三级管PNP工作原理图讲解？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2024-01-12 14:00 标签： PNP工作原理图讲解
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，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。三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。NPN和PNP型三极管-- 三极管工作原理 --晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N是负极的意思（代表英文中Negative），N型半导体在高纯度硅中加入磷取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而P是正极的意思（Positive）是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e （Emitter）、基极b (Base)和集电极c (Collector)。当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Eb。在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流子。由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib式中：β1--称为直流放大倍数集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：β= △Ic/△Ib式中β--称为交流电流放大倍数由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。α1=Ic/IeIc与Ie是直流通路中的电流大小式中：α1也称为直流放大倍数一般在共基极组态放大电路中使用，描述了射极电流与集电极电流的关系。α =△Ic/△Ie表达式中的α为交流共基极电流放大倍数同理α与α1在小信号输入时相差也不大对于两个描述电流关系的放大倍数有以下关系：三极管的电流放大作用实际上是利用基极电流的微小变化去控制集电极电流的巨大变化。三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常通过电阻将三极管的电流放大作用转变为电压放大作用。--
放大原理 --01 发射区向基区发射电子电源Ub经过电阻Rb加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子(自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流Ie。同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。02 基区中电子的扩散与复合电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。03 集电区收集电子由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。-- 测判口诀 --三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速掌握测判方法，笔者总结出四句口诀:"三颠倒，找基极;PN结，定管型;顺箭头，偏转大;测不准，动嘴巴。"下面让我们逐句进行解释吧。1: 三颠倒，找基极大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管。测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R×100或R×1k挡位。图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度;接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近:即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小;剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。2: PN结，定管型找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管;若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。3: 顺箭头，偏转大找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。(1) 对于NPN型三极管：穿透电流的测量电路。根据这个原理，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是:黑表笔→c极→b极→e极→红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致顺箭头，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。(2) 对于PNP型的三极管：道理也类似于NPN型，其电流流向一定是:黑表笔→e极→b极→c极→红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c。4: 测不出，动嘴巴若在"顺箭头，偏转大"的测量过程中，若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要"动嘴巴"了。具体方法是:在"顺箭头，偏转大"的两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电极b，仍用"顺箭头，偏转大"的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。

三极管，又叫做双极型三极管，是一种电流控制电流型半导体元器件，目前三极管的主要用途是信号放大，或者作为电子开关使用。
三极管分为NPN和PNP两种类型，示意图如下所示：
以下都以NPN型三极管为例说明三极管原理。三极管发射区的参杂浓度非常高，有非常多的载流子——自由电子，集电区的参杂浓度低一些，但是面积非常大，基区的厚度非常薄，厚度只有几十微米。
由于电子的扩散运动以及漂移运动，PN结形成内部电场，由于三极管是NPN结构，因此内部有两个PN结，集电区和基区形成集电结，发射区和基区形成发射结，形成两个内部电场，如下图所示：
对三极管有一些了解的朋友都知道，要想三极管工作在放大区，必须集电结反向偏置，发射结正向偏置，只有这样才能使三极管导通。可能朋友们都有一个疑惑，集电结反向偏置了应该截止，怎么导通了?击穿了?这还要从二极管原理说起，上一篇介绍了二极管原理的文章提到了，当给PN结施加反向偏置电压的时候，内部电场强度增强，空间电荷区变宽，空间电荷区的自由电子被电场加速，穿过PN结形成反向饱和电流。当然这些自由电子属于少子，形成的反向电流也很小。如果人为把自由电子注入空间电荷区，这些电子同样被电场加速形成反向电流。因此只需要控制注入的电子数量就能够实现对电流的控制。
搭建如下电路，使集电结反偏，发射结正偏。反向偏置的集电结在外部电场的帮助下变宽，同时正向偏置的发射结，由于内部电场被削弱，自由电子扩散运动增强，发射区内部的大量自由电子扩散到了基区，被集电结的内部电场捕获，被电场加速送到了集电结，集电区内部的自由电子被反向偏置电压吸出，产生大量空穴，这些空穴收集发射过来的电子，从而形成集电极电流Ic。发射区注入基区的电子只有极少的被基极偏置电压吸出，形成基极电流Ib。Ic=βIb，β叫做放大倍数，这放大倍数是和制作工艺相关的，同一批制作出来的三极管也不一定相同，但是每个三极管的放大倍数可以认为是不会变的，也就是说只要控制了基极电流Ib，就能控制集电极电流Ic。
下面再来看看如何控制基极电流的：
以下图片是二极管的伏安特性曲线，随着二极管两端的电压增大，流过二极管的电流呈指数增大。发射结也可以等效为一个二极管，伏安特性也符合以下曲线，因此只要控制发射结电压就好了。说到这里有朋友就说发射结电压不是固定的0.7V吗?如何控制?实际上在三极管处于放大状态时发射结电压Ube并不是固定的0.7V，只是变化很小，有时候可以忽略不计。
下面使用Multisim仿真一下，如下电路：
当可调电阻R2分别调整为100%和0%时，集电极电压如下，既不是最大值5V也是不是最小值0V，说明R2在调整过程中，三极管始终工作在放大区。
R2调整到100% 时Ube=650mV，Ib=4.5uA
R2调整到0% 时Ube=685mV，Ib=14.5uA
由此可见R2增大时，Ib减小，Ube减小，发射区注入基区的电子减少，进而Ic减小。严格来说三极管也是个压控流半导体器件。

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