三極體的工作原理,最通俗的解釋

三極體有三個工作狀態;

截止、放大、飽和

放大狀態很有學問也很複雜,多用於整合晶片,比如運放,現在不討論;其實對訊號的放大我們通常用運放處理。

三極體更多的是做一個開關管來使用,且只有截止、飽和兩個狀態。截止狀態看作是“關”,飽和狀態看作是“開”,Ib≥1mA時,完全可以保證三極體工作在飽和狀態

對於小功率的三極體此時Ic為幾十到幾百mA,驅動繼電器、蜂鳴器等功率器件綽綽有餘。

把三極體箭頭理解成一個開關,如圖1為NPN型三極體,按下開關S1,約1mA的Ib流過箭頭,箭尾比箭頭電壓高0。6V~0。7V(鉗位電壓),三極體工作在飽和狀態,c極到e極完全導通,c極電平接近0V(GND);負載RL兩端壓降接近5V。

Ib與Ic電流都流入e極,根據電流方向,e極為低電平,應接地,c極接負載和電源。

三極體的工作原理,最通俗的解釋

圖1:NPN三極體

如圖2為PNP型三極體,按下開關S2,約1mA的Ib流過箭頭,箭尾比箭頭電壓高0。6V~0。7V(鉗位電壓),三極體工作在飽和狀態,e極到c極完全導通,c極電平接近5V;負載RL兩端壓降接近5V。

Ib與Ic電流都流出e極,根據電流方向,e極為高電平,應接電源,c極接負載和地。

三極體的工作原理,最通俗的解釋

圖2:PNP三極體

如圖3,對於NPN三極體,更應該在b極加一個下拉電阻(2~10k),一是為了保證b、e極間電容加速放電,加快三極體截止;二是為了保證給三極體b極一個已知邏輯狀態,防止控制輸入端懸空或高阻態時對三極體工作狀態的不確定。

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圖3:NPN三極體加下拉電阻

如圖4,對於PNP三極體,更應該在b極加一個上拉電阻(2~10k),原理同上。

三極體的工作原理,最通俗的解釋

圖4:PNP三極體加上拉電阻

如圖4和圖5,對於感性負載,必須在負載兩端並一個反向的續流二極體;三極體在關斷時,線圈會自感產生很高的反向電動勢,而續流二極體提供的續流通路,同時鉗位反向電動勢。防止擊穿三極體。

續流二極體的選型必須是快恢復二極體或肖特基二極體,兩者響應速度快。

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圖5:NPN三極體驅動蜂鳴器

如圖5,對於某些控制訊號為低電平時,可能並不是真正的0V,一般在1V以內,為保證三極體完全截止,不得不在三極體b極加一個反向穩壓管或正向二極體,以提高三極體導通的閾值電壓(或鉗位電壓);根據經驗,推輓輸出的數字訊號不用加;OC輸出、二極體輸出以及延時控制有必要加;通常穩壓管正常的工作電流≥1mA。

三極體的工作原理,最通俗的解釋

圖6:NPN三極體驅動繼電器

如圖6,為三極體延時導通,快速關斷的一個模擬電路,D1、R2、C1、D2構成延時導通Q2的迴路,C1的電壓為12V的時候Q2導通;R3、Q1、R4、R1構成快速關斷Q2的迴路,C1透過R3和Q1快速放電。

三極體的工作原理,最通俗的解釋

圖7:用三極體實現繼電器的延時控制

要點:

對於NPN三極體,在不考慮三極體的情況下,b極電阻與下拉電阻的分壓必須大於0。7V(箭頭兩端壓降),PNP同理;

b極電流必須≥1mA可保證三極體處於飽和狀態,此時Ic滿足三極體最大的驅動能力。

另外,對於三極體的放大倍數β,指的是輸出電流的驅動能力放大了β,比如100倍,並不是把輸出電流真正的放大了100倍;切記。

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