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想要單片機順手,搞懂這些三極管知識

2019-08-06 13:22 來源:互聯網 編輯:Angelina

實際上,只要你了解了三極管的特性對你使用單片機就順手很多了。大家其實也都知道三極管具有放大作用,但如何去真正理解它卻是你以后會不會使用大部分電子電路和1C的關鍵。

我們一般所說的普通三極管是具有電流放大作用的器件。其它的三極管也都是在這個原理基礎上功能延伸。三極管的符號如下圖左邊,我們就以NPN型三極管為例來說說它的工作原理。由于三極管是由二極管演化而來的,所以大家記住PN結永遠都是P指向N的,這樣PNP還是XPN—下就很清楚了。

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它就是一個以b(基極)電流lb來驅動流過CE的電流Ic的器件,它的工作原理很像一個可控制的閥門。

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左邊細管子里藍色的小水流沖動杠桿使大水管的閥門開大,就可允許較大紅色的水流通過這個閥門。當藍色水流越大,也就使大管中紅色的水流更大。如果放大倍數是100,那么當藍色小水流為1千克/小時,那么就允許大管子流過100千克/小時的水。三極管的原理也跟這個一樣,放大倍數為100時,當lb(基極電流)為1M時,就允許100mA的電流通過Ice。我這么說大家能理解嗎?

這個原理大家可能也都知道,但是把它用在電路里的狀況能理解,那單片機的運用就少了一大障礙了。常用的連接如下圖。

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我們來分析一下這個電路,如果它的放大倍數是100,基極電壓我們不計?;鶚O電流就是10V+10K=lmA,集電極電流就應該是100mA。根據歐姆定律,這樣Rc上的電壓就是0.1AX50〇=5V。那么剩下的5V就吃在了三極管的C、E極上了。好!現在我們假如讓Rb為1K,那么基極電流就是10V+lK=10mA,這樣按照放大倍數100算,Ic就是不是就為1000mA也就是1A了呢?假如真的為1安,那么Rc上的電壓為1AX50Q=50V。???50V!都超過電源電壓了,三極管都成發電機了嗎?其實不是這樣的。見下圖:

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我們還是用水管內流水來比喻電流,當這個控制電流為10mA時使主水管上的閥開大到能流過1A的電流,但是不是就能有1A的電流流過呢?不是的,因為上面還有個電阻,它就相當于是個固定開度的閥門,它串在這個主水管的上面,當下面那個可控制的閥開度到大于上面那個固定電阻的開度時,水流就不會再增大而是等于通過上面那個固定閥開度的水流了,因此,下面的三極管再開大開度也沒有用了。因此我們可以計算出那個固定電阻的max電流10V+50Q=0.2A也就是200mA。就是說在電路中三極管基極電流增大集電極的電流也增大,當基極電流lb增大到2mA時,集電極電流就增大到了200mA。當基極電流再增大時,集電極電流己不會再增大,就在200mA不動了。此時上面那個電阻也就是起限流作用了。

共發射極電路NPN管,ib變大時,實質上是給基區注入空穴,如果是這樣的話,注入的空穴將會中和更多發射極過來的電子,理論上ic便會變得更小才對啊,為什么ic還會以相應倍數P放大呢?

圖中所畫的是三極管內部電流流向【NPN型管,箭頭指向代表電流方向】,現在基極電流增大到2,說明在基區有更多的電子被基區空穴所復合,按理來說,集電極電流應該減少啊【因為有更多的電子在基區被復合,流到集電區的電子就少了】,但是現實情況卻是集電極電流被放大到了6。顯而易見,我在增大基極電流的同時,發射極電流也在增大,并且基極電流增大一倍,發射極電流也增大一倍,這是為什么?

換句話說,我增大基極電流一倍,則從發射區到達基區的電子將會被多出一倍的空穴所復合,但是,又是什么原因使得此時此刻發射極發射出了比原來多出一倍的電子,比如右圖比原來【左圖】多出了1個單位的電子被基區空穴復合,但同時,發射區卻多射出了4個單位的電子。我人為的增加了1個單位的基極電流,而發射極卻多射出了4個單位的電子,增加了4單位的電流,why?

不要用公式ie=ib-ic=(1+3)ib說明,請從三極管內部載流子的微觀運動情況加以分析說明,

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答案

1)發射區向基區發射電子

由于發射結處于正向偏置,多說載流子的擴散運動加強,發射區的多說載流子(電子)向基區擴散(稱為發射),同樣基區的多數載流子(空穴)也向發射區擴散,但由于發射區的電子濃度遠遠高于基區的空穴濃度,兩者比較可忽略基區空穴向發射區的擴散。由于兩個電源Eb和Ec的負極接在發射極,所以發射區向基區發射區向基區的電子都可以從電源得到補充,這樣就形成了發射極電流了。

2)電子在基區的擴散與復合

從發射區發射到基區的電子到達基區后,由于靠近發射結附近的電子濃度高于靠近集電結附近的電子濃度,所以這些電子會向集電結附近繼續擴散。在擴散的過程中,有小部分電子會與基區的空穴復合,由于電源Eb的正極與基極相連,這些復合掉的空穴均可由Eb補充,因而形成了基極電流lb。因基區做的很薄,電子在擴散過程中通過基區的時間很短,加上基區的空穴濃度很低,所以從發射區發射到基區的電子在基區繼續向集電結附近擴散的過程中,與基區空穴復合的機會很少,因而基電極的電流很小,大部分電子都能通過基區而到達集電結附近,所以集電極電流很大。

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