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三極管是如何實現(xiàn)開關(guān)功能的?

 回家的夢想 2021-05-13

朋友們好,我是電子及工控技術(shù),我來回答這個問題。三極管可謂是我們?nèi)祟惖囊粋€杰出的發(fā)明,它的出現(xiàn)促使我們進(jìn)入了電子信息時代,沒有三極管的出現(xiàn),我們的電腦、手機(jī)、電視機(jī)可能還會停留在科幻當(dāng)中,由此可見由三極管以及三極管衍生的各種晶體管比如晶閘管(可控硅)、電力晶體管IGBT、場效應(yīng)管MOSFET等等,這些都促進(jìn)了電子及工控領(lǐng)域的快速發(fā)展。三極管的“誕生”之初就顯示出了它強(qiáng)大的生命力,那么它有何“能耐“去把控著各種電器的功能呢?今天我與朋友們分享一下三極管所具有的各種”絕技“。領(lǐng)略一下它的風(fēng)采吧。

三極管的”絕技“之一

我們知道三極管在模擬電路、數(shù)字電路、以及芯片集成電路等都能遇見到它。三極管在這些電路中主要是運用了它不同的工作特性。三極管所具有這些不同的工作特性就是它的”絕技“,我們先說它的第一個”絕技“就是題目要問的”開關(guān)“功能特性,作為開關(guān)我們從小時候就見過,比如家里所用的開關(guān),按下它燈亮,表明線路導(dǎo)通了形成回路了,再按一下燈滅,表明線路斷了構(gòu)成了斷路,燈在”亮“和”滅“之間的轉(zhuǎn)換,就是通過開關(guān)來實現(xiàn)的。那么三極管也有這個”絕技“,能控制電路的”通“與”斷“,要使三極管”通“和”斷“是需要條件的,我們家里的開關(guān)是通過用手去按壓開關(guān)來實現(xiàn)的,而三極管的”通“和”斷“就無法用手按壓了,我們必須通過一定電壓去控制三極管的基極才行,這就有必要說出三極管有三個工作階段了,給三極管加上不同的電壓他就會在不同的階段工作。要想使三極管工作在”開“和”關(guān)“的狀態(tài),就必須使三極管工作在”飽和“工作階段和”截止“工作階段。那么怎樣才能使三極管處在”飽和“工作階段呢?其實方法很簡單,那就是我們給三極管的基極加大電壓,增大電流就可以了,也就是說只要三極管的基極電流足夠大,三極管就可以進(jìn)入”飽和“工作階段了。這就好像我們擰水龍頭一樣,要想使水暢通無阻地流出來,我們只要把水龍頭閥門擰到最大就可以了。一旦三極管的基極電壓和電流加到一定程度后,三極管的集電極C和發(fā)射極E之間就像用導(dǎo)線連起來一樣,這兩個極之間的電壓降很低,對硅型三極管來說Uce之間的電壓只有0.3V,它的有效飽和等效電阻Rs只有50歐姆,這樣它們之間就可以通過很大電流,一般是基極的幾十倍甚至上百倍,這就相當(dāng)于我們機(jī)械開關(guān)的接通狀態(tài)了。

下面我們再談?wù)勅龢O管另一個”截止”工作狀態(tài),我們剛才講過,要使三極管'閉合'就需要在它的基極加上足夠高的電壓和足夠大的電流。于此相反,要想使三極管關(guān)斷就是盡量減小三極管基極的電壓和電流,最好減小到零。當(dāng)基極電流足夠小時,三極管集電C和發(fā)射極E之間幾乎沒有電流通過,就像關(guān)斷了一樣,這時候Uce之間的電壓就等于電源電壓了,即Uce=Vcc,它的等效電阻Rs可高達(dá)12000千歐姆。

通過我們的實際驗證可以知道,三極管要想具有開關(guān)'技能'能,就是在三極管的基極加足夠大的電流,這樣它就把“閥門”打開了,在三極管的基極加足夠小的電流甚至不加電流,它就把“閥門”關(guān)斷了,由此可以看出三極管在一定條件下可作為一個無觸點的電子開關(guān)一樣使用,在數(shù)字電路中我們常常使三極管處在“開“與”關(guān)“的狀態(tài)。

三極管的”絕技“之二

剛才我們講到了三極管有三個工作狀態(tài),前面已經(jīng)講了兩個了,那么這個工作狀態(tài)正好處于前面兩個工作狀態(tài)的中間,也就是說三極管要由“開”變?yōu)椤瓣P(guān)”或者由“關(guān)”變?yōu)椤伴_”它們都必須要經(jīng)過這個狀態(tài),三極管工作在這個狀態(tài)的“絕技”是可以使輸入的信號進(jìn)行放大,在模擬放大電路中常常使用的就是這種狀態(tài)。它對信號的放大就是在輸入端基極給一個較小的模擬信號,就會在輸出端得到一個幅值比較大的輸出信號,比如下圖是一個三極管的輸出曲線示意圖,只要在基極上給一個20微安到80微安的電流,那么在集電極的輸出端就會有一個毫安級的電流與此對應(yīng)。因此三極管的這個放大的“技能”是通過基極較小的電流去控制集電極較大電流的。所謂這個放大“技能”就是“以小控大”的作用。

三極管的”絕技“之三

三極管最后一個“絕技”就是可以用很多三極管組合構(gòu)成一定功能的集成電路,三極管通過一定的工藝加工,把它們放在絕緣基板上形成具有特殊功能的電子電路,比如我們常用的集成運算放大電路、各種集成邏輯門電路以及具有各種信號處理功能的集成電路里都有數(shù)量眾多的三極管在里面充當(dāng)著放大,開關(guān)等作用。

由此可見,三極管不僅能實現(xiàn)開關(guān)功能而且在放大電路,集成電路都是不可或缺的一個重要有源器件。以上就是對著個問題的解答,歡迎朋友們參與討論,敬請關(guān)注電子及工控技術(shù),感謝點贊。

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