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晶体管是如何工作的?

何为晶体管?晶体管又称双极结型晶体管 (BJT),是由电流驱动的半导体器件,用于控制电流的流动,其中,基极引线中的较小电流控制集电极和发射极之间较大的电流。它们能用于放大弱信号,用作振荡器或开关。


晶体管通常由硅晶体制成,采用 N 和 P 型半导体层相互夹合形式。

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晶体管密闭并封装在塑料或金属圆柱形外壳中,带有三根引线。

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晶体管如何工作?


我们将以 NPN 晶体管为例,来说明晶体管的工作原理。要了解这类元件如何作为开关运作,方法很简单,即想像水流流经阀门控制的水管即可。水压代表“电压”,流经水管的水流代表“电流”。


大水管代表集电/发射结,中间由阀门隔开,图中阀门以灰色椭圆形表示,像一块活动的挡板,由代表基极的小水管中的水流进行致动。阀门保持从集电极到发射极的水压。


当水流流经较小的水管(基极)时,将打开集电/发射结之间的阀门,让水流经过发射极流向地面(地面表示所有水或电压/电流的回路)。

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为您的应用选择晶体管


如果只是想要打开电路或是开启负载,您应当考虑以下几点。确定您是想要通过正电流还是负电流(即分别为 NPN 或 PNP 类型)来偏置或激励晶体管开关。


NPN 晶体管由在基极偏置的正电流驱动(或打开),以控制从集电极到发射极的电流。PNP 型晶体管由在基极偏置的负电流驱动,以控制从发射极到集电极的电流。

晶体管是如何工作的?

确定偏置电压后,所需的下一个变量是负载工作所需的电压和电流量。这些变量将成为晶体管的最小额定电压和电流。下表 1 和 2 提供了一些常见晶体管及其主要规格,包括其电压和电流限制。

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晶体管是如何工作的?

表 1.常见引线式和表面贴装式 NPN 和 PNP 晶体管。


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表 2.常见金属圆柱形封装的 NPN 和 PNP 晶体管。


晶体管电路示例


 显示的电路示例,通过激励基极打开集射结,或者通过滑动开关向基极施加 5 伏电压从而偏置晶体管以将其打开。该示例将点亮作为负载使用的 LED。


偏置基极时,需正确使用电阻器以防止过电流。我在试验板中使用引线零件测试我的示例电路。多数工程师在要上市的新产品设计中使用晶体管时,会使用表面贴装元器件(比 TO-92 封装尺寸小许多)。此处链接将展示 3904 晶体管的各种封装尺寸。


由于 2N3904 是 NPN 晶体管,所以基极需要正偏置(适当的电压电平和电阻)才能打开集射结,以获得合适的电流。此外,负载电阻器 (R1) 的使用也很重要,如此 LED 和晶体管中就不会有过多的电流经过。关于此晶体管的更多信息,请参见 2N3904 规格书。

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