第一个双极结型晶体管是1947年在贝尔实验室发明的。“双极性”缩写为双极,因此名称为双极结型晶体管。BJT是一个三端设备,具有集电极(C),基极(B)和发射极(E)。识别晶体管的端子需要特定BJT部件的引脚图。它将在数据表中提供。BJT- NPN和PNP晶体管有两种。在本教程中,我们将讨论PNP晶体管。让我们考虑上图所示的PNP晶体管的两个示例-2N3906和PN2907A。
根据制造工艺,引脚配置可能会发生变化,这些细节可在晶体管的相应数据手册中找到。大多数情况下,所有PNP晶体管都具有以上引脚配置。随着晶体管的额定功率增加,需要将必要的散热器连接到晶体管的主体。无偏置晶体管或未在端子上施加电势的晶体管类似于两个二极管背对背连接,如下图所示。 PNP晶体管最重要的应用是高端开关和B类组合放大器。
二极管D1具有基于二极管D2的正向导通的逆导通特性。当电流从发射极流经二极管D2到基极时,二极管D1感测电流,并且如果在集电极端子上施加了接地电势,则将允许成比例的电流从发射极端子向集电极端子反向流动。比例常数为增益(β)。
PNP晶体管的工作:
如上所述,晶体管是电流控制装置,其具有两个耗尽层,所述两个耗尽层具有扩散所述耗尽层所需的特定势垒势。对于锗晶体管,硅晶体管的势垒电势在25°C下为0.7V,在25°C下为0.3V。大多数情况下,使用的普通晶体管类型是硅,因为它是仅次于氧气的最丰富的元素。
内部运作:
pnp晶体管的结构是,集电极和发射极区掺杂有p型材料,而基极区则掺杂有小层n型材料。与集电极区相比,发射极区被重掺杂。这三个区域形成两个结。它们是集电极-基极结(CB)和基极-发射极结。
当从0V降到基极-发射极结两端的负电位VBE施加时,电子和空穴开始在耗尽区累积。当电势进一步降低到0.7V以下时,达到势垒电压并发生扩散。因此,电子流向正极,而基极电流(IB)与电子流相反。此外,只要在集电极端子上施加电压VCE,从发射极到集电极的电流就开始流动。PNP晶体管可以充当开关和放大器。
操作区域与操作模式:
1.有源区域,IC =β×IB –放大器工作
2.饱和区域,IC =饱和电流–开关操作(完全接通)
3.截止区域,IC = 0 –开关操作(完全关闭)
晶体管作为开关:
PNP晶体管的应用是用作高端开关。为了用PSPICE模型进行解释,已选择PN2907A晶体管。首先要牢记的是在基极使用限流电阻。较高的基极电流会损坏BJT。根据数据表,最大连续集电极电流为-600mA,并在数据表中给出了相应的增益(hFE或β)作为测试条件。相应的饱和电压和基极电流也可用。
选择组件的步骤:
1.找到集电极电流,即负载消耗的电流。在这种情况下,它将是200mA(并联LED或负载),电阻= 60欧姆。
2.为了将晶体管驱动到饱和状态,必须汲取足够的基极电流,以使晶体管完全导通。计算基极电流和要使用的相应电阻。
为了完全饱和,基本电流约为2.5mA(不要太高或太低)。因此,在开关处于断开状态的情况下,下面的电路相对于发射极与接地相对应的电压为12V。
理论上,开关是完全断开的,但实际上可以观察到泄漏电流。该电流为pA或nA,因此可以忽略不计。为了更好地了解电流控制,可以将晶体管视为跨集电极(C)和发射极(E)的可变电阻,其电阻会根据通过基极(B)的电流而变化)。
最初,当没有电流流过基极时,CE两端的电阻非常高,因此没有电流流过基极。当基端出现0.7V及以上的电位差时,BE结扩散,并导致CB结扩散。现在,电流从发射极流向集电极,与电流从发射极流向基极,也就是增益成比例。
现在让我们看看如何通过控制基本电流来控制输出电流。固定IC = 100mA,尽管负载为200mA,数据表中的相应增益在100到300之间,按照上述相同公式,我们得到
实际值与计算值的差异是由于晶体管两端的电压降和所使用的电阻负载引起的。另外,我们在基准端使用的标准电阻值为13kOhm,而不是12.5kOhm。
晶体管作为放大器:
放大是将微弱的信号转换为可用形式。在许多应用中,例如无线传输信号,无线接收信号,Mp3播放器,移动电话等,放大过程一直是重要的一步。晶体管可以放大不同配置的功率,电压和电流。
晶体管放大器电路中使用的一些配置是
1.共射极放大器
2.共集电极放大器
3.共基放大器
在以上类型中,常见的发射器类型是流行且最常用的配置。该操作发生在有源区域,单级共发射极放大器电路就是一个例子。在设计放大器时,稳定的直流偏置点和稳定的交流增益很重要。仅使用一个晶体管时的名称单级放大器。
上面是单级放大器,其中施加在基端的弱信号被转换为集电极端实际信号的β倍。
部分目的:
CIN是将输入信号耦合到晶体管基极的耦合电容器。因此,该电容器将源与晶体管隔离,仅允许交流信号通过。CE是旁路电容器,充当放大信号的低电阻路径。COUT是耦合电容,用于耦合来自晶体管集电极的输出信号。因此,该电容器将输出与晶体管隔离,仅允许交流信号通过。R2和RE为放大器提供了稳定性,而R1和R2通过充当分压器,共同确保了DC偏置点的稳定性。
操作方式:
对于PNP晶体管,公共一词表示负电源。因此,发射极与集电极相比为负。该电路在每个时间间隔均瞬时工作。简单理解,当基极端子上的交流电压增加时,相应的电流增加就会流过发射极电阻器。
因此,发射极电流的这种增加增加了较高的集电极电流流过晶体管,从而降低了VCE集电极发射极的压降。类似地,当输入交流电压呈指数下降时,由于发射极电流的减小,VCE电压开始增加。所有这些电压变化立即在输出端反射,这将是输入的反相波形,但会被放大。
特点 |
共同基础 |
普通发射极 |
普通收藏家 |
电压增益 |
高 |
中 |
低 |
电流增益 |
低 |
中 |
高 |
功率增益 |
低 |
很高 |
中 |
表:增益比较表
根据上表,可以利用相应的配置。