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一文詳解三極管的基礎(chǔ)知識(shí)

硬件攻城獅 ? 來(lái)源:飛多學(xué)堂 ? 2024-11-07 09:43 ? 次閱讀

以下文章來(lái)源于飛多學(xué)堂,作者飛多學(xué)堂

雙極性晶體管(英語(yǔ):bipolar transistor),全稱雙極性結(jié)型晶體管(bipolar junction transistor, BJT),俗稱三極管,是一種具有三個(gè)引腳的電子元器件

本文是講述的是三極管的基礎(chǔ)知識(shí)。本文涉及到三極管管的基本工作原理、特性曲線以及線性和開(kāi)關(guān)操作。還涉及到了三極管基礎(chǔ)應(yīng)用電路。最后我們進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)。

三極管基礎(chǔ)知識(shí)

講解了NPN和PNP三極管的符號(hào)、引腳排列和工作原理。

NPN 和 PNP

三極管有兩種基本類型,即NPN型和PNP型。在這兩種類型中,NPN型的三極管更為常用,所以我們將主要討論NPN型的三極管。請(qǐng)記住,我們關(guān)于NPN型的三極管的所有內(nèi)容,實(shí)際上和PNP型的三極管基本相同,只是我們要把所有涉及到的極性都反過(guò)來(lái)。極性是指結(jié)的電壓極性和流經(jīng)它們的電流極性。

下面是NPN型和PNP型三極管的原理圖符號(hào):

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從三極管的符號(hào)圖中可以看到,三極管的三個(gè)引腳分別是:

Collector: 集電極

Base: 基極

Emitter: 發(fā)射極

不論是NPN還是PNP, 有箭頭的引腳是發(fā)射極,箭頭總是指向N型半導(dǎo)體材料。NPN型和PNP型的三極管,你可以看到箭頭都是指向N型半導(dǎo)體的。

三極管由三種半導(dǎo)體組成:

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下面是一些常見(jiàn)的小信號(hào)三極管封裝的引腳排列方式:

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塑料封裝的TO-92通常是如上圖這樣排列的。金屬罐封裝的TO-18通常也是如上圖排列的,靠近伸出來(lái)的小金屬片的是發(fā)射極。SOT-23封裝通常是如上圖排列的,集電極是單獨(dú)的一個(gè)引腳。【注意】,是通常,并不是所有,具體以三極管數(shù)據(jù)手冊(cè)為準(zhǔn)。

當(dāng)然,三極管還有許多其他不同的封裝類型,比如 TO-220,這是一種帶有金屬散熱片的塑料封裝:

TO-3,是一種用于更高功率應(yīng)用的封裝,以及其他幾十種不同的封裝類型。所以,當(dāng)你使用這些三極管時(shí),最好能查看數(shù)據(jù)手冊(cè),以驗(yàn)證引腳的排列方式。

基礎(chǔ)知識(shí)

復(fù)習(xí)二極管

復(fù)習(xí)一下二極管的相關(guān)知識(shí):

二極管是一種半導(dǎo)體器件,它有兩個(gè)電極:正極(陽(yáng)極)和負(fù)極(陰極)。二極管的內(nèi)部是由n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體相接而成的pn結(jié)。pn結(jié)的兩側(cè)存在一個(gè)內(nèi)部電場(chǎng),它阻礙了電流的流動(dòng)。

正向偏置是指將電源的正極連接到二極管的p型側(cè),負(fù)極連接到n型側(cè),這樣就使得外部電場(chǎng)與內(nèi)部電場(chǎng)方向相反,從而降低了pn結(jié)的電勢(shì)差,使得電荷載流子能夠跨越pn結(jié),形成電流。

反向偏置是指將電源的正極連接到二極管的n型側(cè),負(fù)極連接到p型側(cè),這樣就使得外部電場(chǎng)與內(nèi)部電場(chǎng)方向相同,從而增加了pn結(jié)的電勢(shì)差,使得電荷載流子難以跨越pn結(jié),形成很小的電流。

下圖是二極管的正向偏置和反向偏置的示意圖:

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導(dǎo)通和截止

下文中,我們把基極與發(fā)射極之間的 PN 結(jié)稱為發(fā)射結(jié), 基極與集電極之間的 PN 結(jié)稱為集電結(jié):

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下面是理解三極管原理的三條關(guān)鍵信息

首先,發(fā)射結(jié)的行為就像一個(gè)二極管,它可以正向偏置,也可以反向偏置,它可以導(dǎo)通,也可以截止。

其次,當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置時(shí),允許電流在集電極和發(fā)射極之間流動(dòng)。所以,如果我有足夠的偏置電壓來(lái)打開(kāi)這個(gè)二極管,即基極-發(fā)射極的 PN 結(jié),電流就可以從集電極流向發(fā)射極。

第三,當(dāng)發(fā)射結(jié)沒(méi)有正向偏置,也就是是截止的時(shí)候,集電極和發(fā)射極之間沒(méi)有電流流動(dòng)。例如,如果基極接地,發(fā)射結(jié)就沒(méi)有導(dǎo)通,這個(gè)二極管就相當(dāng)于關(guān)閉了,相應(yīng)的電流就不會(huì)從集電極流向發(fā)射極。

當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏時(shí),電流可以在集電極和發(fā)射極之間流動(dòng), 三極管處于導(dǎo)通狀態(tài):

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當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí),發(fā)射結(jié)的行為就像一個(gè)二極管,所以基極和發(fā)射極之間的電壓降通常在0.6到0.7伏之間,非常類似于硅二極管。

當(dāng)基極-發(fā)射極沒(méi)有正向偏置,也就是是截止的時(shí)候,集電極和發(fā)射極之間沒(méi)有電流流動(dòng),三極管處于截止?fàn)顟B(tài):

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工作區(qū)

工作區(qū)定義

根據(jù)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的偏置狀態(tài),可以定義三極管的幾個(gè)不同的工作區(qū)。

截止區(qū):當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓小于導(dǎo)通電壓(約0.6-0.7V),發(fā)射結(jié)沒(méi)有導(dǎo)通,集電結(jié)處于反向偏置,三極管沒(méi)有電流放大作用,相當(dāng)于一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。

放大區(qū):當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓大于導(dǎo)通電壓,發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏,三極管的基極電流控制著集電極電流,集電極電流與基極電流近似于線性關(guān)系,三極管起到電流放大作用,相當(dāng)于一個(gè)可調(diào)的電阻

飽和區(qū):當(dāng)集電極電流增大到一定程度時(shí),再增大基極電流,集電極電流也不會(huì)增大,集電結(jié)也正偏,三極管的電流放大系數(shù)變小,相當(dāng)于一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)。

三極管電路有上千萬(wàn)種,總體上分為兩種:

放大電路

發(fā)射結(jié)正偏(B-E foreword biased)

集電結(jié)反偏(C-B reversed biased)

開(kāi)關(guān)電路

發(fā)射結(jié)正偏(B-E foreword biased)

集電結(jié)正偏(C-B foreword biased)

放大電路工作在三極管的線性工作區(qū),開(kāi)關(guān)電路工作在三極管的截止區(qū)和飽和區(qū)。

特性曲線

對(duì)于特性曲線,你能理解就理解,不能理解,就先放著,本文之所以加上特性曲線這一部分,是因?yàn)槿龢O管的工作區(qū)來(lái)自于特性曲線。

三極管的伏安特性曲線是描述三極管各電極電流和電壓之間關(guān)系的圖形。三極管有三種連接方式:共發(fā)射極、共集電極和共基極(對(duì)于這三種連接方式,不理解沒(méi)關(guān)系,以后會(huì)講)。不同的連接方式有不同的特性曲線。一般來(lái)說(shuō),最常用的是共發(fā)射極電路,它有兩種特性曲線:輸入特性和輸出特性。

輸入特性是指在集電極電壓UCE為某一定值時(shí),基極電流IB和發(fā)射結(jié)電壓UBE之間的關(guān)系。輸入特性曲線的形狀類似于二極管的伏安特性曲線,因?yàn)榘l(fā)射結(jié)是一個(gè)正偏的PN結(jié)。輸入特性曲線可以反映出三極管的輸入電阻,即Rin=ΔUBE/ΔIB。輸入電阻一般很小,約為幾十歐姆到幾百歐姆。

輸出特性是指在基極電流IB為某一定值時(shí),集電極電流IC和集電極電壓UCE之間的關(guān)系。輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。

下圖是三極管的輸入特性曲線和輸出特性曲線:

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藍(lán)色虛線左邊的區(qū)域?yàn)轱柡蛥^(qū)(Saturation);

由藍(lán)色虛線、紅色虛線和棕色虛線包圍的區(qū)域?yàn)榉糯髤^(qū)(Active),在這個(gè)區(qū)域里,發(fā)射極電流與基極電流成近似線性關(guān)系;

紅色虛線下方表示三極管尚未導(dǎo)通,處于截止區(qū)(Cut-off);

285a2074-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.png為開(kāi)啟三極管的最小基極電流;

ps不熟,特性曲線我沒(méi)有涂上顏色,你可以參照下圖,給上圖腦補(bǔ)上顏色^_^:

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放大區(qū)

放大區(qū)或者線性工作區(qū)域是這樣的,集電極-基極的結(jié)總是反向偏置的,這意味著通常情況下,集電極電壓是等于或大于基極電壓的,它甚至可以被稍微比基極電壓低一點(diǎn),但不要降低到足以打開(kāi)集電極-基極的結(jié)的程度。

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在特性曲線的放大區(qū),你畫一條垂直的線,上圖的紅色線,含義如下:集電極和發(fā)射極之間的電壓(UCE)不變,增加基極電流 IB, IC 會(huì)相應(yīng)增加。

放大的是啥

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在線性工作區(qū),我們會(huì)施加一定的正向偏置電壓到基極,目的是打開(kāi)發(fā)射結(jié)。基極通常會(huì)有一個(gè)電阻,用來(lái)限制基極電流,因?yàn)榛鶚O-發(fā)射極之間有一個(gè)PN結(jié),也就是二極管,二極管一般都會(huì)加一個(gè)限流電阻。有時(shí)候這個(gè)限流電阻會(huì)在基極前面,有時(shí)候會(huì)在發(fā)射極后面,有時(shí)候會(huì)兩個(gè)地方都有。在這兩種情況下,基極-發(fā)射極兩個(gè)引腳之間的壓差通常在0.6到0.7伏之間,當(dāng)然有些大功率三極管,這個(gè)壓差可能會(huì)更大一些,但這個(gè) 值對(duì)于小信號(hào)處理三極管來(lái)說(shuō)是非常常見(jiàn)的。所以,如果我們忽略了三極管的集電極,只把它看作一個(gè)二極管(基極-發(fā)射極之間的二極管),這里的特性遵循二極管伏安特性曲線,就像一個(gè)典型的二極管一樣:

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關(guān)于三極管的一個(gè)神奇之處是,當(dāng)你對(duì)基極施加電壓,以讓少許基極電流通過(guò)發(fā)射結(jié)時(shí),它允許更大的集電極流流向發(fā)射極,而集電極電流將比基極電流高出很多倍,通常是100到200倍。這個(gè)因子被稱為β,有時(shí)它寫成hfe。所以,一小部分基極電流可以導(dǎo)致一個(gè)較大的集電極電流流,也就是放大。

發(fā)射極電流,也就是從發(fā)射極流出的電流,是基極電流和集電極電流的總和。

問(wèn)題來(lái)了

對(duì)于線性工作區(qū),一個(gè)問(wèn)題值得思考。在線性工作區(qū)中,發(fā)射結(jié)是正向偏置的, 集電結(jié)是反偏的。為啥還會(huì)有集電極電流流過(guò)反偏的集電結(jié)?

欲知后事如何,接著往下看。

飽和區(qū)

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當(dāng)用作開(kāi)關(guān)時(shí),一般是控制一個(gè)負(fù)載元器件通電、斷電。也許是點(diǎn)亮或者關(guān)閉一個(gè) LED,也許是控制蜂鳴器的開(kāi)啟、關(guān)閉 。這種使用模式中,我們通過(guò)正向偏置發(fā)射結(jié)來(lái)打開(kāi)三極管,但是通常如下圖所示的負(fù)載產(chǎn)生的電壓降會(huì)把集電極的電壓降低到足以實(shí)際打開(kāi)集電結(jié)的程度。所以,此時(shí)三極管集電極和發(fā)射極之間的電壓非常小。這通常被稱為開(kāi)關(guān)工作模式,這時(shí)三極管處于所謂的飽和工作區(qū)。

四兩如何撥千斤

我們來(lái)回答前面的問(wèn)題:電流是如何流過(guò)一個(gè)反向偏置的 PN 結(jié)的呢?

為了回答這個(gè)問(wèn)題,我們必須必須深入三極管內(nèi)部:

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三極管是由三種半導(dǎo)體材料組成的,上圖中,從上往下看依次是:N型半導(dǎo)體,P型半導(dǎo)體和一個(gè)N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體材料中有很多自由電子,對(duì)于三極管來(lái)說(shuō),特別是發(fā)射極,制造環(huán)節(jié)會(huì)進(jìn)行重度摻雜,是三極管三個(gè)區(qū)中最多摻雜的,意味著有很多自由電子,很容易被移動(dòng)并轉(zhuǎn)化為電流。三極管的基區(qū)通常非常!非常!非常!薄!現(xiàn)代三極管基區(qū)的厚度可能是10納米到20納米,而N區(qū)的厚度可能為 100納米以上。基區(qū)還有一個(gè)特點(diǎn),非常非常輕度摻雜,意味著由于它是P型的,但是空穴很少。基區(qū)的非常薄和非常輕摻雜的特性是三極管工作的關(guān)鍵。

這個(gè)非常薄的基區(qū)的創(chuàng)意想法就來(lái)自于三位老前輩 76 年前發(fā)明的點(diǎn)接觸式三極管:

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在此之前,半導(dǎo)體二極管已經(jīng)存在了,電子三極管已經(jīng)存在了,人們想制作半導(dǎo)體三極管的想法也已經(jīng)很久了,但是沒(méi)人想到,問(wèn)題的關(guān)鍵在這個(gè)薄上。

我們復(fù)習(xí)一下二極管耗盡區(qū)。

二極管耗盡區(qū)(diode depletion region)是指PN結(jié)中的無(wú)載流子區(qū)域,它是由PN結(jié)中的空穴和電子再結(jié)合而形成的。在這個(gè)區(qū)域中,電子和空穴被吸引到PN結(jié)的反向偏置區(qū)域,形成一個(gè)帶有凈正電荷的中性區(qū)域。這個(gè)區(qū)域的存在使得PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài),阻止了電流的流動(dòng)。

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三極管內(nèi)部基極-集電極之間的PN結(jié),就像任何PN結(jié)一樣,會(huì)在兩種半導(dǎo)體結(jié)合地方得到一個(gè)沒(méi)有任何載流子的耗盡區(qū)。當(dāng)我們打開(kāi)NPN三極管時(shí)(把它想成一個(gè)開(kāi)關(guān)),我們實(shí)際上是通過(guò)在基極-發(fā)射極之間施加一個(gè)偏置電壓來(lái)克服這個(gè)耗盡區(qū),這樣就開(kāi)始把電子吸引到 P 型材料構(gòu)成的基區(qū),從而產(chǎn)生基極電流。結(jié)合二極管的導(dǎo)通的相關(guān)知識(shí),這是比較容易理解的。

當(dāng)我們談?wù)撾娮拥囊苿?dòng)時(shí),有一點(diǎn)要記住,他們是沿著傳統(tǒng)電流流動(dòng)的相反方向移動(dòng)的。當(dāng)我們打開(kāi)基極-發(fā)射極的結(jié),就像一個(gè)二極管一樣,電子被吸引穿過(guò)了這個(gè)耗盡區(qū),并且與基區(qū)的空穴復(fù)合。

由于基區(qū)特別薄,有少許空穴,而發(fā)射區(qū)又進(jìn)行了重度摻雜,有大量的自由電子,一旦我們打開(kāi)基極-發(fā)射極的 PN 結(jié),很多這些電子就被吸引到基區(qū),但是實(shí)際上只有很少的電子會(huì)與空穴復(fù)合并形成基極電流。其余的電子,它們進(jìn)入薄薄的基區(qū)后(這個(gè)薄很關(guān)鍵),被集電極的正電勢(shì)吸引。也就是說(shuō),大量的電子,到達(dá)基區(qū),它們找不到一個(gè)空穴結(jié)合,因?yàn)楹苌伲⑶一鶇^(qū)很薄,它們被正的集電極電勢(shì)吸引,然后它們突破了基極和集電極之間的耗盡區(qū),被集電極收集起來(lái)。事實(shí)是,只有大約百分之一的電子到達(dá)基區(qū),形成基極電流,其余的電子突破耗盡區(qū)到達(dá)了集電極,所以到達(dá)集電極的電子,到基極引腳的電子多得多,這就是β因子,集電極電流大約是基極電流的100到200倍。

從上面這一段話也可以看出集電極為什么叫集電極,收集電子的意思。發(fā)射極為什么叫發(fā)射極,發(fā)射電子的意思。

最后形成的效果就是,基極很像一個(gè)閥門,可以打開(kāi),也可以關(guān)閉,還可以調(diào)節(jié)流量。0.6-0.7 基極電壓吸引大量電子進(jìn)來(lái),只有一少部分形成基極電流,大多數(shù)電子到達(dá)了集電極,形成了比基極電流大大約100-200倍的集電極電流。

以上就是我們對(duì)小電流如何控制大電流,四兩如何撥千斤的解釋!

兩手都要硬

模擬電路的學(xué)習(xí)需要理論和實(shí)踐相結(jié)合,這兩者彼此相輔相成,互相促進(jìn),缺一不可。用鄧爺爺?shù)囊痪湓拋?lái)說(shuō)就是:兩手都要抓,兩手都要硬!

放大電路實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)電路如下:

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實(shí)驗(yàn)電路用到的器件如下:

元器件

三極管:S8050

基極限流電阻 RB: 10k 到 100k 之間即可,用于限制基極電流。我使用 20k

供電

一個(gè)可調(diào)電源:用于給基極供電

一個(gè)可調(diào)電源:用于給集電極供電

測(cè)量?jī)x表:

電流表:測(cè)量基極電流

電流i包:測(cè)量集電極電流

電壓表:測(cè)量基極基極電壓

電壓表:測(cè)量集電極電壓

基極電流變化

可調(diào)電源 9V 固定,接到三極管集電極(Collector), 看基極電流和集電極電流的關(guān)系。我們可以把基極電流認(rèn)為是輸入,集電極電流認(rèn)為是輸出。

搭建好的實(shí)驗(yàn)電路如下:

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從左到右四塊表分表測(cè)量如下:基極電流,基極電壓、集電極電壓、集電極電流。最左邊電流表的量程是50uA, 也就是右擺到頭是50uA; 最左邊電流表的擋位是 20mA 。

兩臺(tái)可調(diào)電源:

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左邊的漢泰可調(diào)電源用于給集電極供電,右邊的用于用于給基極供電。漢泰的電源很不錯(cuò)推薦購(gòu)買。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始

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實(shí)驗(yàn)開(kāi)始,我打開(kāi) 9V 可調(diào)電源,基極電壓調(diào)到0V。

上圖可以看到,集電極(Collector)電壓是 8.99V,但是幾乎沒(méi)有集電極電流(指針左到頭),基極電流是零,此時(shí)基極-發(fā)射極之間的 PN 結(jié)是關(guān)閉的。

突破

我們將逐漸調(diào)大基極電壓,在 0.4 V之前,基本沒(méi)有電流:

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我們可以看到,當(dāng)開(kāi)始提高基極-發(fā)射極的電壓時(shí),即使我在0.436伏左右,仍然沒(méi)有集電極或基極電流流動(dòng),因?yàn)椋l(fā)射結(jié)就像一個(gè)二極管,我們需要達(dá)到大約0.6伏,才能產(chǎn)生一些基極電流。

10uA

我們繼續(xù)調(diào)大基極電壓,當(dāng)基極電壓達(dá)到:0.622V, 此時(shí)基極電流是 10uA, 集電極電流是 2.64mA, 放大倍數(shù)= 2.64mA/10uA = 264 倍。

2996cd48-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.jpg

20uA

當(dāng)基極電壓達(dá)到 0.636V, 此時(shí)基極電流是 20uA, 集電極電流是 5.75mA。此時(shí)基極電流翻倍,集電極電流也基本翻倍了。放大倍數(shù):286。

299b8e78-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.jpg

30uA

當(dāng)基極電壓達(dá)到 0.642V, 此時(shí)基極電流是 30uA, 集電極電流是 8.75 mA。基極電流三倍,集電極電流也基本基本也是三倍了。放大倍數(shù):292。

29c94336-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.jpg

40uA

當(dāng)基極電壓達(dá)到 0.643V, 此時(shí)基極電流是 40uA, 集電極電流是 12.07 mA。基極電流是最初的四倍,集電極電流也基本基本也是四倍了。放大倍數(shù):291。

29de9bbe-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.jpg

線性關(guān)系

基極(Base)電流和集電極(Collector)電流統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)填寫到 Excel 表格中,然后轉(zhuǎn)成曲線圖:

29fc880e-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.png

從上面的曲線圖可以看出:集電極電流和基極電流具有很明顯的線性關(guān)系。該直線的斜率即為放大倍數(shù)β。這也是三極管線性(Linear)工作區(qū)命名的來(lái)由。

實(shí)驗(yàn)技巧

基極電流取整。有利于速算出和集電極電流的關(guān)系。

萬(wàn)用表標(biāo)簽。知道哪個(gè)表是測(cè)哪個(gè)項(xiàng)目的。

電流表用指針表。方便看變化關(guān)系。

如果探討的是兩個(gè)變量之間的關(guān)系,考慮將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為曲線圖。曲線圖有利于直觀的查看兩個(gè)變量的關(guān)系。

集電極電壓變化

當(dāng)集電極電壓是 10V , 基極電流是 30uA 時(shí),集電極電流是 7.98 mA:

2a21fd82-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.jpg

2a2a71ba-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.jpg

我們保持基極電壓或者電流不變,將集電極電壓由 10V 改為 5V, 集電極電流為 6.8mA:

2a32fb8c-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.jpg

2a3baed0-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.jpg

集電極電壓變?yōu)樵瓉?lái)的 1/2, 集電極電流基本保持不變,仍為原來(lái)的:85%。

可見(jiàn),集電極電壓對(duì)集電極電流的影響,很小。這種小的集電極電流變化是由一種早期效應(yīng)(early effect)造成的。我們改期再講。

在這里,我們忽略集電極電壓對(duì)集電極電流的影響,認(rèn)為集電極電流只與基極電流有關(guān)。

開(kāi)關(guān)電路實(shí)驗(yàn)

用作開(kāi)關(guān)時(shí),我們把三極管置于飽和狀態(tài),和放大區(qū)是一樣的,發(fā)射結(jié)是正向偏置的,但是在飽和區(qū),,負(fù)載兩邊的壓差是如此之大,以至于能夠把集電極的電壓降低到基極和集電極之間的 PN 結(jié)被打開(kāi)的程度。

一旦發(fā)生這種情況,你就會(huì)得到一個(gè)增大的基極電流,因?yàn)楝F(xiàn)在基極和集電極之間也有電流了。這使得看起來(lái) β下降了。

你會(huì)發(fā)現(xiàn),當(dāng)放大到某個(gè)程度,飽和的三極管的集電極電流實(shí)際上只受到負(fù)載和電源的限制。也就是說(shuō)在這種情況下,主要的電壓降發(fā)生在LED和限流電阻上,因?yàn)橥ǔT陲柡蜖顟B(tài)下,這個(gè)集電極和發(fā)射極之間的電壓可能只有幾百毫伏,甚至更小,可能只有幾十毫伏。所以一旦發(fā)生這種情況,你幾乎可以認(rèn)為這個(gè)三極管是短路的,集電極電流只由電源和負(fù)載決定。進(jìn)一步增加基極電壓只會(huì)導(dǎo)致更多的基極電流,這對(duì)我們沒(méi)有任何用處。

實(shí)驗(yàn)電路:

2a550a42-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.png

搭建好的電路如下:

2a5a8d5a-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.jpg

2a7957b2-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.jpg

注意看上圖,基極電壓是 0.635V, 集電極電壓是 0.05V.此時(shí)集電極和基極之間的壓差 = 0.635-0.05= 0.585V. 基極和集電極之間的 PN 結(jié)也被打開(kāi)了。

另外,此時(shí)的放大倍數(shù)已經(jīng)非常低了:1.691mA / 45uA = 38

這時(shí),我改變基極電壓或電流,集電極電流幾乎沒(méi)有變化:

2a8d79d6-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.jpg

上圖基極電流變由 45uA 變?yōu)?20uA, 集電極電流指針幾乎沒(méi)動(dòng)。

下面是動(dòng)圖,基極電流變化,集電極電流幾乎不動(dòng),在指針表上特別明顯:

2a9434ce-9bed-11ef-a511-92fbcf53809c.gif

上圖:基極電流指針在動(dòng),集電極電流指針幾乎不動(dòng)。說(shuō)明,飽和狀態(tài)下,基極電流的增大,已經(jīng)不會(huì)對(duì)集電極電流產(chǎn)生影響了。

總結(jié)

學(xué)完本文,如果有幾點(diǎn)你要記住的話,請(qǐng)記住下面這幾點(diǎn):

基極電壓高于發(fā)射極電壓

正向偏置B-E結(jié)

許多電子被吸引到基極

由于基極摻雜很輕,只有少量電子在此與空穴復(fù)合

由于基極很薄,許多電子被集電極的正電勢(shì)吸引,穿過(guò)基極,

這些電子穿過(guò)C-B耗盡區(qū)域,形成集電極電流

只有約1%的電子在基極與空穴復(fù)合,形成基極電流

約99%的電子從發(fā)射極穿過(guò)基極,形成集電極電流

上面是三極管用作放大時(shí)的工作原理的關(guān)鍵點(diǎn)總結(jié)。

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原文標(biāo)題:三極管的奧秘:如何用小電流控制大電流?

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