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三极管的工作原理,最通俗的解释

发布于:2022-08-19 09:40:19 来自:电气工程/工业自动化 0 9

来源:电力讲坛

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三极管有三个工作状态; 截止、放大、饱和 放大状态很有学问也很复杂,多用于集成芯片,比如运放,现在不讨论;其实对信号的放大我们通常用运放处理。


三极管更多的是做一个开关管来使用,且只有截止、饱和两个状态。 截止状态看作是“关”,饱和状态看作是“开”,Ib≥1mA时,完全可以保证 三极管工作在饱和状态 对于小功率的三极管此时Ic为几十到几百mA,驱动继电器、蜂鸣器等功率器件绰绰有余。


把三极管箭头理解成一个开关,如图1为 NPN型三极管 ,按下开关S1,约1mA的Ib流过箭头,箭尾比箭头电压高0.6V~0.7V(钳位电压),三极管工作在饱和状态,c极到e极完全导通,c极电平接近0V(GND);负载RL两端压降接近5V。


Ib与Ic电流都 流入e极 ,根据电流方向,e极为低电平,应接地,c极接负载和电源。


图1:NPN三极管


如图2为 PNP型三极管 ,按下开关S2,约1mA的Ib流过箭头,箭尾比箭头电压高0.6V~0.7V(钳位电压),三极管工作在饱和状态,e极到c极完全导通,c极电平接近5V;负载RL两端压降接近5V。


Ib与Ic电流都 流出e极, 根据电流方向,e极为高电平,应接电源,c极接负载和地。

图2:PNP三极管


如图3,对于 NPN三极管,更应该在b极加一个下拉电阻(2~10k),一是为了保证b、e极间电容加速放电,加快三极管截止;二是为了保证给三极管b极一个已知逻辑状态,防止控制输入端悬空或高阻态时对三极管工作状态的不确定。

图3:NPN三极管加下拉电阻


如图4, 对于PNP三极管,更应该在b极加一个上拉电阻(2~10k),原理同上。

图4:PNP三极管加上拉电阻


如图4和图5,对于感性负载,必须在 负载两端并一个反向的续流二极管;三极管在关断时,线圈会自感 产生很高的反向电动势,而续流二极管提供的续流通路,同时钳位反向电动势。防止击穿三极管。


续流二极管的选型必须是快恢复二极管或肖特基二极管,两者响应速度快。

图5:NPN三极管驱动蜂鸣器


如图5, 对于某些控制信号为低电平时,可能并不是真正的0V ,一般在1V以内,为保证三极管完全截止,不得不在三极管b极加一个反向稳压管或正向二极管,以提高三极管导通的阈值电压(或钳位电压);根据经验,推挽输出的数字信号不用加;OC输出、二极管输出以及延时控制有必要加; 通常稳压管正常的工作电流≥1mA。

图6:NPN三极管驱动继电器


如图6,为三极管延时导通,快速关断的一个仿真电路,D1、R2、C1、D2构成延时导通Q2的回路,C1的电压为12V的时候Q2导通;R3、Q1、R4、R1构成快速关断Q2的回路,C1通过R3和Q1快速放电。

图7:用三极管实现继电器的延时控制


要点:

对于NPN三极管,在不考虑三极管的情况下,b极电阻与下拉电阻的分压必须大于0.7V(箭头两端压降),PNP同理;

b极电流必须≥1mA可保证三极管处于饱和状态,此时Ic满足三极管最大的驱动能力。

另外,对于三极管的放大倍数β,指的是输出电流的驱动能力放大了β,比如100倍,并不是把输出电流真正的放大了100倍;切记。


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