<th id="zx5vt"><noframes id="zx5vt"><span id="zx5vt"></span>
解決方案News
一文讀懂:三極管的發明及應用-鉅興電子
2019.11.07

三極管的作用

二極管是控制導線中電子的流動方向,而三極管是控制導線中流動電子的多少。

三極管的發明

要想控制一根導線中的電流,首先要把這根導線斷開,斷開的兩端我們分別叫做C端和E端(C和E實際上是輸出回路),如果在C和E之間加個器件,這個器件能使電流從C端流進并能從E端流出來,同時這個電流又能被我們控制住,那么這個器件就成功了。

為了實現上述要求,接下來就在C-E之間放一個NPN(或PNP)結構的半導體,可是,現在的問題是,在這種情況下無論怎樣在C和E之間加電源,C-E這根導線始終都不會有電流。

我們又知道,電子流動的方向與人們定義電流的方向相反(這是因為當時人們以為電線里流過的是電流),所以在中間半導體引出一個電極(B極),在B-E之間(實際上是加在發射結上,見PN結特性)加一個正向電壓,這時發射區就會向基區發射電子從而形成E極流出的電流。

但是,要想實現這個電流是從C端入、從E端出,則必須要把發射區發射的這些電子都收集到C極去,這樣需要在C和E之間加正向電壓,使集電結處于反向擊穿狀態,使電子能順利收集到C極,這個收集電子的能力要比發射電子的能力強,它就像一個大口袋,發射區發射多少就收多少。

這樣就能理解三極管輸出特性曲線了,當B極電流一定時,隨著C-E電壓的增加,C極電流就不再增加了,因為B極電流一定時,發射區發射的電子數量就一定了,收集的能力再強也要不到多余的電子了。這樣,三極管可以實現電流從C端到E端(假設它們之間是被斷開的導線兩端)。

最理想的是流進C端的電流就等于E端流出的電流,同時這個電流又被一個B-E電壓(或信號)控制。但是,三極管不是一個理想的器件,因為C端電流不等于E端電流,有一部分電流流過B極,我們盡量使C端電流等于E端電流,所以,這就是為什么在工藝上要使基區濃度要低而且還要薄,同時集電結的面積還要大的根本原因。

Uce電壓的作用是收集電子的,它的大小不能決定Ic的大小,從三極管輸出特性曲線可以看到,當Ib一定時(也就是Ube一定時),即使Uce增加,Ic就不變了,但是曲線有些上翹,其實這是半導體材料的問題。

實際上,Ie是受從輸入端看進去的發射結電壓控制的(可以參見三極管高頻小信號模型),加Uce電壓的時候發射結已經處于導通了,它的影響不在發射結而在集電結。

加Uce電壓是為了讓Ic基本等于Ie,所以說Ic受發射結電壓控制,人們為了計算方便把這種控制折算成受Ib控制,就是因為說成這樣,使得人們不太容易理解三極管工作的原理。

從輸出回路受輸入回路信號控制的角度來看,Ic不是由Ie控制的,但是,Ic其實是由Ie帶來的,所以,也可以說Ic受Ie影響的,這也得受三極管制造工藝影響,如果拿兩個背靠背二極管的話,怎么也不行。

盡管三極管不是一個理想器件,但是,它的發明已經是具有劃時代意義了。由于它的B極還有少量電流,因為這個電流的存在意味著輸入回路有耗能,如果不耗能就能控制住輸出回路的電流,所以后來人們發明了場效應管。其實,發明場效應管的思想也是與三極管一樣的,就是為了用一個電壓來控制導線中的電流,只是這回輸入回路幾乎不耗能了,同時,器件兩端的電流相等了。

三極管的應用

三極管的兩個基本應用分別是“可控開關”和“信號的線性放大”。

可控開關

C和E之間相當于一個可控開關(當然,這個開關有一定的參數要求),當B-E之間沒有加電壓時,C-E之間截止(C-E之間斷開);而當B-E之間電壓加的很大,發射區發射的電子數量就多,C極和E極的電流就很大。

如果輸出回路中有負載時(注意,輸出回路沒有負載C-E之間就不會飽和),由于輸出回路的電源電壓絕大部分都加到負載上了,C-E之間的電壓就會很小,C-E之間就處于飽和狀態,C-E之間相當于短路。在飽和情況下,盡管C極電流比基極電流大,但是,C極電流與輸入回路的電流(基極電流)不成β的比例關系。

從另一方面看飽和:從輸出特性曲線可以看到,Ib一定時Uce電壓不用很大,那個輸出特性曲線就彎曲變平了,這說明收集電子的電壓Uce不用很大就行,其實不到1V就行,但是,實際上我們在輸出回路都是加一個電壓很大的電源,你再加大Uce也沒有用,我們看到,Ib一定時Uce增加后對Ic的大小沒有影響(理想情況),所以要想把發射的電子收集過去,Uce根本不用很大電壓。

但是,通常情況下,我們會在輸出回路加入一個負載,當負載兩端電壓小于電源電壓時,電源電壓的其它部分就加在C-E兩端,此時三極管處于線性放大狀態。但是,負載兩端電壓的理論值大于電源電壓時,則三極管就處于飽和狀態,這種情況Ic不用很大也行。

所以不要以為Uce一定很大三極管集電極才能收集到電子,可以看到收集電子的電壓很小就行。對于飽和的問題來說,除了上一段文字中說到的電流很大引起飽和外,我們還可以從電壓的角度來看,假設三極管b=50,電源電壓為12V,基極電流為40微安,則集電極電流就是2毫安,如果集電極接一個3千歐姆電阻,則Uce=6V,而這個電阻換成30千歐姆時,Uce趨于零了,這種情況下三極管也是飽和了。

所以從電壓角度來看,集電極電流不一定很大,在選擇合適負載電阻的情況下,三極管也可以處于飽和狀態,所以,飽和與負載有關,如果電源電壓很大,那飽和時Uce就這么一點點電壓而言那當然是微不足道的,所以,很多地方就將它約等于零了,但是并不能說它沒有電子收集能力。

信號的線性放大

這種情況下,C極電流與B極電流成線性比例關系Ic=βIb(B-E之間電壓要大于死區電壓,同時Uce不趨于零),而且,C極電流比B極電流大很多,前面已經知道,C極電流的大小受B-E電壓控制(人們為了分析問題方便,將這種控制關系說成是C極電流受B極電流控制)。實際上,馬路上到處跑的汽車就是一個放大器,它是把駕駛員操作信號給放大了,它也是線性放大,是能量的放大,而多余的能量來自于燃燒的汽油。

以三極管放大電路為例的直流工作點問題,以NPN管子為例,共射、共基、共集電極三個電路的直流都是一個方向。無論三極管電路的哪種接法,它們的直流電流方向都是一樣的,輸入(發射結)加入微弱交流小信號后,只能使這些輸出回路電流發生擾動,總體上不能改變這些電流的方向。

但是,這個輸出回路電流中有被輸入交流信號影響的擾動信號,我們要的就是這個擾動的信號(輸出交流信號),這個擾動的信號比輸入信號大,這就是放大,也可以說,放大其實是輸出回路電流受輸入信號的控制。

如果直流工作點設置合理時,那個擾動信號就與輸入交流小信號成比例關系,而且又比輸入信號大,我們要的就是這個效果。

国产成人一区二区不卡免费视频,97久久综合亚洲色一本京,亚洲高潮无码久久久久久,国产00在线视频国产,玖玖资源站免费中心 日本三级香港三级久久久 欧美日韩国产精品VA 久久精品99北条麻妃 日韩免费码中文在线观看 日韩人妻无码精品系列专区无遮 国产女AV一区二区 亚洲日韩精品欧美一区二区一 国产免费观看久久黄AV片 精品福利视频一区二区