三极管

实际上,只要你了解了三极管的特性对你使用单片机就顺手很多了。大家其实也都知道三极管具有放大作用,但如何去真正理解它却是你以后会不会使用大部分电子电路和IC的关键。

我们一般所说的普通三极管是具有电流放大作用的器件。其它的三极管也都是在这个原理基础上功能延伸。三极管的符号如下图左边,我们就以NPN型三极管为例来说说它的工作原理。由于三极管是由二极管演化而来的,所以大家记住PN结永远都是P指向N的,这样PNP还是NPN—下就很清楚了。

它就是一个以b(基极)电流lb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。

左边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lb(基极电流)为1M时,就允许100mA的电流通过Ice。我这么说大家能理解吗?

这个原理大家可能也都知道,但是把它用在电路里的状况能理解,那单片机的运用就少了一大障碍了。最常用的连接如下图。

我们来分析一下这个电路,如果它的放大倍数是100,基极电压我们不计。基极电流就是10V+10K=lmA,集电极电流就应该是100mA。根据欧姆定律,这样Rc上的电压就是0.1AX50〇=5V。那么剩下的5V就吃在了三极管的C、E极上了。好!现在我们假如让Rb为1K,那么基极电流就是10V+lK=10mA,这样按照放大倍数100算,Ic就是不是就为1000mA也就是1A了呢?假如真的为1安,那么Rc上的电压为1AX50Q=50V。啊?50V!都超过电源电压了,三极管都成发电机了吗?其实不是这样的。见下图:

我们还是用水管内流水来比喻电流,当这个控制电流为10mA时使主水管上的阀开大到能流过1A的电流,但是不是就能有1A的电流流过呢?不是的,因为上面还有个电阻,它就相当于是个固定开度的阀门,它串在这个主水管的上面,当下面那个可控制的阀开度到大于上面那个固定电阻的开度时,水流就不会再增大而是等于通过上面那个固定阀开度的水流了,因此,下面的三极管再开大开度也没有用了。因此我们可以计算出那个固定电阻的最大电流10V+50Q=0.2A也就是200mA。就是说在电路中三极管基极电流增大集电极的电流也增大,当基极电流lb增大到2mA时,集电极电流就增大到了200mA。当基极电流再增大时,集电极电流己不会再增大,就在200mA不动了。此时上面那个电阻也就是起限流作用了。

共发射极电路NPN管,ib变大时,实质上是给基区注入空穴,如果是这样的话,注入的空穴将会中和更多发射极过来的电子,理论上ic便会变得更小才对啊,为什么ic还会以相应倍数P放大呢?

图中所画的是三极管内部电流流向【NPN型管,箭头指向代表电流方向】,现在基极电流增大到2,说明在基区有更多的电子被基区空穴所复合,按理来说,集电极电流应该减少啊【因为有更多的电子在基区被复合,流到集电区的电子就少了】,但是现实情况却是集电极电流被放大到了6。显而易见,我在增大基极电流的同时,发射极电流也在增大,并且基极电流增大一倍,发射极电流也增大一倍,这是为什么?

换句话说,我增大基极电流一倍,则从发射区到达基区的电子将会被多出一倍的空穴所复合,但是,又是什么原因使得此时此刻发射极发射出了比原来多出一倍的电子,比如右图比原来【左图】多出了1个单位的电子被基区空穴复合,但同时,发射区却多射出了4个单位的电子。我人为的增加了1个单位的基极电流,而发射极却多射出了4个单位的电子,增加了4单位的电流,why?

不要用公式ie=ib-ic=(1+3)ib说明,请从三极管内部载流子的微观运动情况加以分析说明,

答案

1 发射区向基区发射电子

由于发射结处于正向偏置,多数载流子的扩散运动加强,发射区的多数载流子(电子)向基区扩散(称为发射),同样基区的多数载流子(空穴)也向发射区扩散,但由于发射区的电子浓度远远高于基区的空穴浓度,两者比较可忽略基区空穴向发射区的扩散。由于两个电源Eb和Ec的负极接在发射极,所以发射区向基区发射区向基区的电子都可以从电源得到补充,这样就形成了发射极电流le.

2 电子在基区的扩散与复合

从发射区发射到基区的电子到达基区后,由于靠近发射结附近的电子浓度高于靠近集电结附近的电子浓度,所以这些电子会向集电结附近继续扩散。在扩散的过程中,有小部分电子会与基区的空穴复合,由于电源Eb的正极与基极相连,这些复合掉的空穴均可由Eb补充,因而形成了基极电流lb。因基区做的很薄,电子在扩散过程中通过基区的时间很短,加上基区的空穴浓度很低,所以从发射区发射到基区的电子在基区继续向集电结附近扩散的过程中,与基区空穴复合的机会很少,因而基电极的电流很小,大部分电子都能通过基区而到达集电结附近,所以集电极电流很大。

来源:21ic电子网

围观 56

1、什么是三极管的倒置状态?

集电结正偏,发射结反偏,为倒置状态;集电结正偏,发射结正偏,为饱和状态;集电结反偏,发射结反偏,为倒截止态;集电结反偏,发射结正偏,为放大状态;

2、对三极管倒置状态的分析

实际上,当NPN型三极管的三个电极电位关系为UE>UB>UC 时,三极管内两个PN结的状态为be结反偏,bc结正偏。这时三极管工作在“倒置”状态。倒置状态的三极管其工作原理与放大状态相似,bc结正偏时,集电区发射电子,一部分自由电子在基区和空穴复合形成基极电流,另一部分电子被反偏的发射结“收集”形成发射极电流。倒置时由于三极管集电区掺杂浓度不高,发射的电子少,同时由于发射区面积小,最终收集的电子也少,形成的电流很小,因此三极管没有放大能力。倒置状态的三极管β是小于1的。当增大“倒置”三极管的基极电流时,倒置的三极管也可以进入饱和状态,但这时基极电流较大,同时管子的导通压降比正接时要小得多。

3、对三极管倒置放大的理解

①三极管工作于倒置状态时相当于把发射极与集电极对调使用(即集电极当作发射极使用,发射极当作集电极使用),倒置时的三极管同样具有三种工作状态。但是等效集电极电流(IE)与基极电流的比值即β要比正接时小得多,所以要使倒置的三极管进入饱和区,所需的基极驱动电流要比正接时大得多,但是倒置时的管压降要比正接时的小。

4、三极管倒置状态的应用

①TTL 数字集成电路中作为信号输入用的多发射极三极管, 当输入为高电平1 时,就是一个倒置使用的三极管。三极管在倒置使用时,它的两个PN 结的偏置情况与工作在放大状态时是相反的:发射结反向偏置,集电结正向偏置。因此,集电结可能烧毁,而发射结可能击穿。但是,由于工作于倒置状态的三极管的电压放大倍数β通常很小, 如平面三极管倒置使用时的β值约为0.1~0.5,因此一般不会出现烧坏的情况。目前已经很少使用三极管作倒置状态。

②在使用万用表检测判断三极管的三个电极时,可以通过“三颠倒”方法找到基极和并判断三极管的管型,而集电极和发射极的判断就需使用三极管的倒置状态。以NPN型三极管为例,万用表选择欧姆档的R×100 或R×1K量程,按照图1所示,用手指捏住三极管的基极和未知电极,将万用表黑表笔接未知电极Y,红表笔接X极,观察表针偏转角度。再按照图2所示连接,观察表针偏转角度。比较两次指针偏转角度,偏转大的那一次黑表笔接的是集电极。这种判断方法的两种接线方式对应了三极管的两种状态:放大状态和倒置状态。其中指针偏转小的那次,黑表笔(万用表内直流电源正极)接三极管的发射极。此时,三极管三个电极的电位关系为UE>UB>UC ,三极管工作在倒置状态,万用表表针偏转所通过的电流为发射极电流,因为这个电流较小,所以指针偏转较小。另一种接线方式对应为三极管的放大状态,通过指针的电流为集电极电流这个电流较大,对应万用表的指针偏转也较大。

来源:畅学电子

围观 80

三极管有3个引脚,分别是基极、集电极、发射极,而基极是控制引脚,基极电流大小控制着集电极和发射极电流的大小。

三极管其工作原理有点像一个水龙头,而基极就是水龙头的开关。

至于水龙头通不通水、通多大的水是受水龙头开关的控制的。

而三极管集电极和发射极电流的大小得受基极控制。

在此跟大家只讨论三极管的一些外部的特性,至于其内部的自由电子怎么扩散,怎么漂移的,我是不会告诉你的!

三极管有3种工作状态,分别是放大、饱和、截止。

一、截止工作状态

我们先来了解一下什么是截止状态?

截止其实这就是水龙头关闭了,水流无法流过水龙头,此时水龙头的进水口和出水口是不通的!也就是截止时集电极和发射极是不通的,电流不能从CE两极流过。

三极管在截止时CE两极不导通,各电极电流几乎全为零,相当于开关断开。

那么如何才能让使三极管进入截止工作状态呢?

当发射结反偏,集电结反偏,这时三极管就会进入截止工作状态。

你也许会有疑问:就告诉我一句口诀,这特么反偏是什么意思!?

发射结反偏就是,三极管中的发射结加的是反向电压,也就是“N”这边的电压比“P”的这边电压高就是反偏。不懂的想想下面这个内部结构图。

对于NPN型三极管,发射结反偏,集电结反偏就是指集电极电压大于基极电压,发射极电压大于基极电压。

而对于PNP型三极管,发射结反偏,集电结反偏就是指集电极电压小于基极电压,发射极电压小于基极电压。

二、饱和工作状态

而什么是三极管的饱和工作状态?

饱和其实就是相当于水已经开到最大了,你再拧水龙头也是流这么大!

此时水龙头的进水口和出水口是相通的,水管中的水流能够以最大程度流出水龙头,也就是饱和状态时集电极和发射极是相通的,电流能够基本全部从CE两极流过。

在饱和状态,三极管CE两极相当于是相通的,但其实CE两极会存在比较小的电压,这个电压也叫做饱和压降,小功率硅管饱和压降通常小于0.5V;

在饱和工作状态下,集电极与发射极之间呈现低电阻,相当于开关闭合。

那么如何才能让使三极管进入饱和工作状态呢?

当发射结正偏,集电结正偏,这时三极管就会进入饱和工作状态。

对于NPN型三极管,发射结正偏,集电结正偏就是指基极电压大于集电极电压,基极电压大于发射极电压。

而对于PNP型三极管,发射结正偏,集电结正偏就是指集电极电压大于基极电压,发射极电压大于基极电压。

那么,三极管截止和饱和工作状态有什么作用呢?作用就是可以做无触点的开关。

三极管截止和饱和工作状态的实际应用

有时一些元件需要比较大的工作电流,但是我们的芯片无法输出这么大电流时候,就可以用三极管的开关作用来驱动这些需要大电流的元件了。如下图。

控制信号从R1输入,可以控制三极管进入截止或饱和的工作状态,从而驱动蜂鸣器。R1、R2作用是限流降压,因为基极只需要很小的电流。

来源:电子电路

围观 4942

半导体三极管也称为晶体三极管,可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流 放大和开关作用。三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的,而三极管由两个PN结构成,共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式,形成了一种是NPN型的三极管,另一种是PNP型的三极管。

三极管 的种类很多,并且不同型号各有不同的用途。三极管大都是塑料封装或金属封装,常见三极管的外观如图,大的很大,小的很小。三极管的电路符号有两种:有一个箭头的电极是发射极,箭头朝外的是NPN型三极管,而箭头朝内的是PNP型。实际上箭头所指的方向是电流的方向。

  电子制作中常用的三极管有9 0× ×系列,包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP),低噪声管9014(NPN),高频小功率管9018(NPN)等。它们的型号一般都标在塑壳上,而样子都一样,都是TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6(低频小功率硅管)、3AX31 (低频小功率锗管) 等,它们的型号也都印在金属的外壳上。

我国生产的晶体管有一套命名规则,电子爱好者最好还是了解一下:

第一部分的3表示为三极管。

第二部分表示器件的材料和结构,
A: PNP型锗材料
B: NPN型锗材料
C: PNP型硅材料
D: NPN型硅材料

第三部分表竟δ埽琔:光电管
K:开关管
X:低频小功率管
G:高频小功率管
D:低频大功率管
A:高频大功率管。

另外,3DJ型为场效应管,BT打头的表示半导体特殊元件。

三极管最基本的作用是放大作用,它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号,当然这种转换仍然遵循能量守恒,它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时,在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流,即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化,并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化,这就是三极管的放大作用。

三极管还可以作电子开关,配合其它元件还可以构成振荡器。

半导体三极管除了构成放大器和作开关元件使用外,还能够做成一些可独立使用的两端或三端器件

1. 扩流。

把一只小功率可控硅和一只大功率三极管组合,就可得到一只大功率可控硅,其最大输出电流由大功率三极管的特性决定,见附图 1 。图 2 为电容容量扩大电路。利用三极管的电流放大作用,将电容容量扩大若干倍。这种等效电容和一般电容器一样,可浮置工作,适用于在长延时电路中作定时电容。用稳压二极管构成的稳压电路虽具有简单、元件少、制作经济方便的优点,但由于稳压二极管稳定电流一般只有数十毫安,因而决定了它只能用在负载电流不太大的场合。图 3 可使原稳压二极管的稳定电流及动态电阻范围得到较大的扩展,稳定性能可得到较大的改善。

2. 代换。

图 4 中的两只三极管串联可直接代换调光台灯中的双向触发二极管;图 5 中的三极管可代用 8V 左右的稳压管。图 6 中的三极管可代用 30V 左右的稳压管。上述应用时,三极管的基极均不使用。

3. 模拟。

用三极管够成的电路还可以模拟其它元器件。大功率可变电阻价贵难觅,用图 7 电路可作模拟品,调节 510 电阻的阻值,即可调节三极管 C 、 E 两极之间的阻抗,此阻抗变化即可代替可变电阻使用。图 8 为用三极管模拟的稳压管。其稳压原理是:当加到 A 、 B 两端的输入电压上升时,因三极管的 B 、 E 结压降基本不变,故 R2 两端压降上升,经过 R2 的电流上升,三极管发射结正偏增强,其导通性也增强, C 、 E 极间呈现的等效电阻减小,压降降低,从而使 AB 端的输入电压下降。

关于三极管的引脚极性我们可以通过数字式万用表来进行快速、简单的判定:

我们首先来看三极管的基本结构。三极管是由两个反向连接的PN接面所组成,这导致了三极管会有PNP管和NPN管两种不同的类型。在没有数字万用表之前,用指针万用表来判定三极管的引脚极性和判断三极管的类型都有些不方便,尤其是在测试引脚极性的时候。而数字万用表的出现大大简化了这一步骤:

首先,我们先要判定基极,也就是b极。在三极管的三根引脚中,先假设任意一根引脚为b极,用红色表笔接触假设的b极,黑色表笔则分别接触另外两根引脚,如果两次测量的结果均在0.1v~0.7v这个范围内,那么就说明所测晶体的两个PN结处于正向导通,即假设成立。之前红色表笔接触的引脚即为b极,而另外两根引脚分别为c极和e极。如果测量结果中出现有一次不是在上述的电压范围之内,则说明假设不成立,此时需要重新假设一根引脚为b极,继续上述的测试,直到最终找到b极为止。

确定三极管的b极后,便可以确定三极管的类型了。先将数字万用表的开关调节至二极管档,用红色的表笔接触b极,随后用黑色表笔分别接触另外两根引脚来测量其电阻值。如果两次测得的结果都是一个相等的低阻值时,则说明所测得三极管为NPN型管。而如果按照上述方法所测得两组阻值都是相等的高阻值时,那么说明所测的三极管为PNP型管。

在确定了b极后,利用数字万用表还可以判定另外两根引脚的极性,也就是判定哪根引脚为c极(集电极)哪根引脚为e极(发射极)。数字万用表上一般会有hFE插孔,在确定了b极的前提下,按照数字万用表的hFE插孔提示将三极管插入,此时屏幕会显示一个hFE值,随后将三极管倒过来再次插入hFE插孔,会得到另外一组hFE值,相比两组hFE值,数值大的一次即为引脚正确插入的一次。

半导体三极管也称为晶体三极管,可以说它是电子电路中最重要的器件。它最主要的功能是电流 放大和开关作用。 三极管顾名思义具有三个电极。二极管是由一个PN结构成的,而三极管由两个PN结构成,共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。

来源:电工学习网
https://www.diangon.com/wenku/rd/yuanqijian/201501/00017816.html

围观 153

三极管做开关电路是很常见的一种电路,基本上所有电子设备都有对其电路的应用,那么在做开关电路时,三极管限流电阻该如何选择呢?这个问题没有理清楚,可能将会使你的电路设计存在漏洞。

下面我将以项目中实际应用,来理解这些问题;


三极管在做开关电路时候,必须使得三极管处于饱和状态,当处于饱和状态时,β*Ib>Ic;

下面来验证以上电路是否处于饱和状态,上图是一个利用三极管D882搭建的电磁阀开关电路,P25是一个24V驱动的电磁阀 ,此电磁阀驱动功率为9W,由此可知当三极管做开关电路时,集电极所需电流Ic=9/24=0.375A,由于D882为SI管,BE压降为0.7V,则当三极管导通时,IB=(3.3-0.7)/1000=2.6mA,我们所购的D882放大倍数为160-320;则三极管导通时,Ib*β(min)=2.6*160=416mA,由于三极管集电极所需的电流只要375Ma,满足β*Ib>Ic,所以此电路在做开关电路的时候,满足三极管所需要的饱和状态,但是β*Ib只是略大于Ic,没有远远大于Ic,说明此三极管只是达到浅度饱和状态;所以一般为了电路的稳定性考虑,Ib*β(min)最好大于2Ic,所以此处R76=(3.3-0.7)/(2IC/160)=554欧,所以当R76取值最好小于556欧姆;但是考虑到单片机一般IO口拉电流在8MA左右,所以限流电阻也不能太小,不然单片机IO口驱动能力也不够。

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原文:
https://blog.csdn.net/yueling4472/article/details/83476570
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围观 402

场效应管是在三极管的基础上而开发出来的。三极管通过电流的大小控制输出,输入要消耗功率。场效应管是通过输入电压控制输出,不消耗功率。场效应管和三极管的区别是电压和电流控制,但这都是相对的。电压控制的也需要电流,电流控制的也需要电压,只是相对要小而已。就其性能而言,场效应管要明显优于普通三极管,不管是频率还是散热要求,只要电路设计合理,采用场效应管会明显提升整体性能。



1、三极管是双极型管子,即管子工作时内部由空穴和自由电子两种载流子参与。场效应管是单极型管子,即管子工作时要么只有空穴,要么只有自由电子参与导电,只有一种载流子;

2、三极管属于电流控制器件,有输入电流才会有输出电流;场效应管属于电压控制器件,没有输入电流也会有输出电流;

3、三极管输入阻抗小,场效应管输入阻抗大;

4、有些场效应管源极和漏极可以互换,三极管集电极和发射极不可以互换;

5、场效应管的频率特性不如三极管;

6、场效应管的噪声系数小,适用于低噪声放大器的前置级;

7、如果希望信号源电流小应该选用场效应管,反之则选用三极管更为合适。


场效应管是场效应晶体管(Field Effect Transistor,FET)的简称。它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高、噪声小、功耗低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽、受温度和辐射影响小等优点,特别适用于高灵敏度和低噪声的电路,现已成为普通晶体管的强大竞争者。

普通晶体管(三极管)是一种电流控制元件,工作时,多数载流子和少数载流子都参与运行,所以被称为双极型晶体管;而场效应管(FET)是一种电压控制器件(改变其栅源电压就可以改变其漏极电流),工作时,只有一种载流子参与导电,因此它是单极型晶体管。

场效应管和三极管一样都能实现信号的控制和放大,但由于他们构造和工作原理截然不同,所以二者的差异很大。在某些特殊应用方面,场效应管优于三极管,是三极管无法替代的,三极管与场效应管区别见下表。


场效应管是电压控制元件。而三极管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用场效应管。而在信号源电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应用三极管。场效应管靠多子导电,管中运动的只是一种极性的载流子;三极管既用多子,又利用少子。由于多子浓度不易受外因的影响,因此在环境变化较强烈的场合,采用场效应管比较合适。场效应管的输入电阻高,适用于高输入电阻的场合。场效应管的噪声系数小,适用于低噪声放大器的前置级。

场效应管和双极型三极管的比较

1、普通三极管参与导电的,既有多数载流子,又有少数载流子,故称为双极型三极管;而在场效应管中只是多子参与导电,故又称为单极型三极管。因少子浓度受温度、辐射等因素影响较大,所以场效应管比三极管的温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数很小。在环境条件(温度等)变化很大的情况下应选用场效应管。

2、三极管是电流控制器件,通过控制基极电流到达控制输出电流的目的。因此,基极总有一定的电流,故三极管的输人电阻较低;场效应管是电压控制器件,其输出电流决定于栅源极之间的电压,栅极基本上不取电流,因此,它的输入电阻很高,可达109~1014Ω。高输入电阻是场效应管的突出优点。

3、场效应管的漏极和源极可以互换(某些),耗尽型绝缘栅管的栅极电压可正可负,灵活性比三极管强。但要注意,分立的场效应管,有时已经将衬底和源极在管内短接,源极和漏极就不能互换使用了。

4、场效应管和三极管都可以用于放大或作可控开关。但场效应管还可以作为压控电阻使用,可以在微电流、低电压条件下工作,具有功耗低,热稳定性好,容易解决散热问题,工作电源电压范围宽等优点,且制作工艺简单,易于集成化生产,因此在目前的大规模、超大规模集成电路中,MOS管占主要地位。

5、MOS管具有很低的级间反馈电容,一般为5—10pF,而三极管的集电结电容一般为20pF左右。

6、场效应管组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数。

7、由于MOS观的栅源极之间的绝缘层很薄,极间电容很小,而栅源极之间电阻又很大,带电物体靠近栅极时,栅极上感应少量电荷产生很高的电压,就很难放掉,以至于栅源极之间的绝缘层击穿,造成永久性损坏。因此管子存放时,应使栅极与源极短接,避免栅极悬空。尤其是焊接MOS管时,电烙铁外壳要良好接地。

8、BJT是利用小电流的变化控制大电流的变化;JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制,来改变导电沟道的宽窄,从而控制漏极电流的大小;MOSEFET是利用栅源电压的大小,来改变半导体表面感生电荷的多少,从而控制漏极电流的大小。

9、场效应管的噪声系数很小,在低噪声放大电路的输入级及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。

10、三极管导通电阻大,场效应管导通电阻小,只有几百毫欧姆,在现在的用电器件上,一般都用场效应管做开关来用,他的效率是比较高的。

11、场效应管G极必须有一个对地的放电电阻,不然上电就烧,而三极管基极不需要

12、场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。


一般说来,双极性三极管不能直接代替MOS管,这是因为它们的控制特性不一MOS管是电压控制的器件,而双极性三极管是电流控制的器件。场效应管的控制电路是电压型的,双极性三极管不能直接代换场效应管的,原驱动MOS管的电路由于驱动电流太小,不足于驱动双极性三极。要想用原电路驱动双极性三极管,必须要在双极性三极管之前加装电流放大装置。基于这个思想,在双极性三极管之前加装电流放大器,把电压驱动改为了电流驱动,即可代换成功。

场效应管的作用

1、场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。

2、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。

3、场效应管可以用作可变电阻。

4、场效应管可以方便地用作恒流源。

5、场效应管可以用作电子开关。

场效应管的分类

1、结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名;

2、绝缘栅型场效应管(JGFET,也叫金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。

3、根据导电方式的不同,MOSFET又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指:当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。耗尽型则是指,当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。

三极管(BJT)和场效应管(FET)是在放大、开关电路中应用非常普遍的电子元件,最初发明的是三极管,以其优异的性能迅速代替了电子管,但后来在应用中三极管暴露出一些先天不足--结构上问题所导致的缺陷,在这种形势下迫切要求制造一种能够克服三极管缺陷的晶体管,于是场效应管就应用而生了。

FET的最大特点就是输入阻抗极高,这是三极管无法比拟的,然而它的出现并没有像晶体管淘汰电子管一样而完全取代三极管,它也不是万能的,在有些方面不如三极管,因此不能笼统的说谁好谁不好,由于它是在三极管的基础上研制而成的,所以它许多方面和三极管有相似的地方,二者珠联璧合应用广泛。今天通过对比我们全面认识三极管和场效应管,以便更好的利用它们。

1. 电极区别:三极管有基极b、发射极e、集电极c三个电极,场效应管也有G极、源极S、漏极D三个电极,它们二者有对应关系,电极的作用相似,即基极-栅极都是控制极,发射极对应源极,集电极对应漏极,都是被控电极;

2. 控制类型:三极管是电流控制型器件,也就是通过基极电流的变化控制集电极电流的变化;场效应管属于电压控制型器件,也就是通过栅极电压的变化来控制源漏极电流大小;二者的工作原理是不同的,三极管是通过基极电流来控制集电极电流大小的,而场效应管是通过栅压改变导电沟道的宽度来控制电流的变化;

3. 阻抗差别:三极管输入阻抗较低,在几百欧姆-几千欧姆之间,基极电流较大,输出电阻较高,对前级电路影响较大,阻抗不匹配时几乎不能工作;场效应管的输入阻抗极高,达到兆欧以上,MOS管更高,栅极几乎没有电流,对前级电路影响较小,和三极管一样输出电阻也较高;

4. 载流子差别:三极管有两种载流子参加导电,即少子与多子,属于双极性器件;场效应管只有一种载流子参加导电,属于单极性器件;

5. 稳定性差别:三极管由于少子也参与了导电,而少子容易受到温度的影响,热稳定性较差,故其噪声高,且制造复杂;场效应管由于其由多子导电,热稳定性较好,故噪声小;制造工艺简单,容易集成、功耗低、体积小、安全工作区域广;大规模、超大规模集成电路均大多由场效应管制作;

6. 分类差别:晶体管按结构分PNP和NPN型两种;而场效应管种类就多了,按导电沟道分n型和p型,按原理结构分结型场效应管JFET和绝缘栅场效应管MOSFET,mos管又分增强型、耗尽型两种;

7. 特性曲线差别:三极管特性曲线分截止区、放大区、饱和区、击穿区;场效应管分截止区、放大区、可变电阻区、击穿区,二者有对应关系;在特性曲线上均有输入、输出特性曲线;从电路分析计算,场效应管较三极管简单;三极管的转移特性(IC-Vbe)是按指数规律变化,场效应管的转移特性是按平方规律变化,因此场效应管的非线性失真比三极管大;

8. 放大能力:表征三极管放大能力的重要参数是电流放大倍数β,场效应管用跨导表示gm,其值较小,放大能力差,电压放大倍数小于三极管电路;

9. 灵活性差别:三极管的发射极、集电极不能互换,否则β极低,不能正常工作,而场效应管对于一些特定条件的(衬底没有和源极连着一起),源极和漏极是可以互换的。耗尽型的场效应管的栅极电压可正可负,灵活性高;

10. 接法差别:三极管有三种接法:共射、共基、共集,场效应管也有三种接法:共源、共栅、共漏接法;二者对应;相位关系一致;

11. 偏置差别:三极管正常工作需要合适的偏置电流,场效应管正常工作时需要合适的偏置电压;

12. 判别差别:三极管类型较少仅有两种,判别上比较简单,场效应管类型较多,判别上较为复杂,三极管在焊接过程中只要求防止温度过高即可,没有静电影响问题;MOS管必须对栅极和源极放电,否则感应静电也容易击穿管子,在存储、运输时必须将栅极、源极短路;

13. 电容差别:三极管极间电容较大,MOS管极间电容较低;三极管耦合电容较大,场效应管输入电阻极高,耦合电容较小;

14. 其它差别:三极管和场效应管都可以作为可变电阻、开关器件;三极管的功耗较高,但较便宜;

在只允许从信号源取较少(高输出阻抗)电流的情况下,选用场效应管,达到阻抗匹配目的,适用于低噪高输入电阻的前置电路;在信号电压较低,允许取用电流的情况下,选用三极管。作为开关管,场效应管的效率较高,多用在大电流、高速开关电源上;在环境温度变化较大的场合应使用场效应管。

本文转自:硬件十万个为什么(Hardware_10W),转载此文目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。

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三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功,为了帮助读者迅速掌握测判方法,笔者总结出四句口诀:“三颠倒,找基极;PN结,定管型;顺箭头,偏转大;测不准,动嘴巴。”下面让我们逐句进行解释吧。

一、 三颠倒,找基极

大家知道,三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同,可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管。

测试三极管要使用万用电表的欧姆挡,并选择R×100或R×1k挡位。图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。由图可见,红表笔所连接的是表内电池的负极,黑表笔则连接着表内电池的正极。

假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型,也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时,我们任取两个电极(如这两个电极为1、2),用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻,观察表针的偏转角度;接着,再取1、3两个电极和2、3两个电极,分别颠倒测量它们的正、反向电阻,观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中,必然有两次测量结果相近:即颠倒测量中表针一次偏转大,一次偏转小;剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小,这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。

二、 PN结,定管型

找出三极管的基极后,我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型(图1)。将万用表的黑表笔接触基极,红表笔接触另外两个电极中的任一电极,若表头指针偏转角度很大,则说明被测三极管为NPN型管;若表头指针偏转角度很小,则被测管即为PNP型。

三、 顺箭头,偏转大

找出了基极b,另外两个电极哪个是集电极c,哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。

(1) 对于NPN型三极管,用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec,虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小,但仔细观察,总会有一次偏转角度稍大,此时电流的流向一定是:黑表笔→c极→b极→e极→红表笔,电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”),所以此时黑表笔所接的一定是集电极c,红表笔所接的一定是发射极e。

(2) 对于PNP型的三极管,道理也类似于NPN型,其电流流向一定是:黑表笔→e极→b极→c极→红表笔,其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致,所以此时黑表笔所接的一定是发射极e,红表笔所接的一定是集电极c。

四、 测不出,动嘴巴

若在“顺箭头,偏转大”的测量过程中,若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时,就要“动嘴巴”了。具体方法是:在“顺箭头,偏转大”的两次测量中,用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部,用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电极b,仍用“顺箭头,偏转大”的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。其中人体起到直流偏置电阻的作用,目的是使效果更加明显。

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1、晶体三极管简介

晶体三极管是p型和n型半导体的有机结合,两个pn结之间的相互影响,使pn结的功能发生了质的飞跃,具有电流放大作用。晶体三极管按结构粗分有npn型和pnp型两种类型。

如图1所示。(用Q、VT、PQ表示)三极管之所以具有电流放大作用,首先,制造工艺上的两个特点:
(1)基区的宽度做的非常薄;
(2)发射区掺杂浓度高,即发射区与集电区相比具有杂质浓度高出数百倍。

2、晶体三极管的工作原理

其次,三极管工作必要条件是
(a)在B极和E极之间施加正向电压(此电压的大小不能超过1V);
(b)在C极和E极之间施加反向电压(此电压应比eb间电压较高);
(c)若要取得输出必须施加负载。

图1:三极管的构造示意图

最后,当三极管满足必要的工作条件后,其工作原理如下:

(1) 基极有电流流动时。由于B极和E极之间有正向电压,所以电子从发射极向基极移动,又因为C极和E极间施加了反向电压,因此,从发射极向基极移动的电子,在高电压的作用下,通过基极进入集电极。于是,在基极所加的正电压的作用下,发射极的大量电子被输送到集电极,产生很大的集电极电流。
(2)基极无电流流动时。在B极和E极之间不能施加电压的状态时,由于C极和E极间施加了反向电压,所以集电极的电子受电源正电压吸引而在C极和E极之间产生空间电荷区,阻碍了从发射极向集电极的电子流动,因而就没有集电极电流产生。

综上所述,在晶体三极管中很小的基极电流可以导致很大的集电极电流,这就是三极管的电流放大作用。此外,三极管还能通过基极电流来控制集电极电流的导通和截止,这就是三极管的开关作用(开关特性)。

参见晶体三极管特性曲线图2所示:

图2:晶体三极管特性曲线

3、晶体三极管共发射极放大原理

如下图3所示:

A、vt是一个npn型三极管,起放大作用。

B、ecc 集电极回路电源(集电结反偏)为输出信号提供能量。

C、rc 是集电极直流负载电阻,可以把电流的变化量转化成电压的变化量反映在输出端。

D、基极电源ebb和基极电阻rb,一方面为发射结提供正向偏置电压,同时也决定了基极电流ib.

图3:共射极基本放大电路

E、cl、c2作用是隔直流通交流偶合电容。

F、rl是交流负载等效电阻。

交流通路:ui正端-cl-vtb-vtc-c2-rl-ui负端。

(1)在日常使用中采用两组电源不便,可用一组供电。

(2)为简化电路,用“UCC”的端点和“地”表示直流电源。

(3)把输入信号电压、输出信号电压和直流电源的公共端点称为“地”并用符号“丄”表示,以地端作零电位参考。

画外音: 我们可以用水龙头与闸门放水的关系,来想象或者说是理解三极管的放大原理。其示意图如下图所示:

① 如图(a)所示:当发射结无电压或施加电压在门限电压以下,相当于闸门关紧时,水未从水龙头底部通过水嘴流出来。此时, ec 之间电阻值无穷大, ec 之间的电流处于截止状态,或者说是开关的 OFF 状态。

② 如图(b)所示:当对发射结施加电压在门限电压范围时(以硅管 0.7V 左右为例),相当于闸门松动一点点,从水龙头底部通过水嘴流出的水成滴答状态。此时, ec 之间的电阻值也下降了一点点。

③ 如图(c)所示:当对发射结施加电压在 0.8V 时,相当于闸门已打开三分之一的状态时,水龙头底部已经可以有三分之一的水通过水嘴流出来了,此时, ec 之间的电阻值也下降了三分之一, ec 之间的电流处于调控或者说是放大状态。

④ 如图(d)所示:当对发射结施加电压在 0.9V 时,相当于闸门已打开三分之二的状态时,水龙头底部已经可以有三分之二的水通过水嘴流出来了,此时, ec 之间的电阻值也下降了三分之二, ec 之间的电流处于调控或者说是放大状态。

⑤ 如图(e)所示:当对发射结施加电压在 1V 或者 1V 以上时,相当于闸门已完全打开的状态时,水龙头底部所有的水已经可以通过水嘴流出来了,此时, ec 之间的电阻值也下降为“ 0 ”,或者说很小,可以或略不计, ec 之间的电流处于饱和状态,或者说是开关的 ON 状态。

出处:维库电子市场网

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MOSFET与三极管的ON状态区别

demi的头像

MOSFET和三极管,在ON 状态时,MOSFET通常用Rds,三极管通常用饱和Vce。那么是否存在能够反过来的情况,三极管用饱和Rce,而MOSFET用饱和Vds呢?

三极管ON状态时工作于饱和区,导通电流Ice主要由Ib与Vce决定,由于三极管的基极驱动电流Ib一般不能保持恒定,因而Ice就不能简单的仅 由Vce来决定,即不能采用饱和Rce来表示(因Rce会变化)。由于饱和状态下Vce较小,所以三极管一般用饱和Vce表示。

MOS管在ON状态时工作于线性区(相当于三极管的饱和区),与三极管相似,电流Ids由Vgs和Vds决定,但MOS管的驱动电压Vgs一般可保持不变,因而Ids可仅受Vds影响,即在Vgs固定的情况下,导通阻抗Rds基本保持不变,所以MOS管采用Rds方式。

电流可以双向流过 MOSFET的D和S ,正是MOSFET这个突出的优点,让同步整流中没有DCM的概念,能量可以从输入传递到输出,也可以从输出返还给输入。能实现能量双向流动。

1、三极管和MOS管的基本特性

三极管是电流控制电流器件,用基极电流的变化控制集电极电流的变化。有NPN型三极管(简称P型三极管)和PNP型三极管(简称N型三极管)两种,符号如下:

三极管和MOS管驱动电路的正确用法

MOS管是电压控制电流器件,用栅极电压的变化控制漏极电流的变化。有P沟道MOS管(简称PMOS)和N沟道MOS管(简称NMOS),符号如下(此处只讨论常用的增强型MOS管):

三极管和MOS管驱动电路的正确用法

2、三极管和MOS管的正确应用

(1)P型三极管,适合射极接GND集电极接负载到VCC的情况。只要基极电压高于射极电压(此处为GND)0.7V,P型三极管即可开始导通。

基极用高电平驱动P型三极管导通(低电平时不导通);基极除限流电阻外,更优的设计是,接下拉电阻10-20k到GND,使基极控制电平由高变低时,基极能够更快被拉低,P型三极管能够更快更可靠地截止。

(2)N型三极管,适合射极接VCC集电极接负载到GND的情况。只要基极电压低于射极电压(此处为VCC)0.7V,N型三极管即可开始导通。

基极用低电平驱动N型三极管导通(高电平时不导通);基极除限流电阻外,更优的设计是,接上拉电阻10-20k到VCC,使基极控制电平由低变高时,基极能够更快被拉高,N型三极管能够更快更可靠地截止。

三极管和MOS管驱动电路的正确用法

所以,如上所述

对NPN三极管来说,最优的设计是,负载R12接在集电极和VCC之间。不够周到的设计是,负载R12接在射极和GND之间。

对PNP三极管来说,最优的设计是,负载R14接在集电极和GND之间。不够周到的设计是,负载R14接在集电极和VCC之间。

这样,就可以避免负载的变化被耦合到控制端。从电流的方向可以明显看出。

(3)PMOS,适合源极接VCC漏极接负载到GND的情况。只要栅极电压低于源极电压(此处为VCC)超过Vth(即Vgs超过-Vth),PMOS即可开始导通。

栅极用低电平驱动PMOS导通(高电平时不导通);栅极除限流电阻外,更优的设计是,接上拉电阻10-20k到VCC,使栅极控制电平由低变高时,栅极能够更快被拉高,PMOS能够更快更可靠地截止。

(4)NMOS,适合源极接GND漏极接负载到VCC的情况。只要栅极电压高于源极电压(此处为GND)超过Vth(即Vgs超过Vth),NMOS即可开始导通。

栅极用高电平驱动NMOS导通(低电平时不导通);栅极除限流电阻外,更优的设计是,接下拉电阻10-20k到GND,使栅极控制电平由高变低时,栅极能够更快被拉低,NMOS能够更快更可靠地截止。

三极管和MOS管驱动电路的正确用法

所以,如上所述

对PMOS来说,最优的设计是,负载R16接在漏极和GND之间。不够周到的设计是,负载R16接在源极和VCC之间。

对NMOS来说,最优的设计是,负载R18接在漏极和VCC之间。不够周到的设计是,负载R18接在源极和GND之间。

3、设计原则

为避免负载的变化被耦合到控制端(基极Ib或栅极Vgs)的精密逻辑器件(如MCU)中,负载应接在集电极或漏极。

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