02.21 淺談電子元件的核心——三極管

三極管是電子元件中最不可或缺的一種重要元器件,可以說,沒有三極管就沒有現代科技的發展。不管是收音機、電視機、手機還是電腦、無人機甚至是現在流行的人工智能等等都離不開這種“小東西”。三極管,對於電子愛好者或者電子工程師來說是必須要熟知、能運用自如的電子元件,對於三極管,我們初學者對它的學習就更有必要了,可以說能深入學好三極管,能靈活運用三極管就算你在電子之路上成功了三分之二了,可想而知它在電子電路中的重要程度了。

淺談電子元件的核心——三極管

學習三極管,我們要從實踐經驗結合書本才能學得透徹;三極管的的知識點比較多,所以我會保持我的一貫的作風,儘量用最通俗的語言來幫助大家理解它。

三極管的原理

三極管的結構原理其實和二極管的結構原理非常的接近,我們前面已經講過二極管的構造原理了,(有興趣的小夥伴可以進入我的頭條號查找)三極管只不過是比二極管多了一個PN結而已,我們知道單個PN結具有單向導電性,我們把兩個PN結相向結合在一起,它們就成了兩個理論上的二極管,但三極管多了一條引線,這條引線接在兩個PN結的中間極板上,我們叫它基極,其他的兩條引線我們叫它集電極和發射極。下圖示意為用模擬萬用表測量NPN型三極管的方法;此圖可以看出兩個二極管陽極串聯處即是基極,用字母B表示,集電極用字母C表示,發射極用字母E表示。

淺談電子元件的核心——三極管

通俗地講,三極管的工作原理也可以用水龍頭和水流來代替。我們把水龍頭接在水管的中間,在水管入口接入水流,此時如果不打開水龍頭的話,水管的另一側就不會有水流出,我們把水龍頭的閥門稍微打開一點點就會發現從水管的另一端流出了少量的水,此時流出的水從外表看起來不大,但它和你開啟水龍頭的角度成正比,往往流出水的力量會比你打開水龍頭用的力量稍大,我們繼續加大閥門的開啟角度,隨之而來的水流也就會加大,當出水口的水流和進水口水流一樣大的時候無論我們再怎麼加大水龍頭開啟的角度,出水口的水流永遠也不會繼續加大了,此時的情況可以表明水龍頭已經進入了飽和的狀態,我們繼續加大控制閥但它的水流也就只有這麼大了。我們用水龍頭閥門的角度來控制水流的過程就是三極管的放大過程,我們繼續加大控制閥的角度已經無法再繼續加大水流的時候也就是三極管的飽和狀態了。我們把水龍頭的控制旋鈕就比喻成三極管的基極,我們把入水口比喻為三極管的集電極,把出水口比喻成了發射極;這也就是三極管的管腳定義了。

淺談電子元件的核心——三極管

三極管按照材料分為兩種,硅材料和鍺材料。硅材料一般做成NPN型三極管而鍺材料一般做成PNP型三極管,由於早期硅材料加工工藝的缺乏導致早期的國產三極管大多用鍺材料,而鍺材料一般只能做成PNP型三極管,所以咱們以前的收音機裡普遍都是PNP三極管,電路為公共正極。所謂公共正極就是說PNP三極管的集電極為負極,發射機為正極,設計電路的時候為了能減小高頻干擾,我們普遍在覆銅板上採用大面積的電源公共端接地,因為三極管是機器的主要電子元件,所以會圍繞三極管來鋪設電源公共端,一般情況下公共端為發射極,而發射極必須接正電壓,所以致使大面積公共端都是正極,事實證明公共端接負極比接到正極更能有效的抑制再生震盪和高頻干擾,所以現在的電器都改為了公共負極接地。說了這麼多題外話,我們接著說另一種材料做的三極管:NPN型三極管,上面我們已經間接的闡述了PNP三極管的特性,NPN則和PNP剛好相反,NPN型的三極管集電極必須接入正電壓,發射極則是負極電壓,它們的控制端子也就是基極B也是相反的,PNP的基極需要接入負電壓,而NPN的基極則是正電壓。

三極管無論是什麼型的都只有三個電極,基極B、集電極C和發射極E。它們都有放大作用和開關作用,基極的作用就是控制,它用小的電流來控制著集電極和發射極的大電流,就像是繼電器那樣,用小電源控制大電源一樣,基極的電流大小還決定著集電極和發射極是否飽和導通,使三極管工作在開關狀態。它們的集電極和發射極都可以是輸出端,但集電極輸出的電流要遠大於發射極輸出的電流。


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