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三极管的基本结构与开关功能
p40(7 分钟)、p41(7.1 分钟)
一句话
三极管简单说就是一个电子开关。
零基础阶段只把它当开关用。放大功能确实存在,但比较复杂,这里不展开。
结构
先回顾:P 型半导体 + N 型半导体 = PN 结 = 二极管。
N 型三极管:上 N、中 P、下 N → NPN,看成两个二极管背靠背P 型三极管:上 P、中 N、下 P → PNP,看成两个二极管面对面为什么两个二极管拼不出来
外部拿两个二极管背靠背或面对面接起来,没有三极管功能,必须是在芯片内部形成这种结构才算。我一开始也觉得接起来就能用,其实不行。
原因是三极管的基极区域做得极薄,两个独立二极管中间的 P 区或 N 区太厚,载流子过不去。能放大靠的是「薄」这个工艺,不是靠「结构像」。
三个电极
基极 B 控制端集电极 C 输出端发射极 E 公共端P 型、N 型三极管都有这三个电极,区别只是排列组合不同。
实物怎么认
外壳叫封装,可以理解成「芯片的衣服」。
同一个封装里可能是三极管,也可能是 MOS 管或其他芯片结构,不能看外形判断,要看芯片手册。
万用表验证
我拿一个 NPN 三极管量过:万用表打二极管档,红笔接中间极、黑笔接另一极,量到 0.6V 压降;换另一侧同样有二极管。
也就是说,中间极与旁边两极之间各有一个二极管(两个 PN 结)。这是三极管内部结构最直接的证据。
开关功能
为什么需要它
一个 LED,供电 5V,想控制亮灭。人用机械开关按下去 LED 亮、松开灭。
但电路要自动化就必然有主控芯片 MCU,而 MCU 没法「伸手按机械开关」,所以必须加一个电子开关。
用电信号控制的开关,就是三极管。
对应关系
机械开关的 A、B 两点 → 三极管的 C、E按下(短路) → 导通松开(断开) → 截止导通条件
B、E 之间流过 IB 电流 → C、E 导通(闭合),流过 IC 电流典型电路
5V ──[ LED ]──[ 限流电阻 ]── C │ NPN MCU ──[ 基极电阻 RB ]── B E │ GND工作过程:
MCU 输出高电平(5V 或 3.3V) → 经基极电阻 → 流过 BE → 产生 IB → CE 闭合 → 流过 IC → 驱动 LED实物演示
上电后控制线悬空不接,灯不亮;把基极电阻另一端接到 5V,灯立刻亮。
实际电路中那根控制线要接到主控芯片。
三极管开关和机械开关的区别
| 机械开关 | 三极管 | |
|---|---|---|
| 控制方式 | 人手 | 电信号 |
| 状态 | 只有开/关 | 多了一个「放大状态」 |
| 断开时的电阻 | 无穷大 | 有漏电 |
| 闭合时的压降 | 0(理想) | 0.3V 左右(饱和压降) |
「多了一个放大状态」是后面所有坑的根源:三极管可能「开了但没完全开」,这时候带大电流负载就会烧。
坑
- 两个二极管拼不出三极管,必须是芯片内部结构
- 不能看外形判断器件类型,要看手册
- 中间极和两侧各有 0.6~0.7V 压降,这是判断三极管、辨认引脚的基本方法
- 基极必须串电阻,直接加高电平会烧掉 BE 结
- 做开关时必须让它进饱和区,卡在放大状态会烧
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