一文讀懂三極管的工作原理和應用
作為一種應用廣泛的雙極性晶體管器件,三極管是一種具有放大功能的半導體器件,比較常見的三極管由三層半導體材料組成。雙極性晶體管能夠放大信號并具有較好的功率控制、高速工作以及耐久能力,在電機、LED驅動器、音頻等電路中應用。
1、三極管的工作原理
要想明白三極管如何工作,首先得懂得三極管的組成結構。三極管有三個極,基極、集電極、發(fā)射極,發(fā)射區(qū)和集電區(qū)是由重摻雜的半導體材料制成,而基區(qū)則是輕摻雜的。
三極管工作原理是基于半導體材料的PN結特性和電荷控制原理,通過控制基極電流,可以實現(xiàn)對集電極和發(fā)射極之間電流的放大和開關控制。
三極管的基區(qū)復合空穴主要是由基極提供,基極是用于激活晶體管,集電極也就是三極管的正極,收集電荷,發(fā)射極是三極管的負極,發(fā)射電荷載流子。發(fā)射區(qū)和集電區(qū)與基區(qū)之間通過PN結相連。在PNP型中,發(fā)射區(qū)和集電區(qū)是P型半導體,而基區(qū)是N型半導體。電流從集電區(qū)流向發(fā)射區(qū)。
2、三極管的應用
三極管的不同工作狀態(tài)可以作不同用途。例如,三極管工作在線性放大區(qū),可以用于設計線性穩(wěn)壓器,工作在截止區(qū)和飽和區(qū),可以用來作開關電源中的開關。三極管在放大器、振蕩器、開關電路、邏輯門電路等應用,在音響、電話、揚聲器、LED驅動電路等場景使用。
放大作用
當在基極和發(fā)射極之間加上一個小的輸入信號(電壓或電流)時,由于基區(qū)很薄且摻雜濃度低,基區(qū)中的電荷會迅速改變。這些電荷的變化會影響集電區(qū)和發(fā)射區(qū)之間的電流,從而在集電極和發(fā)射極之間產(chǎn)生一個放大了的輸出信號。
開關作用
當基極電流為零時,三極管處于截止狀態(tài),集電極和發(fā)射極之間幾乎沒有電流流過。當基極電流增加到一定程度時,三極管進入飽和狀態(tài),集電極和發(fā)射極之間的電流達到最大值。通過控制基極電流,可以使三極管在截止和飽和狀態(tài)之間切換,從而起到開關的作用。
NPN三極管的電流是往管子內(nèi)流,即基極和集電極電流流向發(fā)射極,NPN管子,Uc > Ub > Ue 即此時發(fā)射極電位最低,集電極電位最高。
以合科泰生產(chǎn)的兩款NPN三極管S8050和S9013為例,它們具有各自的特性和應用場景。
合科泰生產(chǎn)的這款NPN三極管S8050具備高頻放大能力,在電話和音響中廣泛應用。它集電極基極能承受最大電壓40V,發(fā)射極基極承受最大電壓5V,最大放大倍數(shù)達400,耗散功率0.3W。
(S9013LED驅動電路中的應用)
合科泰生產(chǎn)的另一款NPN三極管S9013是一款中功率三極管,具有強大的放大能力,在音響中廣泛應用。它集電極基極能承受最大電壓40V,發(fā)射極基極承受最大電壓5V,最大集電極電壓0.5A,最大放大倍數(shù)達400,耗散功率0.3W。
S8050和S9013三極管的區(qū)別是,一個是高頻三極管,一個是低頻三極管,客戶可以根據(jù)自己的使用場景選擇合適的管子。
