三極管的基本原理
三極管和MOS管都可以作為電子開關使用,三極管屬于電流控制元器件,跟MOS管不同,MOS管屬于電壓控制元器件。
三極管有兩種類型,NPN型和PNP型,其結構示意圖如下圖所示。可以看出,三極管是由兩個PN結經過特殊的工藝技術處理形成的。三極管有三個極:基極、集電極和發射極,基極用字母b表示,集電極用字母c表示,發射極用字母e表示。
三極管正常工作時有三個區間:截止區、放大區和飽和區。
截止區:Ube<死區電壓,死區電壓一般為。0.3V~0.6V左右,具體跟三極管的特性有關,每個三極管型號都會有自己的死區電壓,具體可查三極管型號的datasheet,會有相應的說明。此區間基極電流Ib=0。
放大區:放大區的主要特點是發射結正偏,集電結反偏,Ic=βIb,β為三極管的放大倍數。
飽和區:此區間發射結正偏,集電結正偏,注意:和放大區有所不同。Uce<Ube,βib>ic,Uce≈0.3V。
三極管如何實現電子開關功能
了解了三極管的基本原理之后,那么,三極管是怎么實現電子開關功能的呢?
電子開關主要控制三極管處于兩個工作區間:飽和區和截止區,
三極管飽和-----實現電子開關的“開”功能
三極管截止-----實現電子開關的“關”功能
當然,三極管處于非飽和區間的放大區,三極管也處于導通狀態,也可以實現三極管的開狀態,只是此時的電流并未達到三極管的最大電流,內阻比較大,對于負載電流較小時,也可以在此區間實現電子開關的“開”功能。一般我們使用三極管當電子開關時,為了能夠使三極管達到最大輸出電流,一般都會設計將三極管處于飽和區間。
舉例說明:
下面三極管控制燈泡為例,通過處理器(比如單片機、DSP、ARM、FPGA等)的I/O口控制小燈泡,NPN和PNP三極管的接法有些不同,NPN型三極管當下管使用,控制燈泡的負極;PNP型三極管當上管使用,控制燈泡的正極。(為什么NPN型三極管當下管使用,而PNP型三極管當上管使用?在本人另一篇文章當中當中有詳細說明)
具體原理如下圖所示。
NPN型三極管原理實現過程:當I/O口輸入低電平時,由于Ube<死區電壓,Ib=0,三極管處于截止狀態,所以燈泡不亮;當I/O口輸入高電平(3.3V或5V等)時,三極管導通,燈泡燃亮。根據I/O口的高電平狀態,選擇合適的基極電阻R1,使三極管處于飽和狀態,計算方法為:R1≈(U-Ube)*β/Ic,其中U為I/O口輸入電壓,β為三極管放大倍數,Ic為三極管最大集電極電流,Ube為基極與發射極之間的壓差,一般為0.4V~0.6V左右。
R2為下拉電阻,阻值選擇大一些,至少應比R1大一個數量級,這樣在計算R1阻值時,可以忽略R2的存在,若R1與R2電阻大小相當時,需要考慮分流情況。此時,R1的電流IR1=Ib+Ube/R2,所以R1=(U-Ube)/IR1=(U-Ube)/(Ib+Ube/R2)。計算較復雜。
PNP型三極管原理實現過程與NPN型三極管類似,PNP型三極管控制燈泡的正極,具體過程:當I/O口輸入高電平(VCC)時,UBE無壓差,Ib=0,三極管處于截止狀態,所以燈泡不亮;當I/O口輸入低電平時,三極管處于導通狀態,燈泡燃亮。
〈烜芯微/XXW〉專業制造二極管,三極管,MOS管,橋堆等,20年,工廠直銷省20%,上萬家電路電器生產企業選用,專業的工程師幫您穩定好每一批產品,如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以直接聯系下方的聯系號碼或加QQ/微信,由我們的銷售經理給您精準的報價以及產品介紹
聯系號碼:18923864027(同微信)
QQ:709211280