电路基础【2】：三极管基础:PNP与NPN三极管详解

三极管基础：PNP与NPN三极管详解

本文章参照洋桃电子的实验进行

前言

三极管是电子电路中不可或缺的半导体器件，被广泛应用于放大电路、开关电路和各种信号处理系统中。三极管主要分为PNP型和NPN型两种，虽然工作原理相似，但在实际应用中有着明显差异。本文将详细介绍这两种三极管的结构、工作原理、特性和应用场景，帮助大家深入理解三极管。

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三极管基本概念

三极管（Transistor）是一种具有三个电极的半导体器件，这三个电极分别是：

• 基极（Base，B）
• 集电极（Collector，C）
• 发射极（Emitter，E）

三极管由两个PN结组成，根据P型半导体和N型半导体的排列方式不同，可分为NPN型和PNP型两种。

三极管的工作原理

三极管的神奇之处在于它的"放大倍率"——通过控制极小的基极电流，我们可以控制远大于它的集电极电流。这就像用一根小小的指挥棒控制一整个交响乐团，或者用轻轻的拨片控制巨大的推土机。这种特性使三极管成为电子设备中不可或缺的"电流控制阀"。
想象三极管就像一个特殊设计的水龙头系统：

• 基极(Base) - 小水龙头的控制阀
• 集电极(Collector) - 连接到大水库的主进水口
• 发射极(Emitter) - 大水管的出水口

在这个系统中：

1. 大水库里储存着大量的水(电子)，随时准备流出
2. 但主水管被一个特殊的闸门堵住了
3. 只有当你轻轻转动小控制阀(基极)，注入少量控制水流时，主闸门才会开启
4. 控制水流的大小决定了主水管能流出多少水

关键点：只需要很小的力量转动控制阀，就能释放出远超这个力量的大水流！

NPN三极管(负极控制型)：

想象一个向下流水的系统：

• 水池(正电源)在上方
• 出水口(接地)在下方
• 中间有一个控制阀(基极)
• 当控制阀打开一点点(给基极施加正电压)，水流(电流)就从上往下大量流动

PNP三极管(正极控制型)：

想象一个向上抽水的系统：

• 水源(接地)在下方
• 目标水箱(正电源)在上方
• 中间有一个控制阀(基极)
• 当控制阀关小一点(给基极施加负电压)，水被抽上去的量就增大

NPN三极管（8050为例）

结构与符号

NPN三极管由两块N型半导体夹着一块P型半导体构成，形成N-P-N结构。其电路符号如下：

• 箭头从基极指向发射极
• 发射极通常接地或接负电源
• 集电极通常接正电源

工作原理

NPN三极管的工作原理基于以下几点：

1. 正常工作模式：基极-发射极结正向偏置，基极-集电极结反向偏置
2. 载流子传输：
   • 发射极向基极注入电子（主要载流子）
   • 大部分电子穿过较薄的基区到达集电极
   • 少量电子与基区的空穴复合，形成基极电流
     

微小电流从b到e，大电流从c到e

电流关系

对于NPN三极管，其三个电极的电流关系为：

• 集电极电流（Ic）= 发射极电流（Ie）- 基极电流（Ib）
• Ic ≈ βIb（β为电流放大系数，通常在50-200之间）

电气特性图解（来自嘉立创）

下面这个图是表示©端集电极的电流与(e)发射极电压(b)基极电压的关系

下面这图是©端集电极的电流与b端c端之间的电压差的关系

上面这两个图可以用来检测三极管是否有损坏用于电路的测试

上面这个图是极限参数，为了防止使用者一开始就以极大的电压电流来进行测试

PNP三极管（8550为例）

结构与符号

PNP三极管由两块P型半导体夹着一块N型半导体构成，形成P-N-P结构。其电路符号如下：

• 箭头从发射极指向基极
• 发射极通常接正电源
• 集电极通常接地或接负电源

工作原理

PNP三极管的工作原理与NPN相反：

1. 正常工作模式：基极-发射极结正向偏置，基极-集电极结反向偏置
2. 载流子传输：
   • 发射极向基极注入空穴（主要载流子）
   • 大部分空穴穿过基区到达集电极
   • 少量空穴与基区的电子复合，形成基极电流
     
     微小电流从e到b，大电流从e到c

电流关系

PNP三极管的电流关系与NPN类似，但电流方向相反：

• 集电极电流（Ic）= 发射极电流（Ie）- 基极电流（Ib）
• Ic ≈ βIb

PNP&NPN(电流流向总结)

简单电路的实现

上面添加电阻的作用是为了提供一个微小电流来驱动大电流

上面这个图以8050npn为例来进行实验
当然拿开电阻，从b端（中间）引出一条导线，用手触碰的时候也会有微亮的效果

错误连接

因为e到b之间没有微小电流经过，所以led灯并不会亮
正确连接应该是

总结

NPN和PNP三极管是电子电路设计中的基础元件，各有特点和适用场景。了解它们的区别和特性对于设计出稳定高效的电路至关重要。在实际应用中，我们通常根据电路的具体需求选择合适的类型，有时甚至会结合使用两种类型以获得最佳性能。