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电路基础【2】:三极管基础:PNP与NPN三极管详解

三极管基础:PNP与NPN三极管详解

本文章参照洋桃电子的实验进行


文章目录

  • 三极管基础:PNP与NPN三极管详解
  • 前言
  • 利用嘉立创去看电气特性
  • 三极管基本概念
  • 三极管的工作原理
    • NPN三极管(负极控制型):
    • PNP三极管(正极控制型):
  • NPN三极管(8050为例)
    • 结构与符号
    • 工作原理
    • 电流关系
    • 电气特性图解(来自嘉立创)
  • PNP三极管(8550为例)
    • 结构与符号
    • 工作原理
    • 电流关系
  • PNP&NPN(电流流向总结)
  • 简单电路的实现
    • 错误连接
  • 总结


前言

三极管是电子电路中不可或缺的半导体器件,被广泛应用于放大电路、开关电路和各种信号处理系统中。三极管主要分为PNP型和NPN型两种,虽然工作原理相似,但在实际应用中有着明显差异。本文将详细介绍这两种三极管的结构、工作原理、特性和应用场景,帮助大家深入理解三极管。


利用嘉立创去看电气特性

在这里插入图片描述
在后面的电路学习中也可以去利用立创商城去看数据手册(不是广告只是提供一种途径)

三极管基本概念

三极管(Transistor)是一种具有三个电极的半导体器件,这三个电极分别是:

  • 基极(Base,B)
  • 集电极(Collector,C)
  • 发射极(Emitter,E)

三极管由两个PN结组成,根据P型半导体和N型半导体的排列方式不同,可分为NPN型和PNP型两种。

三极管的工作原理

三极管的神奇之处在于它的"放大倍率"——通过控制极小的基极电流,我们可以控制远大于它的集电极电流。这就像用一根小小的指挥棒控制一整个交响乐团,或者用轻轻的拨片控制巨大的推土机。这种特性使三极管成为电子设备中不可或缺的"电流控制阀"。
想象三极管就像一个特殊设计的水龙头系统:

  • 基极(Base) - 小水龙头的控制阀
  • 集电极(Collector) - 连接到大水库的主进水口
  • 发射极(Emitter) - 大水管的出水口

在这个系统中:

  1. 大水库里储存着大量的水(电子),随时准备流出
  2. 但主水管被一个特殊的闸门堵住了
  3. 只有当你轻轻转动小控制阀(基极),注入少量控制水流时,主闸门才会开启
  4. 控制水流的大小决定了主水管能流出多少水

关键点:只需要很小的力量转动控制阀,就能释放出远超这个力量的大水流!

NPN三极管(负极控制型):

想象一个向下流水的系统:

  • 水池(正电源)在上方
  • 出水口(接地)在下方
  • 中间有一个控制阀(基极)
  • 当控制阀打开一点点(给基极施加正电压),水流(电流)就从上往下大量流动

PNP三极管(正极控制型):

想象一个向上抽水的系统:

  • 水源(接地)在下方
  • 目标水箱(正电源)在上方
  • 中间有一个控制阀(基极)
  • 当控制阀关小一点(给基极施加负电压),水被抽上去的量就增大

NPN三极管(8050为例)

结构与符号

NPN三极管由两块N型半导体夹着一块P型半导体构成,形成N-P-N结构。其电路符号如下:

  • 箭头从基极指向发射极
  • 发射极通常接地或接负电源
  • 集电极通常接正电源

工作原理

NPN三极管的工作原理基于以下几点:

  1. 正常工作模式:基极-发射极结正向偏置,基极-集电极结反向偏置
  2. 载流子传输
    • 发射极向基极注入电子(主要载流子)
    • 大部分电子穿过较薄的基区到达集电极
    • 少量电子与基区的空穴复合,形成基极电流
      在这里插入图片描述

微小电流从b到e,大电流从c到e

电流关系

对于NPN三极管,其三个电极的电流关系为:

  • 集电极电流(Ic)= 发射极电流(Ie)- 基极电流(Ib)
  • Ic ≈ βIb(β为电流放大系数,通常在50-200之间)

电气特性图解(来自嘉立创)

下面这个图是表示©端集电极的电流与(e)发射极电压(b)基极电压的关系
在这里插入图片描述
下面这图是©端集电极的电流与b端c端之间的电压差的关系
在这里插入图片描述
上面这两个图可以用来检测三极管是否有损坏用于电路的测试
在这里插入图片描述
上面这个图是极限参数,为了防止使用者一开始就以极大的电压电流来进行测试

PNP三极管(8550为例)

结构与符号

PNP三极管由两块P型半导体夹着一块N型半导体构成,形成P-N-P结构。其电路符号如下:

  • 箭头从发射极指向基极
  • 发射极通常接正电源
  • 集电极通常接地或接负电源

工作原理

PNP三极管的工作原理与NPN相反:

  1. 正常工作模式:基极-发射极结正向偏置,基极-集电极结反向偏置
  2. 载流子传输
    • 发射极向基极注入空穴(主要载流子)
    • 大部分空穴穿过基区到达集电极
    • 少量空穴与基区的电子复合,形成基极电流
      在这里插入图片描述
      微小电流从e到b,大电流从e到c

电流关系

PNP三极管的电流关系与NPN类似,但电流方向相反:

  • 集电极电流(Ic)= 发射极电流(Ie)- 基极电流(Ib)
  • Ic ≈ βIb

PNP&NPN(电流流向总结)

在这里插入图片描述

简单电路的实现

在这里插入图片描述
上面添加电阻的作用是为了提供一个微小电流来驱动大电流
请添加图片描述
上面这个图以8050npn为例来进行实验
当然拿开电阻,从b端(中间)引出一条导线,用手触碰的时候也会有微亮的效果

错误连接

在这里插入图片描述
因为e到b之间没有微小电流经过,所以led灯并不会亮
正确连接应该是
在这里插入图片描述


总结

NPN和PNP三极管是电子电路设计中的基础元件,各有特点和适用场景。了解它们的区别和特性对于设计出稳定高效的电路至关重要。在实际应用中,我们通常根据电路的具体需求选择合适的类型,有时甚至会结合使用两种类型以获得最佳性能。

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