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PNP三極體和NPN三極體的開關電路

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三極體,全稱應為半導體三極體,也稱雙極型電晶體、晶體三極體,是一種電流控制電流的半導體器件·其作用是把微弱訊號放大成幅度值較大的電訊號, 也用作無觸點開關。晶體三極體,是半導體基本元器件之一,具有電流放大作用,是電子電路的核心元件。三極體是在一塊半導體基片上製作兩個相距很近的PN接面,兩個PN接面把整塊半導體分成三部分,中間部分是基區,兩側部分是發射區和集電區,排列方式有PNP和NPN兩種。

  PNP與NPN兩種三極體各引腳的表示:

  三極體工作原理介紹,NPN和PNP型三極體的原理圖與各個引腳介紹

  三極體引腳介紹

  三極體工作原理介紹,NPN和PNP型三極體的原理圖與各個引腳介紹

  NPN三極體原理圖:

  三極體工作原理介紹,NPN和PNP型三極體的原理圖與各個引腳介紹

  PNP三極體原理圖:

  三極體工作原理介紹,NPN和PNP型三極體的原理圖與各個引腳介紹

  常見的三極體為9012、s8550、9013、s8050.微控制器應用電路中三極體主要的作用就是開關作用。

  其中9012與8550為pnp型三極體,可以通用。

  其中9013與8050為npn型三極體,可以通用。

  區別引腳:三極體向著自己,引腳從左到右分別為ebc,原理圖中有箭頭的一端為e,與電阻相連的為b,另一個為c。箭頭向裡指為PNP(9012或8550),箭頭向外指為NPN(9013或8050)

  如何辨別三極體型別,並辨別出e(發射極)、b(基極)、c(集電極)三個電極

  ①用指標式萬用表判斷基極 b 和三極體的型別:將萬用表歐姆擋置 “R &

TImes; 100” 或“R&TImes;lk” 處,先假設三極體的某極為“基極”,並把黑表筆接在假設的基極上,將紅表筆先後接在其餘兩個極上,如果兩次測得的電阻值都很小(或約為幾百歐至幾千歐 ),則假設的基極是正確的,且被測三極體為 NPN 型管;同上,如果兩次測得的電阻值都很大( 約為幾千歐至幾十千歐 ), 則假設的基極是正確的,且被測三極體為 PNP 型管。如果兩次測得的電阻值是一大一小,則原來假設的基極是錯誤的,這時必須重新假設另一電極為“基極”,再重複上述測試。
  ②判斷集電極c和發射極e:仍將指標式萬用表歐姆擋置 “R &TImes; 100”或“R &TImes; 1k” 處,以NPN管為例,把黑表筆接在假設的集電極c上,紅表筆接到假設的發射極e上,並用手捏住b和c極 ( 不能使b、c直接接觸 ), 通過人體 , 相當 b 、 C 之間接入偏置電阻 , 讀出表頭所示的阻值 , 然後將兩表筆反接重測。若第一次測得的阻值比第二次小 , 說明原假設成立 , 因為 c 、 e 問電阻值小說明通過萬用表的電流大 , 偏置正常。
  ③用數字萬用表測二極體的擋位也能檢測三極體的PN接面,可以很方便地確定三極體的好壞及型別,但要注意,與指標式萬用表不同,數字式萬用表紅表筆為內部電池的正端。例:當把紅表筆接在假設的基極上, 而將黑表筆先後接到其餘兩個極上, 如果表顯示通〈矽管正向壓降在 0.6V 左右 ), 則假設的基極是正確的 , 且被測三極體為 NPN 型管。  數字式萬用表一般都有測三極體放大倍數的擋位(hFE), 使用時 , 先確認電晶體型別 , 然後將被測管子 e 、b 、c三腳分別插入數字式萬用表面板對應的三極體插孔中,表顯示出hFE 的近似值。

  三極體的工作原理

  三極體是電流放大器件,有三個極,分別叫做集電極C,基極B,發射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極體的共發射極放大電路為例來說明一下三極體放大電路的基本原理。

  一、電流放大

  下面的分析僅對於NPN型矽三極體。如上圖所示,我們把從基極B流至發射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發射極E的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個電流的方向都是流出發射極的,所以發射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極體的放大作用就是:集電極電流受基極電流的控制(假設電源 能夠提供給集電極足夠大的電流的話),並且基極電流很小的變化,會引起集電極電流很大的變化,且變化滿足一定的比例關係: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叫做三極體的放大倍數(β一般遠大於1,例如幾十,幾百)。如果我們將一個變化的小訊號加到基極跟發射 極之間,這就會引起基極電流Ib的變化,Ib的變化被放大後,導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的,那麼根據電壓計算公式 U=R*I 可以算得,這電阻上電壓就會發生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來,就得到了放大後的電壓訊號了。

  二、偏置電路

  三極體在實際的放大電路中使用時,還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是由於三極體BE結的非線性(相當於一個二極體),基極電流必須在輸入電壓 大到一定程度後才能產生(對於矽管,常取0.7V)。當基極與發射極之間的電壓小於0.7V時,基極電流就可以認為是0。但實際中要放大的訊號往往遠比 0.7V要小,如果不加偏置的話,這麼小的訊號就不足以引起基極電流的改變(因為小於0.7V時,基極電流都是0)。如果我們事先在三極體的基極上加上一 個合適的電流(叫做偏置電流,上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的,所以它被叫做基極偏置電阻),那麼當一個小訊號跟這個偏置電流疊加在一起時,小 訊號就會導致基極電流的變化,而基極電流的變化,就會被放大並在集電極上輸出。另一個原因就是輸出訊號範圍的要求,如果沒有加偏置,那麼只有對那些增加的 訊號放大,而對減小的訊號無效(因為沒有偏置時集電極電流為0,不能再減小了)。而加上偏置,事先讓集電極有一定的電流,當輸入的基極電流變小時,集電極 電流就可以減小;當輸入的基極電流增大時,集電極電流就增大。這樣減小的訊號和增大的訊號都可以被放大了。

  三、開關作用

  下面說說三極體的飽和情況。像上面那樣的圖,因為受到電阻 Rc的限制(Rc是固定值,那麼最大電流為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。當基極電流的增大,不能使集電極電流繼續增大 時,三極體就進入了飽和狀態。一般判斷三極體是否飽和的準則是:Ib*β〉Ic。進入飽和狀態之後,三極體的集電極跟發射極之間的電壓將很小,可以理解為 一個開關閉合了。這樣我們就可以拿三極體來當作開關使用:當基極電流為0時,三極體集電極電流為0(這叫做三極體截止),相當於開關斷開;當基極電流很 大,以至於三極體飽和時,相當於開關閉合。如果三極體主要工作在截止和飽和狀態,那麼這樣的三極體我們一般把它叫做開關管。

  四、工作狀態

  如果我們在上面這個圖中,將電阻Rc換成一個燈泡,那麼當基極電流為0時,集電極電流為0,燈泡滅。如果基極電流比較大時(大於流過燈泡的電流除以三極體 的放大倍數 β),三極體就飽和,相當於開關閉合,燈泡就亮了。由於控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了,所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通 斷。如果基極電流從0慢慢增加,那麼燈泡的亮度也會隨著增加(在三極體未飽和之前)。

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三極體是否導通的簡單判斷的技巧:三極體上箭頭所在方向的二極體,只要二極體正向導通,那麼三極體上下就能導通。

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一、三極體開關電路設計的可行性及必要性

可行性:用過三極體的人都清楚,三極體有一個特性,就是有飽和狀態與截止狀態,正是因為有了這兩種狀態,使其應用於開關電路成為可能。

必要性:假設我們在設計一個系統電路中,有些電壓、訊號等等需要在系統執行過程中進行切斷,但是又不能通過機械式的方式切斷,此時就只能通過軟體方式處理,這就需要有三極體開關電路作為基礎了。

二、NPN三極體基本開關電路概述

    如下(圖.1)就是一個最基本的三極體開關電路,NPN的基極需連線一個基極電阻(R2)、集電極上連線一個負載電阻(R1)

    首先我們要清楚當三極體的基極沒有電流時候集電極也沒有電流,三極體處於截止狀態,即斷開;當基極有電流時候將會導致集電極流過更大的放大電流,即進入飽和狀態,相當於關閉。當然基極要有一個符合要求的電壓輸入才能確保三極體進入截止區與飽和區。

二、PNP三極體基本開關電路概述 

 

三極體用的最多的,其實是開關電路。下面分別介紹PNP型和NPN型的三極體。先說PNP型的三極體,常用的型號有9012,8550等等。如何使用呢,如下圖:

 

FM是一個蜂鳴器,8550是一個PNP型的三極體,C端接地,B端由微控制器控制,E端通過FM接VCC。根據箭頭的方向,E端高電壓的時候,當B端也是高電壓,那麼E和C之間是斷開的,當B端是低電壓,那麼E和C直接導通,實現開關的作用。簡單的技巧:三極體上箭頭所在方向的二極體,只要二極體正向導通,那麼三極體上下就能導通。