三極管,三極管開關(guān)

三極管

三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)，也用作無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。

三極管是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。

三極管-工作狀態(tài)

（一）截止?fàn)顟B(tài)

當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時(shí)失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，我們稱三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。

（二）放大狀態(tài)

當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，這時(shí)基極電流對(duì)集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數(shù)β=ΔIc/ΔIb，這時(shí)三極管處放大狀態(tài)。

（三）飽和導(dǎo)通

當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時(shí)，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化，這時(shí)三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。三極管的這種狀態(tài)我們稱之為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

三極管開關(guān)電路工作原理解析

下面是三極管開關(guān)電路工作原理，圖一所示是NPN三極管的 共射極電路，圖二所示是它的特性曲線圖，圖中它有3 種工作區(qū)域：截止區(qū)(Cutoff Region)、線性區(qū) (Active Region) 、飽和區(qū)(Saturation Region)。三極管是以B 極電流IB 作為輸入，操控整個(gè)三極管的工作狀態(tài)。

若三極管是在截止區(qū)，IB 趨近于0 (VBE 亦趨近于0)，C 極與E 極間約呈斷路狀態(tài)，IC=0，VCE=VCC。若三極管是在線性區(qū)，B-E 接面為順向偏壓，B-C 接面為逆向偏壓，IB 的值適中(VBE=0.7V)，  IC=hFEIB呈比例放大，Vce=Vcc-RcIc=Vcc-Rc  hFE IB可被IB操控。

若三極管在飽和區(qū)，IB很大，VBE=0.8V，VCE=0.2V，VBC=0.6V，B-C與B-E兩接面均為正向偏壓，C-E間等同于一個(gè)帶有0.2V電位落差的通路，可得Ic=( Vcc-0.2)/ Rc，Ic與IB無(wú)關(guān)了，因此時(shí)的IB大過線性放大區(qū)的IB值，Ic<hFE IB是必然的。三極管在截止態(tài)時(shí)C-E間如同斷路，在飽和態(tài)時(shí)C-E 間如同通路 (帶有0.2V電位降)，因此可以作為開關(guān)。控制此開關(guān)的是 IB，也可以用VBB作為控制的輸入訊號(hào)。圖三、四分別顯示三極管開關(guān)的通路、斷路狀態(tài)，及其對(duì)應(yīng)的等效電路。

圖1 NPN 三極管共射極電路

圖2 共射極電路輸出特性曲

圖3 截止態(tài)如同斷路線圖

圖4 飽和態(tài)如同通路

三極管開關(guān)的作用

三極管開關(guān)的作用詳解，簡(jiǎn)單三極管開關(guān)：電路如圖5，電阻RC是LED限流用電阻，以防止電壓過高燒壞LED（發(fā)光二極管），將輸入信號(hào) VIN 從0 調(diào)到最大 (等分為約20 個(gè)間隔)，觀察并記錄對(duì)的 VOUT 以及LED 的亮度。當(dāng)三極管開關(guān)為斷路時(shí)，VOUT =VCC =12 V，LED 不亮。當(dāng)三極管開關(guān)通路時(shí)，VOUT  = 0.2V ，LED 會(huì)亮。

改良三極管開關(guān)：因?yàn)槿龢O管由截止區(qū)過度到飽和區(qū)需經(jīng)過線性區(qū)，開關(guān)的效果不會(huì)有明確的界線。為使三極管開關(guān)的效果明確，可串接兩三極管，電路如圖六。同樣將輸入信號(hào) VIN 從0 調(diào)到最大 (等分為約20 個(gè)間隔)，觀察并記錄對(duì)應(yīng)的VOUT 以及LED 的亮度。

圖5 簡(jiǎn)單開關(guān)三極管電路圖

圖6 改良三極管開關(guān)電路-達(dá)林頓電路圖

以上可以看出幾乎任何一種型號(hào)三極管都可一做為電子開關(guān)來使用，如果條件允許也可用來控制加熱設(shè)備。

三極管開關(guān)基本原理圖

1.基極必須串接電阻，保護(hù)基極，保護(hù)CPU的IO口。

2.基極根據(jù)PNP或者NPN管子加上拉電阻或者下拉電阻。

3.集電極電阻阻值根據(jù)驅(qū)動(dòng)電流實(shí)際情況調(diào)整。同樣基極電阻也可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

基極和發(fā)射極需要串接電阻，該電阻的作用是在輸入呈高阻態(tài)時(shí)使晶體管可靠截止，極小值是在前級(jí)驅(qū)動(dòng)使晶體管飽和時(shí)與基極限流電阻分壓后能夠滿足晶體管的臨界飽和，實(shí)際選擇時(shí)會(huì)大大高于這個(gè)極小值，通常外接干擾越小、負(fù)載越重準(zhǔn)許的阻值就越大，通常采用10K量級(jí)。

防止三極管受噪聲信號(hào)的影響而產(chǎn)生誤動(dòng)作，使晶體管截止更可靠。三極管的基極不能出現(xiàn)懸空，當(dāng)輸入信號(hào)不確定時(shí)（如輸入信號(hào)為高阻態(tài)時(shí)），加下拉電阻，就能使有效接地。

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