曹政情
為什麼PNP三極管集電極(C)和發射極(E)反著接,卻可以當開關使用?
理解NPN和PNP兩種類型的三極管原理及電流方向就會明白為什麼PNP三極管的集電極和發射極反著接當開關使用。
NPN和PNP三極管的基本原理及差異
三極管屬於電流控制元件,小電流控制大電流。三極管共有三個極:基極、集電極和發射極,根據兩個PN結的構造不同,三極管分為NPN型和PNP型,雖然兩種類型的三極管都有截止區、放大區和飽和區,但是它們控制方式、導通條件及電流方向是不同的。
一、NPN三極管:
NPN型三極管工作時的電流方向為:基極(B)流向發射極(E),集電極(C)流向發射極(E),Ic=βIb,Ie=(β+1)Ib,其中β為三極管的放大倍數。
截止區:Ube<0.6V,基極電流Ib=0,所以Ic=0,三極管內阻很大,相當於開路(假設0.6V為三極管的開啟電壓);
放大區:滿足公式Ic=βIb,Ie=(β+1)Ib,小電流驅動大電流,基極電流越大集電極電流就越大;
飽和區:Ic電流達到飽和(趨於穩定),不隨Ib的電流增大而增大。
二、PNP三極管:
PNP型三極管工作時的電流方向為:發射極(E)流向基極(B),發射極(E)流向集電極(C),Ic=βIb,Ie=(β+1)Ib,其中β為三極管的放大倍數。
截止區:Ube>-0.6V,即Ueb<0.6V,由於其電流方向正好跟NPN三極管相反,所以當三極管有電流時發射極的電位比基極的電位高(頭條@技術閒聊)。此區間基極電流Ib=0,所以Ic=0,三極管內阻很大,相當於開路;
放大區:滿足公式Ic=βIb,Ie=(β+1)Ib,小電流驅動大電流,基極電流越大集電極電流就越大;
飽和區:Ic電流達到飽和(趨於穩定),不隨Ib的電流增大而增大。
三、NPN和PNP三極管的差異:
從其原理可以看出,NPN和PNP三極管的功能基本相同,唯一的區別是它們的電流方向正好相反。NPN三極管基極的電流方向為從基極流向發射極,而PNP三極管正好相反,電流從發射極流出基極;NPN三極管主迴路電流方向從集電極流向發射極,而PNP三極管電流從發射極流向集電極。
實例說明
為了讓你們理解更透徹,分別用實例說明,如下圖為分別使用NPN和PNP三極管當電子開關控制LED燈的原理。因為電源的電流都是從正極流向負極(+5V→GND),所以根據三極管的電流方向,PNP三極管的集電極和發射極對比NPN三極管是反接的。
其工作原理(假設三極管的開啟電壓為0.6V):
1、NPN三極管(上圖左),當輸入電壓小於0.6V時,三極管截止,LED燈不亮;當輸入電壓大於0.6V時,三極管基極有電流,三極管導通,LED點亮,三極管集電極的電流受基極電流限制,而基極電流的計算方法Ib=(輸入電壓-0.6)/R1,改變輸入電壓或R1的阻值都可以改變基極電流,從而控制負載的電流。
2、PNP三極管(上圖右),當輸入電壓大於4.4V時,三極管截止,LED燈不亮;當輸入電壓小於4.4V時,三極管基極有電流,三極管導通,LED點亮,三極管集電極的電流受基極電流限制,而基極電流的計算方法Ib=(5V-輸入電壓)/R1,改變輸入電壓或R1的阻值都可以改變基極電流,從而控制負載的電流。
正因為NPN和PNP型三極管的電流方向正好相反,因此很多場合經常使用NPN和PNP組成對管搭配使用,比如下圖的使用NPN和PNP三極管組成的H橋電路,在控制電機正反轉時經常用到。
總結:三極管是很常用的半導體元器件,對它們的原理一定要非常瞭解,理解三極管的用法及用途,熟悉它們之間的差異,在電路設計中才會得心應手。
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這個問題提問得非常有水平。很多人都有一個誤區,三極管CE極反接是一定不能工作的。實際不然。相信提問者就遇到了這樣的現象。
要想回答這個問題,首先要從三極管的構造說起。
基本的三極管構造見圖1,它分為發射區,基區和集電區。其中,發射區摻雜濃度高,基區薄,集電區面積大。發射區摻雜濃度高,有利於發射區向基區發射載流子;基區薄,載流子容易通過;集電區比發射區面積大,且摻雜濃度低,有利於收集載流子…
但是,從基本的PN結構成來看,三極管的C和E確實是可以互換的。只不過互換後,三極管的特性和其本來的特性會相差較多而已。
具體相差在哪裡呢?總結下來,主要有如下兩個方面的變化:
首先是耐壓。三極管b,e結能夠承受的反向電壓一般都會比b,c結能夠承受的反向電壓要低很多,典型值為5-7V。因此CE互換後的三極管能夠承受的電壓也會下降。
其次是放大倍數的下降。因為集電區和發射區結構不同,顛倒使用後,最大的變化就是電流放大倍數會下降。常見的情況,例如一個三極管,原始放下倍數有100多,CE顛倒後,放大倍數往往會降低至10以下。
從上面分析可以看出,三極管CE顛倒,有時電路確實也能正常工作。例如提問者的電子開關的應用場合,只不過性能會惡化而已。
值得注意的是,不是所有三極管CE互換都會發生以上的變化的。例如有一種用於高速開關的“帶阻尼”三極管,其內部CE之間反並了一個二極管。此時如果CE反接,電路一定不能正常工作。圖3就是一種“帶阻尼”三極管的外形。
老虎3397
三極管用做開關,是因為利用他的導通和截止的特性,發射級和集電極接反,基極一樣可以控制通斷!只是放大性能變差,不會導致不能用。
擴展資料:
風信子視野
千萬不要小瞧半導體管的威力,定然是ce結的反接,在複合放大中造成錯覺,把個小小的元件外封裝鐵殼都崩開了。