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既能数字又能模拟的三极管

2022/07/16
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大家好,从今日起我新建了一个电子类专栏,该专栏将逐个介绍电路设计过程中经常用到的元器件,力求以最简洁的文字描述,让大家快速的掌握元器件的使用方法,并学会如何设计硬件电路、如何设计电子产品,专栏持久更新。
前文《电子入门05:二极管的基本知识和用法》讲解了如下与电容相关的内容:

  1. 二极管的基本概念相关的知识;
  2. 二极管的分类相关的基本知识;
  3. 二极管典型应用和电路等知识;

今天和大家一起来看一下三极管的相关知识内容和典型的使用方法。在本章节中,您会看到如下几部分的内容:

  1. 三极管的基本概念相关的知识;
  2. 三极管的工作状态相关知识;
  3. 三极管典型应用和注意事项;

1.三极管的基本概念相关的知识

三极管是电路设计中常用的基本元器件,是一种流控型的半导体元器件。三极管具有三个电极,分别为基极b、集电极c、发射极e。三极管根据内部结构可以分为NPN型三极管和PNP型三极管。NPN型三极管NPN型三极管内部具有两块N型半导体和一块P型半导体,在其接合面处形成两个PN结,从P型半导体上引出控制的电极为基极,NPN三极管的内部结构和电气符号如图1所示。

 

1-NPN三极管结构及电气符号PNP型三极管内部具有两块P型半导体和一块N型半导体,在其接合面处形成两个PN结,从N型半导体上引出控制的电极为基极,PNP三极管的内部结构和电气符号如图2所示。

 

2-PNP三极管结构及电气符号

2.三极管的工作状态相关知识

三极管具有三个工作状态/工作区域,分别为:1)截止区;2)放大区;3)饱和区。三极管是电流控型的半导体元器件,通过给基极微小的电流就可以控制集电极输出较大的电流,从而实现放大。三极管有一个关键的参数:电流放大倍数,用β来表示,是一个常量,集电极电流和基极电流可以通过β建立起关系:Ic=βIb。三极管的三个工作状态如图3所示。

 

3-三极管的三个工作状态以NPN三极管为例介绍一下三极管的各个工作状态的工作条件。截止区当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压,PN结反偏,基极电流为零,此时三极管处于截止状态,集电极电流Ic近似于零(Iceo),没有放大作用。放大区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,Ic=βIb,起到电流的放大作用。饱和区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,而是保持一个值附近时,失去电流放大作用,三极管的工作状态进入饱和区,Uce的压降约为0.2-0.3V。

把三极管当作开关使用时,要让三极管工作在截止区和饱和区。三极管工作在放大区时一般有三种工作阻态,分别为共发射极电路、共集电极电路、共基极电路。

 

4-三极管放大电路

3.三极管典型应用和注意事项

主要介绍三极管用作开关的典型应用,在单片机的外设电路中,三极管经常被用作驱动蜂鸣器继电器之类的元器件。

 

5-三极管用在开关对于NPN三极管而言,GPIO与单片机连接,当单片机输出高电平时,三极管导通,蜂鸣器工作发声;当单片机输出低电平时,三极管截止,蜂鸣器从回路中被断开,不工作停止发声。图5中的R177电阻可以防止初始化时误操作导致蜂鸣器发声。

对于PNP三极管而言,当单片机输出高电平时,三极管不导通,蜂鸣器不工作;当单片机输出低电平时,三极管导通,蜂鸣器工作。

 

6-三极管流向通过图5可以看出,不管是NPN三极管还是PNP三极管,蜂鸣器都接在三极管的集电极,而不会接在发射极上。原因分析如下:如果把蜂鸣器接在三极管的发射极上,以NPN三极管为例,其驱动电路如下所示。

 

7-不正确电路当单片机输出高电平时,蜂鸣器导通时,蜂鸣器本身也存在压降,这就使得Ube可能达不到开启电压,无法使三极管处于饱和状态,由此导致蜂鸣器不工作。所以在使用三极管驱动负载时,需要把负载接在三极管的集电极上,以使三极管能完全饱和导通。相信通过以上内容大家对三极管有了一定的认识,如果由疑问的地方欢迎留言讨论,或者私信我。在下一章节中,您将学习到有关场效应管NMOS/PMOS的相关知识。

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玩转嵌入式简介,高级嵌入式工程师,具有多年的嵌入式研发经验,主要从事传感器、控制器、汽车电子、电机驱动等硬件和软件的研发工作,主要分享单片机、ARM、嵌入式软件、嵌入式硬件、电子技术、半导体、智能硬件等相关内容,创建技术专栏分享技术心得和大家一起畅游技术的海洋。