NPN型晶体管

简介

NPN晶体管是双极结型晶体管(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p型半导体薄膜隔开。这里主要的载流子是电子。这些电子从发射极流向集电极就形成了晶体管中的电流。通常NPN晶体管是最常用的双极晶体管类型,因为电子的迁移率高于空穴的迁移率。NPN晶体管有三个端子-发射极、基极和集电极。NPN晶体管主要用于信号的放大和开关。

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,我们可以观察到晶体管的三个端子、电路电流和电压值的表示。现在让我们来看看NPN晶体管的操作和解释。

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NPN型晶体管电路

上图显示了带有电源电压和电阻负载的NPN晶体管电路。这里的集电极端子总是连接到正电压,发射极端子连接到负电源和基极控制晶体管的ON/OFF状态取决于施加到它的电压。

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。在上述电路连接中,我们观察到电源电压VB是通过负载RB施加到基座端子上的。集电极端子通过负载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。这里,基极端子和集电极端子总是包含与发射极端子有关的正电压。

如果基极电压等于发射极电压,则晶体管处于OFF状态。如果基极电压高于发射极电压,那么晶体管的开关就会变大,直到完全打开状态。如果给基极施加足够的正电压,即完全on状态,那么产生的电子流和电流(IC)从发射极流向集电极。这里,基极端作为输入,集电极-发射极区域作为输出。

为了使电流在发射极和集电极之间正确流动,集电极电压必须是正的,并且要大于晶体管的发射极电压。基极和发射极之间存在一定的电压降,如0.7V。因此基极电压必须大于0.7V的电压降,否则晶体管将无法工作。双极NPN晶体管基极电流方程为:

B= (VB- v) / RB

在那里,

B=基极电流
VB基准偏置电压
V=输入基极-发射极电压= 0.7V
RB=基本阻力

应用基尔霍夫电压定律(KVL)可以计算共发射极NPN晶体管的输出集电极电流。

集电极电源电压的计算公式为

VCC=我CRl+ VCE............(1)

由上述方程可知共发射极NPN晶体管的集电极电流为

C= (VCC- vCE) / Rl

在共发射极NPN晶体管中,集电极电流与发射极电流的关系为

C我=βB

在有源区,NPN晶体管是一个很好的放大器。在普通发射极NPN晶体管中,通过晶体管的总电流定义为集电极电流与基极电流IC/IB的比值。这个比率也被称为“直流电流增益”,它没有任何单位。这个比值一般用β表示,β的最大值约为200。在共基极NPN晶体管中,总电流增益用集电极电流与发射极电流的比值IC/IE表示。这个比值用α表示,这个值通常等于一。

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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例参数α和β之间的关系。

α =共基电路的直流电流增益=输出电流/输入电流

在普通基极NPN晶体管中,输出电流为集电极电流(IC),输入电流为发射极电流(IE)。

α=我C/我E...........( 2)

该电流增益(α)值非常接近单位,但小于单位。
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=我C+我B

B=我E——我C

从公式2,收集器

C我=αE

B=我E-α我E

B=我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

这里输出电流是集电极电流,输入电流是基极电流。

β=我C/我B

β=我C/我E(1 -α)

β=α/(1 -α)

由上述方程可知,α与β之间的关系可表示为

α = β (1-α) = β/(β+1)

β = α (1+β) = α/ (1-α)

对于工作在高频率下的低功率晶体管,β值可以从20到1000不等。但一般情况下,β值可以在50-200之间。

现在我们将看到α, β和γ因子之间的关系。

在普通集电极NPN晶体管中,电流增益被定义为发射极电流IE与基极电流IB的比值,该电流增益用γ表示。

γ=我E/我B

我们知道发射极电流

E=我C+我B

γ=(我C+我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以开关电流增益(β)值为100的双极NPN晶体管的4mA电阻负载。

B=我C/β= (4 * 103) / 100 = 40 ua

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

我们知道基底电流IB的方程是,

B= (VB- v) / RB

我们知道这些值,

V= 0.7 v,

VB= 10 v,

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

共发射极结构电路是三种BJT结构中的一种。这些共同的发射极配置电路被用作电压放大器。通常BJT晶体管有三个端子,但在电路连接中,我们需要把任何一个端子作为共同的。因此,我们使用三个端子中的一个作为输入和输出动作的公共端子。在这个配置中,我们使用发射端作为公共端,因此它被称为公共发射端配置。

这种配置被用作单级共发射极放大电路。其中基极为输入端,集电极为输出端,发射极为公共端。该电路的操作从偏置基极开始,从而正向偏置基极-发射极结。基极中的小电流控制着晶体管中的电流。这种结构总是在线性区域工作,以放大输出端的信号。

这种共发射极放大器具有反向输出和很高的增益。该增益值受温度和偏置电流的影响。共发射极放大器由于其输入阻抗高、输出阻抗低,且具有较高的电压增益和功率增益,因此比其他BJT结构更常用。

这种配置的电流增益总是大于单位,通常典型值约为50。这些组态放大器主要用于需要低频放大器和射频电路的应用。共发射极放大器配置的电路图如下所示。

3.单级共发射极放大电路

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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。该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。我们知道晶体管是' ON ',只有当它的基极相对于发射极施加至少少量的电流和少量的电压时,否则晶体管是' OFF '状态。

4.NPN双极晶体管的输出特性曲线

集电极电流(IC)在1.0V时主要受集电极电压(VCE)的影响,但在此值以上集电极电压(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总和。即IE =IC+ IB,流过阻性负载的电流(RL)等于晶体管的集电极电流。集电极电流的方程为:

C= (VCC- vCE) / Rl

直线表示连接点A(其中VCE= 0)和B(其中IC= 0)。沿负载线的区域表示晶体管的“有源区域”。

在给定集电极电压和基极电流的情况下,利用共发射极结构特性曲线计算集电极电流。用载重线(红线)确定图中的q点。荷载线的斜率等于荷载阻力的倒数。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领域。
  • 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场合。
  • 用于一些经典的放大电路,如推挽放大电路。
  • 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的反应

  1. 这是最能说明双极NPN晶体管肖特基特性曲线与输出特性曲线关系的文章。
    在我82岁的高龄,我受益于这篇文章。让你们的服务在我这个年纪的人身上也有所增长;
    亚伯拉罕·约瑟夫,理学硕士,哲学硕士。
    男:化学副教授,已退休。/
    跑了82岁。

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