NPN晶体管

介绍

NPN晶体管是双极结晶体管(BJT)的一种。NPN晶体管由两种n型半导体材料组成,它们被一层薄薄的p型半导体隔开。这里的主要载流子是电子。这些电子从发射极到集电极的流动形成了晶体管中的电流。由于电子的迁移率高于空穴的迁移率,NPN晶体管通常是双极晶体管中最常用的类型。NPN晶体管有三个端-发射极、基极和集电极。NPN晶体管主要用于放大和切换信号。

1. NPN晶体管符号和结构

上图显示了NPN晶体管的符号和结构。在这种结构中,我们可以观察晶体管,电路电流和电压值表示的三个端子。现在让我们看到NPN晶体管的操作说明。

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NPN晶体管电路

上图显示了具有电源电压和电阻负载的NPN晶体管电路。这里,收集器端子总是连接到正电压,连接到负电源的发射极端子和基座端子控制晶体管的开/关状态取决于施加到其上的电压。

2.NPN型晶体管电路

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NPN型晶体管工作

NPN晶体管的工作非常复杂。在上面的电路连接中,我们观察到电源电压VB通过负载RB施加到基端。集电极通过负载RL连接到电压VCC。在这里,负载RB和RL都可以限制通过相应端子的电流。在这里,基端和集电极端总是包含相对于发射极端的正电压。

如果基极电压等于发射极电压,则晶体管处于关闭状态。如果基极电压在发射极电压上增加,则晶体管变得更加切换,直到它完全接通状态。如果将足够的正电压施加到基座端子I.,则完全导通状态,然后产生电子流量并且电流(IC)从发射器流到收集器。这里,基站终端用作输入,集电极 - 发射器区域用作输出。

为了使电流在发射极和集电极之间适当地流动,集电极电压必须是正的,并且也必须大于晶体管的发射极电压。基极和发射极之间有一定的电压降,如0.7V。所以基极电压必须大于0.7V电压降,否则晶体管将不能工作。给出了双极NPN晶体管基极电流的计算公式:

B= (VB- v) / RB

在那里,

B=基本电流
VB基极偏置电压
V=输入基极 - 发射极电压= 0.7V
RB=基础阻力

利用基尔霍夫电压定律(KVL)可以计算共发射极NPN晶体管的集电极输出电流。

集电极电源电压的计算公式为

VCC= I.CRl+ V.CE............(1)

由上式可知,共发射极NPN晶体管的集电极电流为

C= (VCC- vCE) / Rl

在公共发射极NPN晶体管中,收集电流和发射极电流之间的关系

C=βiB

在有源区域中,NPN晶体管用作良好放大器。在公共发射极NPN晶体管中,通过晶体管的总电流被定义为集电器电流与基极电流IC / IB的比率。该比率也称为“直流电流增益”,它没有任何单位。该比率通常用β表示,并且β的最大值为约200.在公共基础NPN晶体管中,总电流增益以集电极电流与发射极电流IC /即的比率表示。欧宝官网app苹果下载该比率用α表示,并且该值通常等于统一。

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NPN晶体管中的α,β和γ关系

现在让我们看看两个比率参数α和β之间的关系。

共基电路的直流电流增益=输出电流/输入电流

在公共基础上,NPN晶体管输出电流是集电器电流(IC),输入电流是发射极电流(即)。

α=我C/我E...........( 2)

此当前增益(α)值非常接近Unity但少于Unity。
我们知道发射极电流是小基极电流和大集电极电流的总和。

E= I.C+ I.B

B= I.E- 一世C

从等式2,收集器

C=αi.E

B= I.E- αi.E

B= I.E(1-α)

β =共发射极电路的直流电流增益=输出电流/输入电流

这里输出电流为集电极电流,输入电流为基极电流。

β= I.C/我B

β= I.C/我E(1-α)

β=α/(1-α)

由上述方程,α和β之间的关系可以表示为

(1- 1) = 1 /(1 +1)

β=α(1 +β)=α/(1-α)

对于高频工作的低功率晶体管,β值可能从20到1000不等。但通常β值可以在50-200之间。

现在我们来看看α, β和γ因子之间的关系。

在公共集电器中,NPN晶体管电流增益被定义为与基电流IB的比率发射极电流IE。该电流增益用γ表示。

γ= I.E/我B

我们知道发射极限

E= I.C+ I.B

γ=(我C+ I.B) /我B

γ=(我C/我B)+ 1

γ = β +1

因此α、β和γ之间的关系如下所示

α = β / (β+1), β = α / (1-α), γ = β+1

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NPN型晶体管的例子

1.计算基极电流IB以切换具有电流增益(β)值100的双极NPN晶体管的4mA的电阻负载。

B= I.C/β=(4 * 10-3)/ 100 = 40ua

2.计算偏置电压为10V、输入基电阻为200kΩ的双极NPN晶体管的基电流。

我们知道基本电流IB的等式是,

B= (VB- v) / RB

我们知道这些值,

V= 0.7 v,

VB= 10V,

RB=200Ω。

现在我们把这些值代入上面的方程,

我们得到,

B= (VB- v) / RB= (10-0.7)/200kΩ = 46.5uA。

NPN晶体管的基极电流为46.5uA。

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共发射极配置

共发射极配置电路是三种BJT配置中的一种。这些共同发射极配置电路被用作电压放大器。一般而言,BJT晶体管有三个端子,但在电路连接中,我们需要将任何一个端子作为通用端子。因此,我们使用三个终端中的一个作为输入和输出操作的公共终端。在这种配置中,我们将发射极端作为公共端,因此称为共发射极配置。

该配置用作单级公共发射极放大器电路。在该配置基础上充当输入端子,收集器用作输出端子和发射极作为公共终端。该电路的操作从偏置基端偏置,使得前向偏置基极发射极结。基座中的小电流控制晶体管中的电流。该配置始终在线性区域中操作以放大输出侧的信号。

该常用发射器放大器给出了反向输出,并且可以具有非常高的增益。该增益值受温度和偏置电流的影响。由于其高输入阻抗和低输出阻抗以及该配置放大器的高电压增益和功率增益,该分析放大器电路大多数使用而多的配置。由于其高输入阻抗和低输出阻抗以及该配置放大器提供高电压增益和功率增益。

这种结构的电流增益总是大于单位,通常典型值约为50。欧宝官网app苹果下载这些配置放大器大多用于需要低频放大和射频电路的应用。共发射极放大器配置的电路图如下所示。

3.单级公共发射极放大器电路

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NPN晶体管的输出特性

双极晶体管的输出特性曲线族如下所示。曲线显示了集电极电流(IC)和集电极-发射极电压(VCE)随基极电流(IB)变化的关系。我们知道,只有在基极相对发射极施加至少少量的电流和电压时,晶体管才处于“ON”状态,否则晶体管处于“OFF”状态。

4.NPN双极晶体管的输出特性曲线

集电极电流(IC)主要受1.0V水平的集电极电压(VCE)的影响,但超过这个值时,集电极电压(VCE)的影响不大。我们已经知道发射极电流是基极电流和集电极电流的和。即IE =IC+ IB,流过电阻负载(RL)的电流等于晶体管的集电极电流。集电极电流方程为:

C= (VCC- vCE) / Rl

直线表示连接点A的“动态负载线”(其中VCE= 0)和B(我在哪里C= 0)。沿着该负载线的区域表示晶体管的“有源区域”。

当集电极电压和基极电流给定时,采用共发射极结构特性曲线计算集电极电流。负载线(红线)用于确定图中的q点。负载线的斜率等于负载电阻的倒数。即1 / RL。

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NPN型晶体管的应用程序

  • NPN晶体管主要用于开关应用。
  • 用于放大电路应用。
  • 用于达林顿对电路中放大微弱信号。
  • NPN晶体管用于需要吸收电流的应用。
  • 用于某些经典放大器电路,例如“推拉”放大器电路。
  • 温度传感器。
  • 非常高的频率应用。
  • 用于对数转换器。

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5回复

  1. 这是显示肖特基特征曲线与双极NPN晶体管的关系曲线之间的最佳文章。
    我已经82岁了,这篇文章让我受益匪浅。让你的服务也为我这个年纪的人成长;
    亚伯拉罕约瑟夫,M.Sc.,M.phil。
    男:化学副教授,退休。/
    82岁了。

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