电子技术基础之三极管

电子技术基础之三极管

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三极管原理和类型

三极管是在PN结的基础上形成的。它的构成呢有两种形式:

NPN型

PNP型

这两种类型性是由N和P的排列方式所决定的。

NPN型，是从上到下先N再P再N；PNP型呢就是和她反过来。

原理讲解

三极管有三个级

1. 发射集
2. 基集
3. 集电极

共射极的由来

发射极是基集和集电极的公共极，所以电路中发射集又叫共射极。

输入回路

发射极和基极连成的回路。

输出回路

集电极和基极连成的回路。

三极管有两个节

1. 发射结
2. 集电结

电流方程

IE = IB+IC

两个类型的电流流向

NPN型电流向外流，PNP型电流向里流。

原理图

规范画法

画的画，就按照左下角和右下角的画。在这里插入图片描述

实际三极管看法

将平的那面对着我们自己，然后呢从左到右依次是，发射集，基极和集电极。

参数说明

U_CC

集电极电源

U_BB

基极电源

U_BE

输入电压

U_CE

输出电压

I_E

发射集电流

I_B

基极电流

I_C

集电极电流

I_CBO

反向饱和电流。

I_CEO

穿透电流。

一般饱和压降，硅是0.3V，锗是0.1V。

U_CES

临界饱和管压降，一般硅为0.3V，锗为0.1V。

I_BS

基极电流

I_CS

集电极电流

U_C,U_B, U_E

有两类帮助判断的条件

先要判断e和b

一般e和b的差值，约为0.3或者0.7

NPN型

就是：U_c>U_b_U_e

PNP型

就是：U_c<U_b<U_e

其中，处于中间的就是基极。

四大区域中的三大区域介绍

放大区

放大区的判断原理：

1. 电流法

   在放大区中，集电极电流和基极电流是由一定的正比关系的：
   $I_C=βI_B$

后面的反向饱和电流太小了，所以被忽略掉了。

2. 电压法

以下三个区的判断方法是一致的。

如图：

说明β

在这个电路中，β和它的平均数，我们默认是相等的。所以以下就用β了。

饱和区

饱和区在放大区的左边

截止区

截止区在放大区的下面。

电流法判断：I_C<=βI_B

倒置区

不做要求。

三大区的判断方法

电压法

基极和发射极差0.7V或0.3V。大的是硅，小的是锗。

在放大区的前提下，基极的电位是居中的。

三极管工作区域分析（电压法）	正偏	反偏	NPN型	PNP型
放大区	1	0	U_C>U_B>U_E	<,<
饱和区	1	1	U_B>U_E,U_B>U_C	<,<
截止区	1	1	U_B<U_E	>

电流法

三极管工作区域分析（电压法）	NPN型	PNP型
放大区	I_B<I_BS	<
饱和区	I_B>I_BS	>

注：其它集的电流也是一样的。

电流法判断的时候，因为电流大小是不变的，所以电流法中两类三极管的判断依据是一样的。

当U_B=U_C的时候

这个时候呢，称之为临界饱和状态。

温度对关键参数：输出电压(U_CE)的影响

在三极管中，因为都有PN结，所以就相当于二级管的衍生，又因为，U_CE约等于U_on，所以，导通电压的变化曲线应该是等于输出电压的变化曲线的。

所以，升高温度，会使U_on减小，所以，升高温度也会使输出电压减小。同时，反向导通电流也会增大。以NPN型三极管举例，如图：

我们发现确实是如此的，其中，反向饱和电流还要增大的多些，比图片左边图像间距还要再大。

同时，温度升高会使左边图像整体下移，右边图像整体上移，β变大。

两类函数关系

输出特性

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饱和区，i_C<=βi_B

输入特性

我们发现，当U_BE增加到1V以后，u_CE就基本不变了。这是因为半导体特性所决定的，集电极收集自由电子的能力达到了稳定，所以U_CE不再增加。

温度对伏安特性的影响

当温度升高时，三极管的输入特性左移；当温度降低时，三极管的输入特性右移。发射结电压UBE具有负温度系数。

当温度升高时，输出特性将整体上移，且间距增大，说明ICEO、β增大。反之，当温度降低时，输出特性将整体下移，且间距减小。

最后，用一道例题将整个知识串起来

图中的U_CC就是集电极电源，这样画的目的就是说这一侧接的是集电极的正极。这样就是一条回路，如图：

这里电压有多个，所以很难直接求，我们就采用电流法的方式来判断电路处在哪个区，然后求出对应的集电极电流。

首先，我们假设该电路为临界饱和状态，求其饱和电流I_CS。

根据电路分析基础中的基尔霍夫电压原理，列出第一个回路方程：
$U_{CC}=R_C*I_{CS}+U_{CES}$
又因为饱和基电流题目中说可以忽略，所以该题目就可以直接写成：
$U_{CC}=R_C*I_{CS}$
所以，I_CS就等于
$I_{CS}=\frac {U_{CC}}{R_C}$
所以I_CS就等于3mA。因为饱和区下，
$I_B=I_{BS},I_C=I_{CS}\\ I_{CS}=βI_{BS}$
所以，I_BS就等于0.0275mA。

现在我们来判断，当箭头指向A的时候，因为发射结正偏
$U_{BE}+U_{B2} = U_{CC}\\ U_{b2}=R_{B2}*I_{B}$
所以I_B=0.0275mA。因为它和临界饱和电流一样，所以，I_CS=I_C=3mA。

当箭头指向B的时候，之前临界饱和参数不变，只是电阻发生了改变，带入之前的公式，求出I_B然后和I_BS对比。发现，该电路处于放大区。求出I_CS=1.824mA。

当箭头指向C的时候，因为等电位，所以I_B为零，此时，我们认为电路处在截止状态，所以I_CS为零。

就等于0.0275mA。

现在我们来判断，当箭头指向A的时候，因为发射结正偏
$U_{BE}+U_{B2} = U_{CC}\\ U_{b2}=R_{B2}*I_{B}$
所以I_B=0.0275mA。因为它和临界饱和电流一样，所以，I_CS=I_C=3mA。

当箭头指向B的时候，之前临界饱和参数不变，只是电阻发生了改变，带入之前的公式，求出I_B然后和I_BS对比。发现，该电路处于放大区。求出I_CS=1.824mA。

当箭头指向C的时候，因为等电位，所以I_B为零，此时，我们认为电路处在截止状态，所以I_CS为零。