要玩转单片机,先得搞清楚这些三极管知识!

出处:面包板 发布于:2019-11-27 15:48:24 | 102 次阅读

  实际上,只要你了解了三极管的特性对你使用单片机就顺手很多了。大家其实也都知道三极管具有放大作用,但如何去真正理解它却是你以后会不会使用大部分电子电路和IC的关键。
  我们一般所说的普通三极管是具有电流放大作用的器件。其它的三极管也都是在这个原理基础上功能延伸。三极管的符号如下图左边,我们就以NPN型三极管为例来说说它的工作原理。由于三极管是由二极管演化而来的,所以大家记住PN结永远都是P指向N的,这样PNP还是NPN—下就很清楚了。


  它就是一个以b(基极)电流lb来驱动流过CE的电流Ic的器件,它的工作原理很像一个可控制的阀门。


  

左边细管子里蓝色的小水流冲动杠杆使大水管的阀门开大,就可允许较大红色的水流通过这个阀门。当蓝色水流越大,也就使大管中红色的水流更大。如果放大倍数是100,那么当蓝色小水流为1千克/小时,那么就允许大管子流过100千克/小时的水。三极管的原理也跟这个一样,放大倍数为100时,当lb(基极电流)为1M时,就允许100mA的电流通过Ice。我这么说大家能理解吗?
  这个原理大家可能也都知道,但是把它用在电路里的状况能理解,那单片机的运用就少了一大障碍了。最常用的连接如下图。


  我们来分析一下这个电路,如果它的放大倍数是100,基极电压我们不计。基极电流就是10V+10K=lmA,集电极电流就应该是100mA。根据欧姆定律,这样Rc上的电压就是0.1AX50〇=5V。那么剩下的5V就吃在了三极管的C、E极上了。好!现在我们假如让Rb为1K,那么基极电流就是10V+lK=10mA,这样按照放大倍数100算,Ic就是不是就为1000mA也就是1A了呢?假如真的为1安,那么Rc上的电压为1AX50Q=50V。啊?50V!都超过电源电压了,三极管都成发电机了吗?其实不是这样的。见下图:


  我们还是用水管内流水来比喻电流,当这个控制电流为10mA时使主水管上的阀开大到能流过1A的电流,但是不是就能有1A的电流流过呢?不是的,因为上面还有个电阻,它就相当于是个固定开度的阀门,它串在这个主水管的上面,当下面那个可控制的阀开度到大于上面那个固定电阻的开度时,水流就不会再增大而是等于通过上面那个固定阀开度的水流了,因此,下面的三极管再开大开度也没有用了。因此我们可以计算出那个固定电阻的最大电流10V+50Q=0.2A也就是200mA。就是说在电路中三极管基极电流增大集电极的电流也增大,当基极电流lb增大到2mA时,集电极电流就增大到了200mA。当基极电流再增大时,集电极电流己不会再增大,就在200mA不动了。此时上面那个电阻也就是起限流作用了。
  共发射极电路NPN管,ib变大时,实质上是给基区注入空穴,如果是这样的话,注入的空穴将会中和更多发射极过来的电子,理论上ic便会变得更小才对啊,为什么ic还会以相应倍数P放大呢?
  图中所画的是三极管内部电流流向【NPN型管,箭头指向代表电流方向】,现在基极电流增大到2,说明在基区有更多的电子被基区空穴所复合,按理来说,集电极电流应该减少啊【因为有更多的电子在基区被复合,流到集电区的电子就少了】,但是现实情况却是集电极电流被放大到了6。显而易见,我在增大基极电流的同时,发射极电流也在增大,并且基极电流增大一倍,发射极电流也增大一倍,这是为什么?
  换句话说,我增大基极电流一倍,则从发射区到达基区的电子将会被多出一倍的空穴所复合,但是,又是什么原因使得此时此刻发射极发射出了比原来多出一倍的电子,比如右图比原来【左图】多出了1个单位的电子被基区空穴复合,但同时,发射区却多射出了4个单位的电子。我人为的增加了1个单位的基极电流,而发射极却多射出了4个单位的电子,增加了4单位的电流,why?
  不要用公式ie=ib-ic=(1+3)ib说明,请从三极管内部载流子的微观运动情况加以分析说明,答案


  1、发射区向基区发射电子
  由于发射结处于正向偏置,多数载流子的扩散运动加强,发射区的多数载流子(电子)向基区扩散(称为发射),同样基区的多数载流子(空穴)也向发射区扩散,但由于发射区的电子浓度远远高于基区的空穴浓度,两者比较可忽略基区空穴向发射区的扩散。由于两个电源Eb和Ec的负极接在发射极,所以发射区向基区发射区向基区的电子都可以从电源得到补充,这样就形成了发射极电流le.
  2、电子在基区的扩散与复合
  从发射区发射到基区的电子到达基区后,由于靠近发射结附近的电子浓度高于靠近集电结附近的电子浓度,所以这些电子会向集电结附近继续扩散。在扩散的过程中,有小部分电子会与基区的空穴复合,由于电源Eb的正极与基极相连,这些复合掉的空穴均可由Eb补充,因而形成了基极电流lb。因基区做的很薄,电子在扩散过程中通过基区的时间很短,加上基区的空穴浓度很低,所以从发射区发射到基区的电子在基区继续向集电结附近扩散的过程中,与基区空穴复合的机会很少,因而基电极的电流很小,大部分电子都能通过基区而到达集电结附近,所以集电极电流很大。

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关键词:单片机三极管

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