电子元器件基础6

        了解了二极管后，接下来就是三极管了。二极管是一个PN结，而三极管是两个PN结构成。

三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。 三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

               在嵌入式设计中，三极管主要用于放大信号或用作电控开关，应用最多的场合还是用来作为开关管。至于工作原理我们后面慢慢聊。

三极管的电流放大作用应该算是模拟电路里面的一个难点内容，这里我们借用张老师的讲解的素材学习以下。

当发射结正偏时，电荷分布会发生变化，发射结宽度会变窄；相当于给电子打开了一扇e到b的大门

集电结反偏时，电荷分布会也发生变化，集电结宽度会变宽。相当于打开了阻碍电子从c级跑出去的大门，如下方动画所示：

b级会接一个大电阻RB限制电流Ib的大小，跑到b极的那些多余的电子就只好穿越集电结，形成电流Ic，如下方动画所示：

如果基极电压翻倍，电荷分布会继续发生变化，发射结宽度会变得更窄，这扇大门变得更宽了，将会有更多的电子跑到b级。如下方动画所示：

由于RB是大电阻，Ib就算翻倍了也还是很小，所以更多的电子会穿越集电结，让Ic也翻倍。如下方动画所示：

两个直流电源是可以合并到一起的，再加上小信号ui和两个电容，就得到了放大电路，如下图所示：

如果电阻大小合适，这个放大电路能够将小信号ui放大成相位相反的大信号uCE，如下方动画所示：

红色为输入端，ui的变化会影响UBE，把发射结看成一个小电阻，红色的Q点就会沿黑线运动，然后画出iB的图像；根据iC=βiB,画出iC的图像，纵坐标从μA变成了mA；而输出端有UCE=UCC-ICRC，当UCC、RC不变时，UCE与IC反相。

根据三极管的工作原理。三极管的工作特性曲线要比二极管要复杂一些。

三极管的工作特性包含：饱和区、放大去和截止区。通常我习惯用水龙头来比喻三极管这三个工作区域。

根据外观分类，三极管同样也可以分为直插三极管和贴片三极管。另外我们也仍需要掌握，常用的PNP和NPN三极管。

PNP晶体管在发射极端施加电压。E端比B端点位高即可触发三极管正常工作，电流的控制规律仍然是受基极电流Ib的控制，集电极电流Ic会有一个很大的变化，基极电流Ib越大，集电极电流Ic也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。。

同PNP三极管一样，这回是需要从基极B端施加正电压。电流的控制规律都是一样的。

      既然三极管的可以起到电流放大的作用，那么根据电流的大小三极管的封装大小也不一样，当然功率大的个头不会太小，并且为了散热背面还有加装散热片等辅助散热。以下是常见封装三极管的引脚排列顺序。当然最准确的仍然是从你选型的三极管的数据手册上去确认，现在立创商城每个元器件都很方便的提供了数据手册的下载链接，非常方便。

根据市面上常用的三极管手册来说明一般应用需要关注的参数。这只是普遍意义上的关注，不会讲的太细致，你关注的越多的细节，对器件理解的深度就越多，使用起来就得心应手。

(1).β值： β值是三极管最重要的参数，因为该值描述的是三极管对电流信号放大能力的大小。β值越高,对小信号的放大能力越强，反之亦然;但值不能做得很大，因为太大,三极管的性能不太稳定，通常值应该选择30至80为宜。一般来说，三极管的值不是一个特定的值，它一般伴随着元件的工作状态而小幅度地改变。 (2).极间反向电流： 极间反向电流越小，三极管的稳定性越高。 (3).三极管反向击穿特性: 三极管是由两个PN结组成的，如果反向电压超过额定数值，就会像二极管那样被击穿,使性能下降或永久损坏。 (4).工作频率： 三极管的值只是在一定的工作频率范围内才保持不变，如果超过频率范围，它们就会随着频率的升高而急剧下降。

接下来以常用的贴片三极管S8050的数据手册为例，带大家看看三极管的手册都包含哪些关键信息。

上图为简介，介绍S8050的封装为SOT-23，其丝印号是J3Y以及封装各个对应的管脚b极、c极、e极是如何排布的，功耗为300mW，它一种是高稳定性、高可靠性的三极管。

接下来是S8050的极限参数表，它反映了三极管极间电压的最大值、集电极电流持续最大值、使用以及储藏温度等信息，这些参数就是S8050的“生命线”，如果在使用中超过这些极限，那三极管就会损坏。图中Vceo、Vcbo、Vebo参数下标中的“O”代表参数就是在三极管基极开路的情况下获得的。

再接下来是三极管S8050的电气参数，里面比较有用的参数是三极管集电极-发射极间的饱和电压、直流增益以及特征频率。从图表中可以看出S8050的三极管集电极-发射极间最大饱和电压为0.6V，一般为0.1~0.3V左右，该参数是指三极管处于饱和状态时（一般在三极管作为开关时的闭合状态），c-e极间的电压值可以看下面的曲线图。

S8050的特征频率在指定参数下为150MHz，以及不同情况下的直流增益，直流增益是与集电极电流有关的。

从上图可以看出在同一温度下直流增益Hfe还和集电极电流Ic有较大的关系，一般来说集电极越大，Hfe就越小。

一般嵌入式设计中，多使用三极管为开关管即饱和工作区，一般在驱动蜂鸣器，数码管以及继电器等需要较大电流的电路中。这些电路中仅用单片机的GPIO无法驱动，或者驱动会增加其功耗。一般在这种电路中我们使用三极管来驱动负载。

上图为NPN和PNP两种三极管驱动蜂鸣器的示意电路供大家参考，其中驱动信号兼容3.3V和5Vttl电平信号。

       在基极和发射机之间增加了一个10KΩ的电阻，这个电阻有一定的作用，可以让三极管有一个已知的默认状态。当输入信号被除去的时候，三极管还处于截止状态。从安全性方面考虑，多加这个电阻还是很有必要的，或者说可以让三极管工作在更好的开关状态。