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PNP型三极管基础知识解析
云汉芯城 | 2019-06-12 13:42:51    阅读:43   发布文章

PNP型三极管,是由2块P型半导体中间夹着1块N型半导体所组成的三极管,所以称为PNP型三极管。也可以描述成,电流从发射极E流入的三极管。

PNP型三极管发射极电位最高,集电极电位最低,UBE<0.

三极管按结构分,可分为NPN型三极管和PNP型三极管。

下图PNP型三极管。

三极管导通时IE=(放大倍数+1)*IB和ICB没有关系,ICB=0 ICB>0时,可能三极管就有问题,所以三极管在正常工作时,不管是工作在放大区还是饱和区ICB=0

当UEB>0.7V(硅)(锗0.2V),RC/RB<放大倍数时,三极管工作在饱和区,反之就工作在放大区。

PNP型三极管与NPN型三极管区别

2个PN结的方向不一致。

PNP是共阴极,即两个PN结的N结相连做为基极,另两个P结分别做集电极和发射极;电路图里标示为箭头朝内的三极管。

NPN则相反

工作原理:

晶体三极管按材料分有两种:锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式,但使用最多的是硅NPN和PNP两种三极管,两者除了电源极性不同外,其工作原理都是相同的,下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。

对于NPN管,它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成,发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。

当b点电位高于e点电位零点几伏时,发射结处于正偏状态,而C点电位高于b点电位几伏时,集电结处于反偏状态,集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。

在制造三极管时,有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的,同时基区做得很薄,而且,要严格控制杂质含量,这样,一旦接通电源后,由于发射结正偏,发射区的多数载流子(电子)基极区的多数载流子(空穴)很容易地越过发射结互相向对方扩散,但因前者的浓度基大于后者,所以通过发射结的电流基本上是电子流,这股电子流称为发射极电流Ie。

由于基区很薄,加上集电结的反偏,注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic,只剩下很少(1-10%)的电子在基区的空穴进行复合,被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给,从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得:

Ie=Ib+Ic

这就是说,在基极补充一个很小的Ib,就可以在集电极上得到一个较大的Ic,这就是所谓电流放大作用,Ic与Ib是维持一定的比例关系,即:

β1=Ic/Ib

式中:β1--称为直流放大倍数,

集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为:

β= △Ic/△Ib

式中β--称为交流电流放大倍数,由于低频时β1和β的数值相差不大,所以有时为了方便起见,对两者不作严格区分,β值约为几十至一百多。

同理,PNP三极管则主要是形成空穴电流,其余原理基本相近。

三极管是一种电流放大器件,但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用,通过电阻转变为电压放大作用。

pnp型的三极管使用方法

三极管在我们数字电路和模拟电路中都有大量的应用,在我们开发板上也用了多个三极管。在我们板子上的 LED 小灯部分,就有这个三极管的应用了,图 3-5 的 LED 电路中的 Q16就是一个 PNP 型的三极管。

图 3-5 LED 电路

三极管的初步认识三极管是一种很常用的控制和驱动器件,常用的三极管根据材料分有硅管和锗管两种,原理相同,压降略有不同,硅管用的较普遍,而锗管应用较少,本课程就用硅管的参数来进行讲解。三极管有 2 种类型,分别是 PNP 型和 NPN 型。先来认识一下,如图 3-6。

图 3-6 三极管示意图

三极管一共有 3 个极,从图 3-6 来看,横向左侧的引脚叫做基极(base),中间有一个箭头,一头连接基极,另外一头连接的是发射极 e(emitter),那剩下的一个引脚就是集电极 c(collector)了。这是必须要记住的内容,死记硬背即可,后边慢慢用的多了,每次死记硬背一次,多次以后就会深入脑海了。

三极管的原理三极管有截止、放大、饱和三种工作状态。放大状态主要应用于模拟电路中,且用法和计算方法也比较复杂,我们暂时用不到。而数字电路主要使用的是三极管的开关特性,只用到了截止与饱和两种状态,所以我们也只来讲解这两种用法。三极管的类型和用法我给大家总结了一句口诀,大家要把这句口诀记牢了:箭头朝内 PNP,导通电压顺箭头过,电压导通,电流控制。下面我们一句一句来解析口诀。大家可以看图 3-6,三极管有 2 种类型,箭头朝内就是PNP,那箭头朝外的自然就是 NPN 了,在实际应用中,要根据实际电路的需求来选择到底用哪种类型,大家多用几次也就会了,很简单。三极管的用法特点,关键点在于 b 极(基极)和 e 级(发射极)之间的电压情况,对于PNP 而言,e 极电压只要高于 b 级 0.7V 以上,这个三极管 e 级和 c 级之间就可以顺利导通。也就是说,控制端在 b 和 e 之间,被控制端是 e 和 c 之间。同理,NPN 型三极管的导通电压是 b 极比 e 极高 0.7V,总之是箭头的始端比末端高 0.7V 就可以导通三极管的 e 极和 c 极。这就是关于“导通电压顺箭头过,电压导通”的解释,我们来看图 3-7。

图 3-7 三极管的用法

我们以图 3-7 为例介绍一下。三极管基极通过一个 10K 的电阻接到了单片机的一个 IO口上,假定是 P1.0,发射极直接接到 5V 的电源上,集电极接了一个 LED 小灯,并且串联了一个 1K 的限流电阻最终接到了电源负极 GND 上。如果 P1.0 由我们的程序给一个高电平 1,那么基极 b 和发射极 e 都是 5V,也就是说 e到 b 不会产生一个 0.7V 的压降,这个时候,发射极和集电极也就不会导通,那么竖着看这个电路在三极管处是断开的,没有电流通过,LED2 小灯也就不会亮。如果程序给 P1.0 一个低电平 0,这时 e 极还是 5V,于是 e 和 b 之间产生了压差,三极管 e 和 b 之间也就导通了,三极管 e 和 b 之间大概有 0.7V 的压降,那还有(5-0.7)V 的电压会在电阻 R47 上。

这个时候,e 和 c 之间也会导通了,那么 LED 小灯本身有 2V 的压降,三极管本身 e 和 c 之间大概有 0.2V的压降,我们忽略不计。那么在 R41 上就会有大概 3V 的压降,可以计算出来,这条支路的电流大概是 3mA,可以成功点亮 LED。最后一个概念,电流控制。前边讲过,三极管有截止,放大,饱和三个状态,截止就不用说了,只要 e 和 b 之间不导通即可。我们要让这个三极管处于饱和状态,就是我们所谓的开关特性,必须要满足一个条件。三极管都有一个放大倍数β,要想处于饱和状态,b 极电流就必须大于 e 和 c 之间电流值除以β。这个β,对于常用的三极管大概可以认为是 100。

那么上边的 R47 的阻值我们必须要来计算一下了。刚才我们算过了,e 和 c 之间的电流是 3mA,那么 b 极电流最小就是 3mA 除以 100 等于30uA,大概有 4.3V 电压会落在基极电阻上,那么基极电阻最大值就是 4.3V/30uA = 143K。电阻值只要比这个值小就可以,当然也不能太小,太小会导致单片机的 IO 口电流过大烧坏三极管或者单片机,STC89C52 的 IO 口输入电流最大理论值是 25mA,我推荐不要超过 6mA,我们用电压和电流算一下,就可以算出来最小电阻值,我们图 3-7 取的是经验值。

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