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详解三极管NPN与PNP区别

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一、回顾历史

在分享三极管NPN和PNP之前,先让大家来回顾一下三极管的发展史。

1.电子管

在晶体管出现之前,有一种作用和晶体管类似的器件,叫做电子管。1904年,世界上第一只电子二极管在英国物理学家弗莱明的手下诞生了。

电子管,是一种最早期的电信号放大器件。一种被封闭在玻璃容器(一般为玻璃管)中的阴极电子发射部分、控制栅极、加速栅极、阳极(屏极)引线被焊在管基上,利用电场对真空中的控制栅极注入电子调制信号,并在阳极获得对信号放大或反馈振荡后的不同参数信号数据。

电子管用于早期的电视机、收音机扩音机等电子产品,近年来逐渐被半导体材料制作的放大器和集成电路取代,但目前在一些高保真的音响器材中,仍然使用低噪声、稳定系数高的电子管作为音频功率放大器件。

电子管优缺点:

缺点:体积大、功耗大、发热厉害、寿命短、电源利用效率低、结构脆弱而且需要高压电源等缺点。

优点:负载能力强、线性性能优于晶体管、工作频率高,高频大功率领域优于晶体管。

电子的体积很大(相对晶体管),当年(1946年)世界第一台计算机,使用1.8W个电子管搭建而成,占地150平方米,重达30吨,耗电功率约150千瓦。

2.晶体管

由于电子管存在许多缺点,人类就发明了比电子管更先进的晶体管。

晶体管是一种固体半导体器件,包括二极管、三极管、场效应管、晶闸管等。具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。

1947年12月16日:威廉·邵克雷、约翰·巴顿和沃特·布拉顿成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管。

晶体管作为一种可变电流开关,能够基于输入电压控制输出电流。与普通机械开关不同,晶体管利用电讯号来控制自身的开合,而且开关速度可以非常快,实验室中的切换速度可达100GHz以上。

3.三极管

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,属于晶体管中的一种。

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。

二、NPN与PNP区别

N:Negative,负极

P:Positive,正极

晶体三极管按材料分有两种:锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式,但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管。

1.定义不同

NPN型三极管:由两块N型和一块P型半导体组成,P型半导体在中间,两块N型半导体在两侧。三极管是电子电路中最重要的器件,它最主要的功能是电流放大和开关作用。

PNP型三极管:由2块P型半导体中间夹着1块N型半导体所组成的三极管,所以称为PNP型三极管。也可以描述成,电流从发射极E流入的三极管。

2.电流控制不一样

NPN:用 B→E 的电流(IB)控制 C→E 的电流(IC)。E极电位最低,且正常放大时通常C极电位最高,即 VC > VB > VE

PNP:用 E→B 的电流(IB)控制 E→C 的电流(IC)。E极电位最高,且正常放大时通常C极电位最低,即 VC < VB < VE

3.输出状态不同

PNP与NPN型传感器其实就是利用三极管的饱和和截止,输出两种状态,属于开关型传感器。但输出信号是截然相反的,即高电平和低电平。NPN输出是低电平0,PNP输出的是高电平1。在单片机应用电路中三极管主要的作用就是开关作用。

PNP与NPN两种三极管使用方法

上图中,横向左侧的引脚叫做基极b,有一个箭头的是发射极e,剩下的一个引脚就是集电极 c。

对于NPN型三极管在用于开关状态时,一般都是发射极接地,集电极接高电平,基极接控制信号。

对于PNP型三极管在用于开关状态时,一般都是发射极接高电平,基极接控制信号。三极管导通时,电流从发射极流向集电极。

三极管有截止、放大、饱和三种工作状态。

放大状态主要应用于模拟电路中,且用法和计算方法也比较复杂,我们暂时用不到。而数字电路主要使用的是三极管的开关特性,只用到了截止与饱和两种状态。

三极管的用法特点,关键点在于 b 极(基极)和 e 级(发射极)之间的电压情况:

对于PNP型三极管而言,e 极电压只要高于 b 级 0.7V 以上,这个三极管 e 级和 c 级之间就可以顺利导通。

对于NPN型三极管而言,它的导通条件是 b 极比 e 极电压高 0.7V。

总之,就是箭头的始端比末端高 0.7V 就可以导通三极管的 e 极和 c 极。

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