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NPN型三極管
電子電路中最重要的器件
NPN型三極管是指由兩塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成的三極管；也稱為晶體三極管，可以說它是電子電路中最重要的器件。三極管是電子電路中最重要的器件，它最主要的功能是電流放大和開關(guān)作用，它可以把微弱的電信號(hào)變成一定強(qiáng)度的信號(hào)，當(dāng)然這種轉(zhuǎn)換仍然遵循能量守恒，它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號(hào)的能量。
基本信息
| 中文名 | NPN型三極管 |
| 外文名 | NPN type triode |
| 功能 | 電流放大和開關(guān)作用 |
| 組成 | 三塊半導(dǎo)體構(gòu)成 |
| 材質(zhì) | 半導(dǎo)體 |
| 作用 | 用來控制電流的大小 |
| 重要參數(shù) | 電流放大系數(shù)β |
收起
基本結(jié)構(gòu)
三極管顧名思義具有三個(gè)電極。二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的，而三極管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，共用的一個(gè)電極成為三極管的基極(用字母B表示——B取自英文Base，基本的、基礎(chǔ)的)，其他的兩個(gè)電極分別稱為集電極(用字母C表示——C取自英文Collector，收集)和發(fā)射極(用字母E表示——E取自英文Emitter，發(fā)射)。基區(qū)和發(fā)射區(qū)之間的結(jié)成為發(fā)射結(jié)，基區(qū)和集電區(qū)之間的結(jié)成為集電結(jié)。
重要參數(shù)
三極管有一個(gè)重要參數(shù)就是電流放大系數(shù)β。當(dāng)三極管的基極上加一個(gè)微小的電流時(shí)，在集電極上可以得到一個(gè)是注入電流β倍的電流，即集電極電流。集電極電流隨基極電流的變化而變化，并且基極電流很小的變化可以引起集電極電流很大的變化，這就是三極管的放大作用。
工作原理
原理圖
三極管放大信號(hào)
三極管放大作用
集電極電流受基極電流的控制(假設(shè)電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話)，并且基極電流很小的變化，會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變化量的β倍，即電流變化被放大了β倍，所以我們把β叫做三極管的放大倍數(shù)(β一般遠(yuǎn)大于1，例如幾十，幾百)。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射極之間，這就會(huì)引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個(gè)電阻R的，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式U=R*I可以算得，這電阻上電壓就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號(hào)了。
實(shí)際放大電路
三極管在實(shí)際的放大電路中使用時(shí)，還需要加合適的偏置電路。這有幾個(gè)原因。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性(相當(dāng)于一個(gè)二極管)，基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生(對(duì)于硅管，常取0.7V)。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時(shí)，基極電流就可以認(rèn)為是0。但實(shí)際中要放大的信號(hào)往往遠(yuǎn)比0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號(hào)就不足以引起基極電流的改變(因?yàn)樾∮?.7V時(shí)，基極電流都是0)。如果我們事先在三極管的基極上加上一個(gè)合適的電流(叫做偏置電流，圖2中那個(gè)電阻Rb就是用來提供這個(gè)電流的，所以它被叫做基極偏置電阻)，那么當(dāng)一個(gè)小信號(hào)跟這個(gè)偏置電流疊加在一起時(shí)，小信號(hào)就會(huì)導(dǎo)致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會(huì)被放大并在集電極上輸出。另一個(gè)原因就是輸出信號(hào)范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對(duì)那些增加的信號(hào)放大，而對(duì)減小的信號(hào)無效(因?yàn)闆]有偏置時(shí)集電極電流為0，不能再減小了)。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當(dāng)輸入的基極電流變小時(shí)，集電極電流就可以減小;當(dāng)輸入的基極電流增大時(shí)，集電極電流就增大。這樣減小的信號(hào)和增大的信號(hào)都可以被放大了。
三極管飽和情況
因?yàn)槭艿诫娮鑂c的限制(Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓)，集電極電流是不能無限增加下去的。當(dāng)基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時(shí)，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)則是：Ib*β〉Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個(gè)開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當(dāng)作開關(guān)使用：當(dāng)基極電流為0時(shí)，三極管集電極電流為0(這叫做三極管截止)，相當(dāng)于開關(guān)斷開;當(dāng)基極電流很大，以至于三極管飽和時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關(guān)管。
如果我們?cè)趫D1中，將電阻Rc換成一個(gè)燈泡，那么當(dāng)基極電流為0時(shí)，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時(shí)(大于流過燈泡的電流除以三極管的放大倍數(shù)β)，三極管就飽和，相當(dāng)于開關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點(diǎn)就行了，所以就可以用一個(gè)小電流來控制一個(gè)大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會(huì)隨著增加(在三極管未飽和之前)。
但是在實(shí)際使用中要注意，在開關(guān)電路中，飽和狀態(tài)若在深度飽和時(shí)會(huì)影響其開關(guān)速度，飽和電路在基極電流乘放大倍數(shù)等于或稍大于集電極電流時(shí)是淺度飽和，遠(yuǎn)大于集電極電流時(shí)是深度飽和。因此我們只需要控制其工作在淺度飽和工作狀態(tài)就可以提高其轉(zhuǎn)換速度。
工作狀態(tài)
三極管是電流控制型元件，三極管的工作狀態(tài)有三種：截止、放大、飽和。
截止?fàn)顟B(tài)：發(fā)射極反偏、集電極反偏，Ube＜0,Ubc＜0；
放大狀態(tài):發(fā)射極正偏、集電極反偏,Ube≥0.7V,而Ubc＜0，關(guān)系公式ΔIC＝βΔIB；
飽和狀態(tài)：發(fā)射極正偏、集電極正偏，Ube＞0,Ubc＞0；
NPN型三極管工作原理
常用
電子制作中常用的三極管有90××系列，包括低頻小功率硅管9013（NPN）、9012（PNP），低噪聲管9014（NPN），高頻小功率管9018（NPN）等。它們的型號(hào)一般都標(biāo)在塑殼上，而樣子都一樣，都是TO-92標(biāo)準(zhǔn)封裝。在老式的電子產(chǎn)品中還能見到3DG6（低頻小功率硅管）、3AX31（低頻小功率鍺管）等，它們的型號(hào)也都印在金屬的外殼上。
元件作用
三極管可以看成是2個(gè)PN結(jié)。測(cè)試其好壞只要測(cè)其PN結(jié)是否正常就行。其方法是，用電阻檔測(cè)b,c極和b,e極的正反電阻，相差幾十倍以上就是正常的。
估算NPN型三極管的電流放大系數(shù)的簡單方法：
黑表筆接c極，紅表筆接e極，在c,b極間接一個(gè)50-200K的電阻，查看表針的擺動(dòng)情況，擺動(dòng)越大,β值越高。
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