NPN、PNP型三极管的工作原理是什么?

Monkey685


题目所提说到的电子元器件是三极管,是电子电路中核心电子元器件之一。三极管也叫半导体三极管或双型晶体管或晶体三极管。能把微弱的电流信号放大成幅值较高的电信号,还能用做无触点开关。

NPN型三极管,简单看它就是有两块N型半导体和一块P型半导体组成三极管。因为半导体有两种载流子,以电子导电为主的半导体为N型半导体(极性为负),以空穴导电为主的半导体为P型半导体(极性为正)。

NPN型三极管工作原理,在电子电路中,NPN型三极管有共发射极、共集电极、共基极三种接法。

以习惯的共发射极接法举例:基极(Ib)、集电极(Ic)、发射极(Ie),Ic=βIb,如下图所示。

当VBB有微弱变化,Ib也会随之变化。因为集电极Ic受到Ib的控制,Ib越大则Ic也越大,反之越小。由于Ic的变化比Ib大的多,因此Ic的变化量跟Ib变化量比叫做三极管放大倍数β(β一般为几十到几百),也是三极管的放大作用。从Ib流至Ie的电流称作基极电流(Ib),从Ic流至Ie的电流称作集电极电流(Ic)。

例如一台电容式压力变送器。当测量压力变化则作用于隔离膜片和填充液,从而改变可动极板跟固定极板之间距离,引起一侧电容增加,另一侧电容减少,得到的差动电容容量通过引线转换电路。在转换电路中的三极管就发挥它的作用,在基极加偏置电阻有Ib=VBB÷RB。前提还要保证集电极有一定的电流(I),此时需要增加一个偏置电阻和提供电源VCC,得I=VCC÷RC。


假设一台电容式压力变送器,当压力变送器传感器检测到压力发生变化就会得到差动电容的变化,再引线至转换电路,VBB就会变化,VBB发生变化则Ib也随之变化,再通过三极管的放大则集电极电流Ic也变化,将得到的Ic,此时的Ic就是放大电路放大后的信号,再把Ic输出做进一步处理,通过变送器就地显示压力值或者从变送器输出标准电流信号(4-20mA)送至二次仪表控制、显示等。这里用到的就是三极管的放大作用。

判断三极管是浅度饱和还是深度饱和还是截止状态。若Ibβ>Ic,浅度饱和、若Ibβ>>Ic,深度饱和,若Ibβ=0,则Ic=0,截止状态。

假如把集电极上的偏置电阻换成灯泡,那么此时的三极管在开关电路中工作,就当做一个无触点开关用。当0<Ibβ<=Ic,Ibβ从0到IC增大,则灯泡慢慢变亮,当Ibβ>Ic时,灯泡完全变亮,若Ibβ>>Ic,反而会影响其开关速度。三极管PNP型原理跟NPN型三极管一样,只是发射极的电流方向发生了改变。


工业自动化小白


NPN型三极管和PNP型三极管这是按三极管按结构分类的,NPN型是两块N型半导体以及一块P型半导体组成,如下图左图;而PNP型三极管一块N型半导体以及两块P型半导组成,如下图右图。作为电流放大器件,它有三个电极,分别是集电极C,基极B,发射极E。

NPN型三极管的工作原理

如下图所示,定义:从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流IB,从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。注意的是:这两个电流的方向都是流出发射极的。以硅管为例,基极B电流在输入电压 大到一定值产生,基极电流的变化,会引起集电极电流很大的变化,同时变化满足一定的比例关系:Ic=βIB,β叫做三极管的放大倍数,这就是三极管的放大作用,这时候是发射极正偏、集电极反偏,此时处于线性区,但是随着电流的增大,增大到无法再大的程度时候就会进入饱和区,除了放大区和饱和区其实还有一个区,那就是截止区,这是三极管没有导通时候的状态。

PNP型三极管的工作原理

PNP型三极管的工作原理与NPN型工作原理其实差不多,只不过导通时候发射极E极电流流向基极B

三极管应用

由于具有电流放大作用,因此经常用于信号放大,例如数码屏驱动 、MOS管驱动,还有开关作用,例如负载通断、多谐振荡、电平转换等


大年君


先简介一下三极管的结构:

三极管的结构简单来说在一个硅(或锗)片上生成三个杂质半导体区域,一个P区(或N区)夹在两个N区(或P区)中间。所以三极管一般分为NPN型或PNP型,材质分为硅或锗。从三个杂质半导体域各引出一个电极分别叫发射极e、集电极c、基极b,相对应的杂质区域分布称为发射区、集电区、基区。三个区域形成两个PN结,发射区与基区间的PN结称为发射结,集电区和基区间的PN结称为集电结。图1是两种类型三极管的概念图,其中发射极上的箭头表示发射结加正偏电压时,发射极的电流方向。由于二极管就是一个PN结组成,便于理解可以将三极管看作为两个二极管串联,如图2。

工作原理:

正常放大状态下情况下,NPN管,电压大小是:VC>Vb>Ve,如果是硅管的话,三极管导通条件是Vbe>0.7V。PNP管,就是反这来的,VC0.7v。

工作状态:

相比FET是电压控制型元件,三极管则是电流控制型元件,三极管的工作状态有三种:截止、放大、饱和。

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。

以NPN为例(pnp管与之相反),

截止状态:发射极反偏、集电极反偏,Ube<0, Ubc<0;

放大状态: 发射极正偏、集电极反偏,Ube≥0.7V, 而Ubc<0,关系公式ΔIC=βΔIB;

饱和状态:发射极正偏、集电极正偏,Ube>0, Ubc>0;


下面再用一个形象的比喻来向大家解释这三个状态:

三极管是一个以b(基极)电流Ib 来驱动流过CE 的电流Ic 的器件,它的工作原理很像一个可控制的阀门,三极管工作在放大状态下存在Ic=β*Ib的关系。

上图中细管子里蓝色的小水流冲动杠杆使大水管的阀门开大,就可允许较大红色的水流通过这个阀门。当蓝色水流越大,也就使大管中红色的水流更大。如果放大倍数是100,那么当蓝色小水流为1 千克/小时,那么就允许大管子流过100千克/小时的水。三极管的原理也跟这个一样,放大倍数为100 时,当Ib(基极电流)为1mA 时,Ice的电流为100mA,此时三极管处于放大状态; 而当没有蓝色水流流过时,大水管的阀门不打开,没有红色水流流过,三极管也就没电流从C流到e,三极管处于截止状态;当蓝色水流足够大使大水管的阀门完全打开时,此时蓝色水流再变大,也不会影响红色水流的大小,同理当Ib的电流足够大,Ice的电流将不会受基极电流影响,此时三极管处于饱和状态。

怎样判断三极管的工作状态?

方法1:根据三极管工作状态时各个电极的电位高低,从而判别三极管的工作状态。

方法2:先假设是在饱和区,在计算C E两端的电压,以0.3V(具体电压根据芯片手册选择)作为饱和区放大区的判断标准,小于则为饱和模式,大于则为放大模式;当c e间电压为无穷大时即为截止区!

零是起源写于20180710


风过留声401


以共发射极电路为例,三极管基本工作原理是,用基极小电压、电流变化,控制集电极大的电流变化,进而在集电极电阻上获得大的电压变化。PNP型三极管发射极接电源正极,NPN型三极管发射极接电源负极,二者静态电流方向不同。


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