极管的饱和状态是以三极管集电极电流来表示的,但测量三极管的电流很不方便,可以通过测量三极管的电压Ube及Uce来判断三极管是否进入饱和状态。当Ube略大于0.7V后,无论Ube怎样变化,三极管的Ic将不能再增大。此时三极管内阻(Rce)很小,Uce低于0.1V,这种状态称为饱和。三极管在饱和时的Uce 称为饱和压降。当在维修过程中测量到Ube在0.7V 左右、而Uce低于0.1V 时,就可知道三极管处在饱和状态。

  1. 截止区:Ub<=Uce且Uce>Ube
  2. 放大区:Ube>Uon且UCE>=Ube,即Uc>Ub>Ue
  3. 饱和区:Ube>Uon且Uce<Ube

NPN型三极管导通时(饱和状态)ce间电压约为0.3V,PNP型三极管饱和导通条件Ve>Vb,Vc>Vb,ec间电压也约等于0.3V。NPN型三极管截止时只需发射极反偏即可,PNP型三极管与NPN型三极管截止条件相同。

4、三极管用于开关电路的原理

两个PN结都导通,三极管导通,这时三极管处于饱和状态,即开关电路的"开"状态,这时CE极间电压小于BE极间电压。两个PN结均反偏,即为开关电路的"关"状态,三极管截止。

5.三极管构成放大器有三种电路连接方式

共射极放大器,发射极为公共端,基极为输入端,集电极为输出端。

共集极放大器,集电极为公共端,基极为输入端,发射极为输出端。

共基极放大器,基极为公共端,发射极为输入端,集电极为输出端。

6、PNP管和NPN管的用法

a.如果输入一个高电平,而输出需要一个低电平时,首选择NPN。

b.如果输入一个低电平,而输出需要一个低电平时,首选择PNP。

c.如果输入一个低电平,而输出需要一个高电平时,首选择NPN。

d.如果输入一个高电平,而输出需要一个高电平时,首选择PNP。

NPN基极高电压,极电极与发射极短路(导通).低电压,极电极与发射极开路.也就是不工作。

PNP基极高电压,极电极与发射极开路,也就是不工作。如果基极加低电位,集电极与发射极短路(导通)。

7、晶体三极管是一种电流控制元件。在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用,通过电阻(在三极管的集电极与电源之间接一个电阻)转变为电压放大作用。

共射极电路的电流放大系数为β,共基极电路的电流放大倍数为α。α的值小于1但接近于1,而β的值则远大于1(通常在几十到几百的范围内),所以Ic>>Ib。由于这个缘故,共射极电路不但能得到电压放大,还可得到电流放大,致使共射极电路是目前应用最广泛的一种组态

三极管原理及三种基本工作状态

8、三极管在电路的应用

由于单片机的输出电流很小,不能直接驱动LED,需要加装扩流电路,最简单的就是加装一个射极跟随器(共集电极电路)足以驱动LED了。射极跟随器的发射极接负载,集电极接地,基极接单片机IO口。

共射极接法和共集电极接法的区别

共集、共基、共射指的是电路,是三极管电路的连接状态而不是三极管。所谓"共",就是输入、输出回路共有的部分。其判断是在交流等效电路下进行的。在交流通路下,电源正极相当于接地哪一个极接地,就是共哪个极电路

 共集电极电路----三极管的集电极接地,集电极是输入与输出的公共极;

共基极电路----三极管的基极接地,基极是输入与输出的公共极;

共发射极电路----三极管的发射极接地,发射极是输入与输出的公共极。

8.1、NPN管在电路中的应用

三极管原理及三种基本工作状态

区别很大。

首先,你的图有些问题,在B极、E或C极回路上必须要有限流电阻,不然会烧元件或者拉低电压的。

Q1应该是共集电极电路吧,Q2算共射电路。此处输入电压3V3代表3.3V。一般情况不使用Q1电路,都使用Q2电路。

Q1电路中,随着Q1的导通,E极电压上升,升到E极电压上升到3V(锗管)或2.6V(硅管)时,Q1的BE结电压开始减小,使Q1欲退出饱和状态,如此Q1的电压就钳在3V或2.6V左右,Q1的输出电压相对较低,不可能超过3V(按锗管算,BE也得0.3V的压降)。因为Ube=0.7V(硅管)/0.3V(锗管)。

Q1电路无法进入饱和状态?如果Q1进入饱和状态,电流Ic增大,集电极本来就有限流电阻R,Ic*R>Vcc-Ie*Rled? Rled为LED的电阻。

Q2电路简单,只要BE电压达到0.3V(锗管)或0.7V(硅管),Q2饱和导通,5V电压就加于负载。负载电压不受B极驱动电压的影响。

综上所述:NPN管(高电平导通)采用共集电极接法时输出电压较低,采用共射极接法时输出电压相对较高。

8.2 PNP管在电路中的应用

三极管原理及三种基本工作状态

两种接法各有用途,不能说哪种更好

左边是共发射极接法,右边是共集电极接法,由于发射极和基极间的电位只差0.7V,大致可看成Ve=Vb,因此又叫做射级跟随器。
当目的是要驱动一个数字量器件(如继电器/蜂鸣器)时,左边的共射电路是最标准的用法:T1要么截止要么饱和导通,导通时T1上的压降很小,电源电压几乎都落到负载B1上,T1相当于一个开关。采用右图的射随接法继电器/蜂鸣器虽也能工作,但因三极管不会饱和,使得负载得不到接近电源的电压,反而要使三极管的功耗增大,是值得注意的。

左图:拉低T1的基极电平使其导通(限流电阻不可省),T1即饱和,Vce仅约0.2V。
右图:拉低T2的基极电平(假设为0.3V),T2虽导通但无法完全饱和,因导通的条件是Vbe(实际应为Veb)上有0.7V,所以T2的Vce(实际应为Vec)=0.3+0.7=1V。
可见左右两种电路在三极管c-e上的压降不同,右图三极管的功耗要大于左图,负载上得到的电压则较低。

综上所述,PNP管(低电平导通)采用共集电极接法时无法进入饱和状态,采用共射极接法时饱和压降低。

所以在电路中不管是PNP管还是NPN管一般采用共射极接法,即集电极接负载;共集电极接法(又称射级跟随器)有电流放大而无电压放大。

如果把三极管当开关用,负载最好接在集电极(不管是NPN还是PNP管),这样接导通时饱和压降小一点。接在集电极作负载的是电压放大,接在发射极做负载的是电流放大。

不管是NPN还是PNP三极管负载可以接在集电极也可以接在发射极,至于哪种接法要根据放大电路的要求来定,负载接在集电极的叫共射放大电路具有电压放大作用,另一种负载接在发射极的称共集电极放大电路,具有电流放大作用,具有高输入阻抗,低输出阻抗的特点,同样是一种放大电路又称阻抗匹配电路。

8.3 一般典型用法是三极管基极接单片机IO口(P0-P3)。

三极管的集电极电流(Ic)小可以更容易进入饱和状态。三极管的饱和电流由C极负载决定,这里说的是e极上无电阻的情况. 一般说负载大是指电流大,也就是电阻小。

怎么使三极管进入饱和状态?(此处NPN三极管基极接单片机IO口,发射极接地,集电极通过负载接5V电源)答案:增加基极电流,使基极电流乘以放大倍数大于集电流。 因为三极管放大倍数有离散性,所以计算时要用你所用一三极管中可能的最小放大倍数。用最小放大倍数算,放大倍数较大的管子上去也能用,只是饱和深度深些,多少影响点响应速度。用最大放大倍数算,放大倍数较小的管子上去就不能保证饱和。如果单片机输出电流不够就要加放大级。

假如发射极直接接地而不串联电阻,如果三极管是NPN管,单片机IO口输出高电平,则加在三极管的电流会过大而烧毁三极管。另一种情况,假设为PNP管(E极接Vcc),单片机IO口输出低电平时三极管烧毁。一般会在单片机与三极管基极间加限流电阻(?)。

驱动蜂鸣器的电路要求工作在饱和状态下是为了提高电源的使用效率,并不是必需条件.比如说使用的蜂鸣器额定电压低于电源电压,这时就要在C极上串电阻或采用恒流电路来限制电流.

三极管原理及三种基本工作状态

pnp与npn的用法有所不同,一般来说pnp的管子射极接电源,且b极接上拉以确保关断,npn的管子射极接地,b极下拉。9013是npn管,高电平导通,9012是pnp管,低电平导通。这种做法只适应于相对较高输入阻抗电路,以提高抗干扰特性,防误触发。如果还想可靠点,此电阻上还可加一只103~104独石。

继续阅读
  • 我的微信
  • 微信扫一扫
  • weinxin
  • 我的QQ
  • QQ扫一扫
  • weinxin
GT邱道
  • 本文由 发表于 2020年9月13日23:08:39
  • 转载请务必保留本文链接:http://www.tyjsgt.com/sanjiguanyuanli.html
图解三极管 电控技术

图解三极管

"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" 在电子元件家族中,三极管属于半导体主动元件中的分立元件。 广义上,三极管有多种,常见如下图所示。   狭义三极...
电子控制技术61页电路工作过程 电控技术

电子控制技术61页电路工作过程

电子控制技术教材第三章第三单元的单元练习有这么一个电路。 请在电路试验板上搭接下图所示电路、其中,Va,Vb,Vc,Vd分别是CC4011中的四 个与非门。Va和Vb组成单稳态触发器,当光线变暗,使R...
图解三极管 电控技术

图解三极管

"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" 在电子元件家族中,三极管属于半导体主动元件中的分立元件。 广义上,三极管有多种,常见如下图所示。   狭义三极...
通用技术专题---555集成电路原理及应用 备课资源

通用技术专题—555集成电路原理及应用

在通用技术选修教程电子控制技术中,555集成电路有着特殊的地位。 一、555集成电路原理 555时基电路是一种由模拟电路与数字电路组合而成的多功能的中规模集成组件,只要配少量的外部器件,便可很方便的组...
匿名

发表评论

匿名网友 填写信息

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: