轻松读懂“三极管”,原来它是这样工作的

面包板社区 2020-04-04


1947年12月,美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组,研制出一种点接触型的锗晶体管。晶体管的问世,是20世纪的一项重大发明,是微电子革命的先声。


三极管的发明人


三极管,全称应为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号,也用作无触点开关。


三极管有三个电极分别是:发射极、集电极、基极。

发射极的作用:发射电子;

集电极的作用:收集电子;

基极的作用:输送和控制电子;


三极管的结构

三极管和二极管一样也是由P型半导体和N型半导体组成,区别是二极管只有一个PN结而三极管由两个PN结:集电结和发射结。


三极管的等效图

三极管有两个PN结,类似于两个共阴或共阳的二极管

三极管的工作原理


接通电源后发射极的一部分自由电子(带负电)在电场(和磁场类似)力的作用下通过外电源跑到基极P型半导体(带正电)的一端和正电子(空穴)碰撞产生基极电流,因为基极的面积很小能够容纳的正电子数量非常有限,所以碰撞产生的基极电流必然就很小。


与此同时,在电场力的作用下发射极N区的自由电子也会漂移到P区,因集电极的电位高于基极的电位,所以从发射极N区跑到P区的自由电子又瞬间被N区集电极的强大电场给吸(漂移)了过去。因发射极和电源负极相连,所以当发射极的电子发射完之后它便直接从电源获取源源不断的自由电子,这样自由电子就无限循环的运动起来了。


等等。。。看到这里是不是有点懵?你是不是在想自由电子为什么要往集电极跑?原因其实很简单:集电极接的是电源正,它对带负电的自由电子有很强的吸附作用(和磁场类似)。所以集电极原本带负电却被电源打出一招“吸星大法”把自由电子全给吸走了,因电场(和磁场类似)力的作用自由电子就会源源不断的被吸收(漂移)过去。


因自由电子移动的方向和电流的方向是相反的,所以电流的流向就是:基极—发射极先有一个小电流然后就会引起集电极—发射极的大电流,这就是三极管的工作原理!


三极管的工作条件


三极管的电路代号

三极管在电路中一般用字母“V”“VT”“Q”“BG”等表示。

三极管的电路符号

npn和PNP三极管所对应的电路符号


三极管的三种工作状态

截止状态:三极管发射结的电压小于PN结的导通电压,基极电流为零,集电极电流和发射极电流都为零,三极管这时失去了电流放大作用,集电极和发射极之间相当于开关的断开状态,我们称三极管处于截止状态。


放大状态:当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,三极管的发射结正向偏置,集电结反向偏置,这时基极电流对集电极电流起着控制作用,使三极管具有电流放大作用。


饱和导通状态:当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,并当基极电流增大到一定程度时,集电极电流不再随着基极电流的增大而增大,而是处于某一定值附近不怎么变化,这时三极管失去电流放大作用,集电极与发射极之间的电压很小,集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。


三极管的作用

对微弱的信号进行放大;基极输入一个很小的信号就会引起集电极很大的电流变化,这是电子电路中一个最重要也是最核心的部分。


用作无触点开关,利用三极管的截止和导通特性来控制或驱动负载;比如由三极管组成的门电路、开关电源等。


三极管的基本分类

按材料可分:硅管(NPN)和锗管(PNP)

按频率可分为:低频、中频、高频

按功率可分为:小功率、中功率、大功率

三极管的外形和封装

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TO-126中功率三极管


大功率三极管

贴片三极管

小功率低频三极管

大功率三极管


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