單片機設(shè)計需了解的三極管特性

實際上，只要你了解了三極管的特性對你使用單片機就順手很多了。大家其實也都知道三極管具有放大作用，但如何去真正理解它卻是你以后會不會使用大部分電子電路和IC的關(guān)鍵。

我們一般所說的普通三極管是具有電流放大作用的器件。其它的三極管也都是在這個原理基礎(chǔ)上功能延伸。三極管的符號如下圖左邊，我們就以NPN型三極管為例來說說它的工作原理。由于三極管是由二極管演化而來的，所以大家記住PN結(jié)永遠(yuǎn)都是P指向N的，這樣PNP還是NPN—下就很清楚了。

它就是一個以b(基極)電流lb來驅(qū)動流過CE的電流Ic的器件，它的工作原理很像一個可控制的閥門。

左邊細(xì)管子里藍(lán)色的小水流沖動杠桿使大水管的閥門開大，就可允許較大紅色的水流通過這個閥門。當(dāng)藍(lán)色水流越大，也就使大管中紅色的水流更大。如果放大倍數(shù)是100,那么當(dāng)藍(lán)色小水流為1千克/小時，那么就允許大管子流過100千克/小時的水。三極管的原理也跟這個一樣，放大倍數(shù)為100時，當(dāng)lb(基極電流)為1M時，就允許100mA的電流通過Ice。我這么說大家能理解嗎?

這個原理大家可能也都知道，但是把它用在電路里的狀況能理解，那單片機的運用就少了一大障礙了。常用的連接如下圖。

我們來分析一下這個電路，如果它的放大倍數(shù)是100,基極電壓我們不計?；鶚O電流就是10V 10K=lmA，集電極電流就應(yīng)該是100mA。根據(jù)歐姆定律，這樣Rc上的電壓就是0.1AX50〇=5V。那么剩下的5V就吃在了三極管的C、E極上了。好!現(xiàn)在我們假如讓Rb為1K，那么基極電流就是10V lK=10mA，這樣按照放大倍數(shù)100算，Ic就是不是就為1000mA也就是1A了呢?假如真的為1安，那么Rc上的電壓為1AX50Q=50V。啊?50V!都超過電源電壓了，三極管都成發(fā)電機了嗎?其實不是這樣的。見下圖：

我們還是用水管內(nèi)流水來比喻電流，當(dāng)這個控制電流為10mA時使主水管上的閥開大到能流過1A的電流，但是不是就能有1A的電流流過呢?不是的，因為上面還有個電阻，它就相當(dāng)于是個固定開度的閥門，它串在這個主水管的上面，當(dāng)下面那個可控制的閥開度到大于上面那個固定電阻的開度時，水流就不會再增大而是等于通過上面那個固定閥開度的水流了，因此，下面的三極管再開大開度也沒有用了。因此我們可以計算出那個固定電阻的電流10V 50Q=0.2A也就是200mA。就是說在電路中三極管基極電流增大集電極的電流也增大，當(dāng)基極電流lb增大到2mA時，集電極電流就增大到了200mA。當(dāng)基極電流再增大時，集電極電流己不會再增大，就在200mA不動了。此時上面那個電阻也就是起限流作用了。

共發(fā)射極電路NPN管，ib變大時，實質(zhì)上是給基區(qū)注入空穴，如果是這樣的話，注入的空穴將會中和更多發(fā)射極過來的電子，理論上ic便會變得更小才對啊，為什么ic還會以相應(yīng)倍數(shù)P放大呢?

圖中所畫的是三極管內(nèi)部電流流向【NPN型管，箭頭指向代表電流方向】，現(xiàn)在基極電流增大到2,說明在基區(qū)有更多的電子被基區(qū)空穴所復(fù)合，按理來說，集電極電流應(yīng)該減少啊【因為有更多的電子在基區(qū)被復(fù)合，流到集電區(qū)的電子就少了】，但是現(xiàn)實情況卻是集電極電流被放大到了6。顯而易見，我在增大基極電流的同時，發(fā)射極電流也在增大，并且基極電流增大一倍，發(fā)射極電流也增大一倍，這是為什么?

換句話說，我增大基極電流一倍，則從發(fā)射區(qū)到達(dá)基區(qū)的電子將會被多出一倍的空穴所復(fù)合，但是，又是什么原因使得此時此刻發(fā)射極發(fā)射出了比原來多出一倍的電子，比如右圖比原來【左圖】多出了1個單位的電子被基區(qū)空穴復(fù)合，但同時，發(fā)射區(qū)卻多射出了4個單位的電子。我人為的增加了1個單位的基極電流，而發(fā)射極卻多射出了4個單位的電子，增加了4單位的電流，why?

不要用公式ie=ib-ic=(1 3)ib說明，請從三極管內(nèi)部載流子的微觀運動情況加以分析說明，

答案

1 發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子

由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，多數(shù)載流子的擴散運動加強，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(電子)向基區(qū)擴散(稱為發(fā)射)，同樣基區(qū)的多數(shù)載流子(空穴)也向發(fā)射區(qū)擴散，但由于發(fā)射區(qū)的電子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于基區(qū)的空穴濃度，兩者比較可忽略基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散。由于兩個電源Eb和Ec的負(fù)極接在發(fā)射極，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射區(qū)向基區(qū)的電子都可以從電源得到補充，這樣就形成了發(fā)射極電流le.

2 電子在基區(qū)的擴散與復(fù)合

從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子到達(dá)基區(qū)后，由于靠近發(fā)射結(jié)附近的電子濃度高于靠近集電結(jié)附近的電子濃度，所以這些電子會向集電結(jié)附近繼續(xù)擴散。在擴散的過程中，有小部分電子會與基區(qū)的空穴復(fù)合，由于電源Eb的正極與基極相連，這些復(fù)合掉的空穴均可由Eb補充，因而形成了基極電流lb。因基區(qū)做的很薄，電子在擴散過程中通過基區(qū)的時間很短，加上基區(qū)的空穴濃度很低，所以從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子在基區(qū)繼續(xù)向集電結(jié)附近擴散的過程中，與基區(qū)空穴復(fù)合的機會很少，因而基電極的電流很小，大部分電子都能通過基區(qū)而到達(dá)集電結(jié)附近，所以集電極電流很大。