三极管开关原理与场效应管开关原理(看过就全懂了).

1、三极管开关原理 与 场效应管开关原理（看过就全懂了）2009-07-06 02:35BJT的开关工作原理:系早，"品,京星工星通卅上.电路中3方林做款支令与此龙的电性.北熹.*也加时建电扇.三国雷行忠£西用寅眼七董三遍管的按朝竹田：玳之第北一冲忙 量救用葬仔；年费运毒旦快号的妆大作用是料对文化/月*Mr,形象记忆法：对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产 生，所以，三极管一定不会产生能量。它只是把电源的能量转换成信号 的能量罢了。但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流控制大电流。假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门， 一个大阀门，一个小阀门

2、。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力 是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小 阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电 流控制元件。如果水流处于可调节的状态，这种情况就是三极管中的线性放大区。如果那个小的阀门开启的还不够，不能打开大阀门，这种情况就是三极管中的

3、截止区。如果小的阀门开启的太大了，以至于大阀门里放出的水流已经到了它极限的流量， 这种情况就是三极管中的饱和区。 但是你关小小阀 门的话，可以让三极管工作状态从饱和区返回到线性区。如果有水流存在一个水库中，水位太高（相应与Uce太大），导致不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的反向击穿。PN结的击穿又有热击穿和电击穿。当反向电流和反向电压的乘积超过PN结容许的耗散功率，直至PN结过热而烧毁，这种现象就是热击穿。电击穿的 过程是可逆的，当加在 PN结两端的反向电压降低后，管子仍可以恢复 原来的状态。 电击穿又分为雪崩击穿和齐纳击穿两类， 一般两种击穿同时存在。电压低于56V的稳压管，齐纳击穿为

4、主，电压高于5 6V的稳压管，雪崩击穿为主。电压在5 6V 之间的稳压管，两种击穿程度相近，温度系数最好，这就是为什么许多电路使用5 6V 稳压管的原因。在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时 候，也会有功耗。而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。比如用单片机外界三极管驱动数码管时， 确实会对单片机管脚输出电流进行一定程度的放大， 从而使电流足够大到可以驱动数码管。 但此时三极管并不工作在其特性曲线的放大区，而是工作在开关状态（饱和区）。当单片机管脚没有输出时，三极管

5、工作在截止区，输出电流约等于 0。在制造三极管时， 要把发射区的 N 型半导体电子浓度做的很大，基区 P 型半导体做的很薄，当基极的电压大于发射极电压（硅管要大0.7V ， 锗管要大 0.3V ） 而小于集电极电压时， 这时发射区的电子进入基区，进行复合，形成Ie ；但由于发射区的电子浓度很大，基区又很薄，电子就会穿过反向偏置的集电结到集电区的N型半导体里，形成Ic；基区的空穴被复合后，基极的电压又会进行补给，形成 Ib 。理论记忆法：当BJT的发射结和集电结均为反向偏置（VBE： 0, VBC： 0）, 只有很小的反向漏电流IEBO和ICBO分别流过两个结，故iB7 0, iC7 0, VC

6、EVCC,对应于下图中的A点。这时集电极回路中的c、e极之间近似于开路，相当于开关断开一样BJT的这种工作状态称为截止。图BJT开关作用图中BJT为N P N型硅管)当发射结和集电结均为正向偏置(VB50, VBO0)时，调节 RB,使E=VCC/ RC则BJT工作在上图中的C点，集电极电流iC已接 近于最大值VCO RC由于iC受到RC的限制，它已不可能像放大区那 样随着iB的增加而成比例地增加了，此时集电极电流达到饱和，对应 的基极电流称为基极临界饱和电流 旧S (),而集电极电流称为集电极 饱和电流ICS (VCC / RC)。此后，如果再增加基极电流，则饱和程度 加深，但集电极电流基本

7、上保持在 ICS不再增加，集电极电压 VCE=VCC-ICSRC=VCES=2.0-0.3V个电压称为BJT的饱和压降，它也基本上不随iB增加而改变。由于 VCES艮小，集电极回路中的c、e极 之间近似于短路，相当于开关闭合一样。BJT的这种工作状态称为饱和。 由于BJT饱和后管压降均为0.3V,而发射结偏压为0.7V,因此饱和后 集电结为正向偏置，即BJT饱和时集电结和发射结均处于正向偏置，这 是判断BJT工作在饱和状态的重要依据。 下图示出了NPN型 BJT饱和 时各电极电压的典型数据。由此可见BJT相当于一个由基极电流所控制的无触点开关。三极管处于放大状态还是开关状态要看给三极管基极加的

8、电流匕（偏流），随这个电流变化，三极管工作状态由截止 -线性区-饱和状态变化而变。BJT截止时相当于开关“断开”，而饱和时相当于开关“闭合”。NPN型BJT截止、放大、饱和三种工作状态的特点列于下表中工彳锹态祗止放大饱和条件口叫哼工作特点偏置情况发射结和集电 结均为反偏发射结正偏， 集电结底偏发耳撵和集电结 均为正偏集电极Q陶0匚口 ”尺不随”加三增加管压降%白阂a尺喂 X OJ - 13VR胴 等效内阻约数百千欧 相当于关断约为鼓百丈 相当于开关闭合结型场效应管（N沟道JFED工作原理：可将N沟道JFET看作带“人工智能开关”的水龙头。这就有三部分：进水、人工智能开关、出水，可以分别看成是J

9、FET的d 极、g极、s极。“人工”体现了开关的“控制”作用即 vGS JFET工作时， 在栅极与源极之间需加一负电压（vGS<0 ,使栅极、沟道间的PN结反 偏，栅极电流iG-0,场效应管呈现高达107Q以上的输入电阻。在漏 极与源极之间加一正电压（vDS>0 ,使N沟道中的多数载流子（电子） 在电场作用下由源极向漏极运动，形成电流iD。iD的大小受“人工开关” vGS的控制，vGS由零往负向增大时，PN结的耗尽层将加宽，导电 沟道变窄，vGS绝对值越大则人工开关越接近于关上，流出的水（iD） 肯定越来越小了，当你把开关关到一定程度的时候水就不流了。“智能”体现了开关的“影响”作

10、用，当水龙头两端压力差 （vDS）越大时，则人工开关自动智能“生长”。vDS值越大则人工开关 生长越快，流水沟道越接近于关上，流出的水（iD）肯定越小了，当人 工开关生长到一定程度的时候水也就不流了。理论上，随着vDS逐渐增加，一方面沟道电场强度加大，有利于漏极电流iD 增加；另一方面，有了 vDG就在由源极经沟道到漏极组成的N型半导体区域中，产生了一个沿沟道的电位梯度。由于N沟道的电位从源端到漏端是逐渐升高的， 所以在从源端到漏端的不同位置上， 漏极与沟道之间的电位差是不相等的，离源极越远，电位差越大，加到该处PN结的反向电压也越大，耗尽层也越向N型半导体中心扩展，使靠近漏极处的导电沟道比靠

11、近源极 要窄，导电沟道呈楔形。所以形象地比喻为当水龙头两端压力差（ vDS） 越大，则人工开关自动智能“生长”。当开关第一次相碰时，就是预夹断状态， 预夹断之后 id 趋 于饱和。 当vGS>0时，将使PN结处于正向偏置而产生较大的栅流，破坏了它对漏极电流iD 的控制作用，即将人工开关拔出来，在开关处又加了一根进水水管，对水龙头就没有控制作用了。绝缘栅场效应管（N沟道增强型MOSFET）作原理：可将N沟道MOSFET作带“人工智能开关”的水龙头。 相对应情况同JFET。与JFET不同的的是，MOSFET开始人工开关是关着的， 水流流不出来。当在栅源之间加 vGS>Q N型感生沟道（反型层）产生 后，人工开关逐渐打开，水流（iD）也就越来越大。iD的大小受“人工 开关” vGS的控制，vGS由零往正向增大时，则栅极和 P型硅片相当于 以二氧化硅为介质的平板电容器， 在正的栅源电压作用下，介质中便产 生了一个垂直于半导体表面的由栅极指向 P型衬底的电场，这个电场排 斥空穴而吸引电子，P型衬底中的少子电子被吸引到衬底表面，这些电 子在栅极附近的P型硅表面便形成了一个 N型薄层，即导通源极和漏极间的N型导电沟道。栅源电压vGS越大则半导体表面的电场就越强，吸 引到P型硅表面的电子就越多，感生沟道将越厚，沟道电阻将越小。相当于人工开关越接近于打开