三极管工作原理详解

参考文章 :
1、三极管工作原理详解
2、图说三极管的三个工作状态
3、图解三极管基本知识及电子电路图

半导体三极管,又称为双极结型晶体管(bipolar junction transistor, BJT)。
广义上,三极管有多种,常见如下图所示

狭义上,三极管指双极型三极管,是最基础最通用的三极管。
本文所述的是狭义三极管,它有很多别称:

三极管的发明

晶体三极管出现之前是真空电子三极管在电子电路中以放大、开关功能控制电流。
真空电子管存在笨重、耗能、反应慢等缺点。
二战时,军事上急切需要一种稳定可靠、快速灵敏的电信号放大元件,研究成果在二战结束后获得。
早期,由于锗晶体较易获得,主要研制应用的是锗晶体三极管。硅晶体出现后,由于硅管生产工艺很高效,锗管逐渐被淘汰。
经半个世纪的发展,三极管种类繁多,形貌各异。
小功率三极管一般为塑料包封;
大功率三极管一般为金属铁壳包封.

三极管核心结构

三极管是两个背对背的PN结组成,可以是NPN组合,也或以是PNP组合,内部发射区高掺杂,基区很薄,集电结面积大。
在这里插入图片描述

三极管结构示意图:
在这里插入图片描述

三极管核心功能

  • 放大功能:小电流微量变化,在大电流上放大表现出来;
  • 开关功能:以小电流控制大电流的通断。

三极管的三个工作状态

三极管是一个以b(基极)电流Ib 来驱动流过CE 的电流Ic 的器件,它的工作原理很像一个可控制的阀门;三极管的工作状态有四个,放大截止饱和倒置

水阀细管子里蓝色的小水流冲动杠杆使大水管的阀门开大,就可允许较大红色的水流通过这个阀门。当蓝色水流越大,也就使大管中红色的水流更大。如果放大倍数是100,那么当蓝色小水流为1 千克/小时,那么就允许大管子流过100千克/小时的水。三极管的原理也跟这个一样,放大倍数为100 时,当Ib(基极电流)为1mA 时,就允许100mA 的电流通过Ice

  • 集/基/射电流关系:
    IE = IB + IC
    IC = β * IB
    如果 IB = 0, 那么 IE = IC = 0
    (注意:NPN型三极管,电流从基极/集电极流进,发射极流出,即:IE = IB + IC)在这里插入图片描述
    当IB=0时, IC→0 ,称为三极管处于截止状态,相当于开关断开;
    当IB>0时, IB轻微的变化,会在IC上以几十甚至百多倍放大表现出来;
    当IB很大时,IC变得很大,不能继续随IB的增大而增大,三极管失去放大功能,表现为开关导通
  • 集/基/射电压关系:
工作状态 发射结电压Ube 集电结电压Ubc
放 大 正 偏 反 偏
截 止 反 向 反 向
饱 和 正 向 正 向
倒 置 反 向 正 向

在这里插入图片描述
注意:
三极管再放大电路中,IC = β * IB, β为放大系数(100~1200),RL集电极限流电阻,当基极电流再增大时,集电极电流已不会再增大;
三极管在开关(截止/饱和)电路中,避免IB 电流变得很大,造成前级电路或者是三极管损坏,所以,RB基极限流电阻

判断练习:

  • 硅管还是锗管?
  • 三极管的型号?
  • 工作状态?
    在这里插入图片描述
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