1、什么是三极管?

三极管有三个引脚(这不是废话吗),分别是基极(Base)、集电极(Collector)和发射极(Emitter)。
三极管是电子电路中最重要的器件,它最主要的功能是电流放大和开关作用,它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号,当然这种转换仍然遵循能量守恒,它只是把电源的能量转换成信号的能量。
是一种能量放大器件,小能量控制大能量

1.1晶体管是不是就是三极管?

晶体管是指用硅和锗材料做成的半导体元器件,研制人员在为这种器件命名时,想到它的电阻变换特性,于是取名为trans-resister(转换电阻),后来缩写为transistor,中文译名就是晶体管。
严格意义上讲,晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件,包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应管、可控硅等。因此,三极管是晶体管的一种。

1.1.1场效应管是啥?

场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。主要有两种类型:结型场效应管(junction FET—JFET)和金属 - 氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor FET,简称MOS-FET)。
场效应管分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS管)两大类。

1.1.2可控硅是啥?

可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 简称SCR,是一种大功率电器元件,也称晶闸管。

1.2原理

NPN型晶体管
当控制端有电流输入的时候,就会有电流从输入端进入并从输出端流出。
三极管 - 图1
而PNP管正好相反,当有电流从控制端流出时,就会有电流从输入端流到输出端。
三极管 - 图2

1.3三种状态

饱和区、放大区和截止区
三极管 - 图3

其中截止和饱和状态通常应用在数字电路中,起到开关的作用。而放大状态则通常用在模拟电路中,起到对小信号的放大作用。

1.3.1截止状态

这应该是比较好理解的,当三极管的发射结反偏,集电结反偏时,三极管就会进入截止状态。
三极管 - 图4

1.3.2放大状态

三极管发射结正偏,集电结反偏。
在放大状态下,三极管就相当于是一个受控制的水龙头,水龙头流出水流的大小受开关(基极)控制,开关拧大一点,流出的水就会大一点。
也就是放大状态下,基极的电流大一点,集电极的电流也会跟着变大!并且ic与ib存在一定比例关系,ic = β ib,β是直流电流放大系数,表示三极管放大能力的大小。

三极管 - 图5

1.3.3饱和状态

三极管发射结正偏,集电结正偏时,三极管工作在饱和状态。
三极管 - 图6

1.4等效电路

三极管 - 图7

2、符号

三极管 - 图8
把基极B视为控制端,集电极C视为输入端,发射极E视为输出端。这里输入输出是指电流流动的方向。

2.1封装

三极管 - 图9

3、参数

三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时,在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流,即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化,并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化,这就是三极管的放大作用。

4、分类

5、选取

6、电路应用

6.1放大电路

设计一个无偏执电压的三极管放大电路,最关键的就是找三极管的静态工作点,包括基极电流Ib和Vce。
要使三极管始终工作在放大状态,最简单的方法就是看Vce。(看数据手册)
三极管 - 图10
Vce一般取Vcc的一半。然后看图,先选Ib,再确定Ic,然后就可以根据一些电路的分析定律,得到Rb和Rc的阻值。
对于输入和输出的电容选取,根须f=1/RC(滤波嘛,高通滤波),高于这个频率才行。
三极管 - 图11
设计一个有偏置电压的三极管放大电路。

6.2开关电路

三极管不仅可以对模拟信号放大,也可作为控制开关使用,作为开关使用的三极管处于截止与饱和状态。

6.3在数字电路中的应用

6.3.1反相器

NPN与PNP的反相器连接方式是不一样的。
三极管 - 图12

6.3.2电平转换

输入3.3V,输出5V。
使用两个三极管,两次反向。
三极管 - 图13

6.3.3电子开关

电子开关电路,可以直接接负载的那种。
三极管 - 图14

7、好玩的想法

7.1三极管和MOS管对比

三极管 - 图15
这个触摸灯电路如下,图的右下角也说明了这个电路操作过程,如果用手同时触摸MOS管的G极(栅极)和电源正极,那么LED灯就会发光,即使手松开灯也继续亮,至于为什么会这样?
可以简单理解为:当G极电位升高后,会在D极(漏极)和S极(源极)之间形成一个导电沟道,这个沟道就相当于一根导线,因此线路导通了。

三极管 - 图16
如果用手同时触摸G极和电源负极,那么这个LED灯就会熄灭,之所以会这样,那是因为这个沟道夹断了,理解起来刚好和导通时相反。
那如果把MOS管换成三极管现象还是这样吗?更换的原理图就是下图中右面那个电路,实际上换成三极管,同时触摸三极管基极和电源正极(相当于MOS管的栅极和电源正极)这个LED灯也会亮,不过当手松开后这个LED灯会立马熄灭。
为什么和用MOS管现象不同呢?我们回忆一下三极管工作于放大状态时的条件:发射结正偏,集电结反偏。
如果用手同时触摸基极和电源正极,这两个条件都满足,所以三极管导通了,LED灯也亮了;如果此时送开手,集电结反偏仍然满足,但是发射结正偏已经不满足了,因此三极管会截止,对外表现就是这个LED灯会熄灭。
三极管 - 图17

7.1.2MOS管的优点:

  • MOS管是电压控制性器件,三极管是电流控制性器件,因此MOS管更节能;
  • MOS管只有多数载流子参与导电,三极管中多数载流子和少数载流子都参与导电,因此MOS管热稳定性更好;
  • MOS管灵活性比三极管好;
  • 在工艺上MOS管更易于集成;
  • MOS管导通时导通压降小(接近于0 V,而三极管工作于放大状态大于0.3 V);