為什麼PNP三極管集電極(C)和發射極(E)反着接,卻可以當開關使用?
理解NPN和PNP兩種類型的三極管原理及電流方向就會明白為什麼PNP三極管的集電極和發射極反着接當開關使用。
NPN和PNP三極管的基本原理及差異三極管屬於電流控制元件,小電流控制大電流。三極管共有三個極:基極、集電極和發射極,根據兩個PN結的構造不同,三極管分為NPN型和PNP型,雖然兩種類型的三極管都有截止區、放大區和飽和區,但是它們控制方式、導通條件及電流方向是不同的。
一、NPN三極管:
NPN型三極管工作時的電流方向為:基極(B)流向發射極(E),集電極(C)流向發射極(E),Ic=βIb,Ie=(β 1)Ib,其中β為三極管的放大倍數。
截止區:Ube<0.6V,基極電流Ib=0,所以Ic=0,三極管內阻很大,相當於開路(假設0.6V為三極管的開啓電壓);
放大區:滿足公式Ic=βIb,Ie=(β 1)Ib,小電流驅動大電流,基極電流越大集電極電流就越大;
飽和區:Ic電流達到飽和(趨於穩定),不隨Ib的電流增大而增大。
二、PNP三極管:
PNP型三極管工作時的電流方向為:發射極(E)流向基極(B),發射極(E)流向集電極(C),Ic=βIb,Ie=(β 1)Ib,其中β為三極管的放大倍數。
截止區:Ube>-0.6V,即Ueb<0.6V,由於其電流方向正好跟NPN三極管相反,所以當三極管有電流時發射極的電位比基極的電位高(頭條@技術閒聊)。此區間基極電流Ib=0,所以Ic=0,三極管內阻很大,相當於開路;
放大區:滿足公式Ic=βIb,Ie=(β 1)Ib,小電流驅動大電流,基極電流越大集電極電流就越大;
飽和區:Ic電流達到飽和(趨於穩定),不隨Ib的電流增大而增大。
三、NPN和PNP三極管的差異:
從其原理可以看出,NPN和PNP三極管的功能基本相同,唯一的區別是它們的電流方向正好相反。NPN三極管基極的電流方向為從基極流向發射極,而PNP三極管正好相反,電流從發射極流出基極;NPN三極管主迴路電流方向從集電極流向發射極,而PNP三極管電流從發射極流向集電極。
實例説明為了讓你們理解更透徹,分別用實例説明,如下圖為分別使用NPN和PNP三極管當電子開關控制LED燈的原理。因為電源的電流都是從正極流向負極( 5V→GND),所以根據三極管的電流方向,PNP三極管的集電極和發射極對比NPN三極管是反接的。
其工作原理(假設三極管的開啓電壓為0.6V):
1、NPN三極管(上圖左),當輸入電壓小於0.6V時,三極管截止,LED燈不亮;當輸入電壓大於0.6V時,三極管基極有電流,三極管導通,LED點亮,三極管集電極的電流受基極電流限制,而基極電流的計算方法Ib=(輸入電壓-0.6)/R1,改變輸入電壓或R1的阻值都可以改變基極電流,從而控制負載的電流。
2、PNP三極管(上圖右),當輸入電壓大於4.4V時,三極管截止,LED燈不亮;當輸入電壓小於4.4V時,三極管基極有電流,三極管導通,LED點亮,三極管集電極的電流受基極電流限制,而基極電流的計算方法Ib=(5V-輸入電壓)/R1,改變輸入電壓或R1的阻值都可以改變基極電流,從而控制負載的電流。
正因為NPN和PNP型三極管的電流方向正好相反,因此很多場合經常使用NPN和PNP組成對管搭配使用,比如下圖的使用NPN和PNP三極管組成的H橋電路,在控制電機正反轉時經常用到。
總結:三極管是很常用的半導體元器件,對它們的原理一定要非常瞭解,理解三極管的用法及用途,熟悉它們之間的差異,在電路設計中才會得心應手。