三極管的應用電路 NPN和PNP型三極管的區(qū)別

了解三極管的使用方法、PNP和NPN區(qū)分及S8050和S8550 ，主要分為以下幾個方面：

一、三極管介紹

二、三極管結構(以NPN管為例)

三、三極管的工作原理

四、NPN和PNP型三極管區(qū)別

五、S8050和S8550

六、三極管應用電路

一、三極管介紹

三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種電流控制電流的半導體器件，其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關 。 常見的三極管為9012、S8550、9013、S8050。 單片機應用電路中三極管主要的作用就是開關作用。 其中9012與8550為PNP型三極管，可以通用。 其中9013與8050為NPN型三極管，可以通用。 三極管結構有NPN和PNP兩種，因為電子比空穴有更高的遷移率，所以NPN比PNP型三極管獲得更廣泛的應用。

每個公司生產的三極管腳位不一定一致，但是封裝類型一般一樣， 常見的封裝三極管有TO-92封裝和SOT-23封裝 ，如下圖。

圖1 三極管封裝

二、三極管結構(以NPN型為例)

三極管的基本結構是由兩個背靠背的PN結構成(如下圖所示)。 基極和發(fā)射極之間的PN結稱為發(fā)射結，基極和集電極之間的PN結稱為集電結。

在三極管器件的設計中，通常會在發(fā)射區(qū)進行N型高摻雜，以便在發(fā)射結正偏時從發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子在基區(qū)形成相當高的電子濃度梯度。 基區(qū)設計的很薄且濃度很低，這樣注入到基區(qū)的電子只有很少一部分與多子空穴復合形成基極電流。 與基區(qū)電子復合的源源不斷的空穴需要基極提供電流來維持。 在設計中對集電區(qū)則進行較低的P型摻雜且面積很大，以便基區(qū)高濃度的電子擴散進去集電區(qū)形成集電極電流。

三、三極管工作原理

三極管有三個工作區(qū)域，分別為 截止區(qū)(cut-offregion) 、 放大區(qū)(acitveregion) 、 飽和區(qū)(saturationregion) 。下面我們結合下圖對各個區(qū)域的工作狀態(tài)進行分析。

(1) 截止區(qū)： 當基極與發(fā)射極之間的電壓Vbe小于PN結開啟電壓時，發(fā)射結處于截止狀態(tài)，電子不能從發(fā)射區(qū)進入到基區(qū)。

此時無論集電極施加什么電壓，由于基區(qū)和集電區(qū)的多子濃度很低，所以電子與空穴復合形成的電流很小，可以忽略不計。我們認為此時的三極管工作在截止區(qū)，即集電極和發(fā)射極之間為斷開狀態(tài)。

(2) 飽和區(qū)： 當基極與發(fā)射極之間的電壓Vbe大于PN結開啟電壓時，發(fā)射結處于開啟狀態(tài)。此時由于Vbe大于發(fā)射結多子擴散復合時產生的勢壘電壓，而且發(fā)射區(qū)電子濃度很高，所以會有大量的電子通過發(fā)射結進入到基區(qū)。

進入到基區(qū)的電子與數(shù)量很少的空穴復合形成基極電流Ib。如果集電極電壓為0，即集電結正偏電壓為0.7V，此時從發(fā)射區(qū)過來的自由電子被集電結正偏電壓0.7V建立起來的勢壘完全阻擋。只有集電極的電子由于電場的吸引穿過集電結，但由于集電極的摻雜濃度低，所以電流幾乎為零。在集電極電壓慢慢增加但是集電結電壓仍然處于正偏狀態(tài)(即Vbe>Vce)，由于集電結勢壘的降低，基區(qū)的電子開始進入集電區(qū)形成集電極電流。集電極正向偏置電壓越低，基區(qū)電子擴撒到集電區(qū)越容易，從而集電極電流越大。所以此時集電極電流隨Vce增加而增加。

換句話說，在這種情況下，集電極電流的增加受限于集電結的正偏，而基極電流不再是限制因素。在這種集電結正偏的情況下，隨著基極電流的增加，集電極電流并不會增加的現(xiàn)象，稱之為飽和。此時三極管工作在飽和狀態(tài)。

(3) 放大區(qū)： 當基極與發(fā)射極之間的電壓Vbe大于PN結開啟電壓時，發(fā)射結處于開啟狀態(tài)，且集電極電壓足夠大使得集電結零偏或者反向偏置時，基區(qū)的自由電子除了在基區(qū)跟空穴復合以外，幾乎都可以進入到集電區(qū)，形成集電極電流。

此時集電極電壓再增加，集電極電流不會增加。 當基極電流增加時 ，由PN結特性知道，電流增加通常伴隨電壓的增加或者說電壓增加引起電流的增加。所以當基極電流增加，對應的發(fā)射結電壓也增加，發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的自由電子也增加。

當集電結處于反偏時，對應的集電極電流線性增加。此時三極管工作在 線性放大區(qū) 。理論上說，如果基極電流持續(xù)增加，則三極管集電極電流也會一直線性增加，一直到器件發(fā)熱超過其結溫導致器件燒毀。

四、NPN和PNP區(qū)別

① NPN是用B→E的電流(IB)控制C→E的電流(IC)，E極電位最低，且正常放大時通常C極電位最高，即VC>VB>VE

PNP是用E→B的電流(IB)控制E→C的電流(IC)，E極電位最高，且正常放大時通常C極電位最低，即VC

② NPN電路中，E最終都是接到地板(直接或間接)，C最終都是接到天花板(直接或間接)。PNP電路則相反，C最終都是接到地板(直接或間接)，E最終都是接到天花板(直接或間接)。這也是為了滿足上面的VC和VE的關系。

③ NPN基極高電壓，集電極與發(fā)射極短路。低電壓，集電極與發(fā)射極開路。也就是不工作。

PNP基極高電壓，集電極與發(fā)射極開路，也就是不工作。如果基極加低電位，集電極與發(fā)射極短路。

④ NPN和PNP的區(qū)別：

a)如果輸入一個高電平，而輸出需要一個低電平時，首選擇NPN。

b)如果輸入一個低電平，而輸出需要一個低電平時，首選擇PNP。

c)如果輸入一個低電平，而輸出需要一個高電平時，首選擇NPN。

d)如果輸入一個高電平，而輸出需要一個高電平時，首選擇PNP。

五、S8050和S8550

S8050是一款小功率NPN型硅管，集電極-基極(Vcbo)電壓最大可為40V，集電極電流為(Ic)0.5A。S8050是電路硬件設計最常用半導體三極管型號之一。

S8550三極管是一種PNP型硅三極管，是一種較為常見也常用的三極管之一。它具有低電壓、大電流等特點，廣泛應用于開關電路、射頻放大電路、功率放大電路、推挽功放電路等。

S8050和S8550是現(xiàn)在很常用的小功率三極管。S8050是NPN管，S8550是PNP管。它們引腳排列是完全一樣的。面對字標，自左向右——E：發(fā)射極;B：基極;C：集電極。

指針萬用表核對：檔位撥到hfe檔位，8050插入到NPN測試孔，8550插入到PNP測試孔，萬用表正確指示hfe值的，萬用表測試孔標定的EBC管腳即為實際管腳。

六、三極管應用電路

1. 蜂鳴器電路

2. 開關電路

該電路中三極管主要用作開關作用，驅動繼電器。單片機通過光耦，利用三極管驅動繼電器的應用電路。圖中R18為基極限流電阻，放置基極電流過大燒壞三極管。R19為偏置電阻，當光耦斷開時，防止因為電磁干擾導致三極管啟動，保證晶體管可靠截止。圖中VD5為續(xù)流二極管，目的是為了保護三極管不被燒壞。因為繼電器線圈相當于一個電感，當三極管由導通變?yōu)殛P斷時，電感會產生感生電壓，該電壓為上負下正，并且通常遠高于電源電壓。所以當三極管關斷時，感生電壓會燒毀三極管，此處并聯(lián)一個二極管相當于給電流一個回路，將電壓鉗制在0.7V左右，來保護三極管。

審核編輯：湯梓紅