晶体管前世

1947 年肖克利发明的晶体管,属于双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor)。此外,晶体管还有另外一个分支,叫场效应管(Field effect Transistor-FET),场效应管又分为结型场效应管(Junction Field Effect Transistor-JFET,1952 年诞生)和应用更为广泛的金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor-MOSFET,1960 年诞生)组成。
双极型晶体管分为 NPN 管和 PNP 管。 N( Negative(负))指 N 型半导体:在 4 价的硅材料中掺杂少量 5 价元素如砷、磷等,形成 N 型掺杂半导体。 P(Positive(正)),指 P 型半导体:在 4 价的硅材料中掺杂少量的 3 价元素如硼等,形成 P 型掺杂半导体。

一、三极管的日常生活

我们在模电教材里面,会有各种放大电路,共基,共集,共射等,相关的计算公式,曲线,电路等效模型天花乱坠,学起来非常费劲。

实际90%工作,可能我们只需要关注一个参数就行了,那就是电流放大倍数β,其它的通通用不到,而且我们做产品,如果真要放大信号,那也是使用各种集成运放。

绝大多数情况,我们是把三极管当作一个低成本的开关来使用的,作为开关,虽然MOS可能更为合适,不过三极管价格更低,在小电流场景,三极管反而是用得更多的。在这里插入图片描述
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一个NPN三极管,价格也就几分钱左右。

二、三极管常见电路

1.电平反向(NPN为例)

1、电平转换,反相
这个电路用得非常多,有两个功能。

一是信号反相,就是输入高电平,输出就是低电平;输入低电平,输出就是高电平

二是改变输出信号的电压,比如输入的电压范围是0V或者是3.3V,想要得到一个输出是0V或者是5V的电平怎么办呢?让Vcc接5V就可以了,输出高的时候,out的电平就是大约为5V的。
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2. 驱动MOS开关

三极管作为开关使用时,主要处于‌截止‌和‌饱和‌两种状态:
截止状态
当基极-发射极电压(V_{BE})低于导通阈值(约0.7V)时,三极管相当于断开状态,集电极-发射极间呈现高阻抗,无电流通过。 ‌
饱和状态
当基极电流足够大时,集电极电流达到最大值,集电极-发射极电压接近零(V_{CE}≈0),此时三极管相当于闭合状态。 ‌
(放大状态
介于截止和饱和之间的线性区域(放大区)不用于开关应用,主要用于信号放大。) ‌

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在in为低时,三极管不导通,相当于是开路,PMOS管的Vgs为0,PMOS管也不导通,Vcc2没有电。

在in为高时,三极管导通,集电极相当于是接地GND,于是PMOS管的Vgs为-Vcc1,PMOS管导通,也就是Vcc1与Vcc2之间导通,Vcc2有电。

可以看到,以上三种电路,其实都一样,就是三极管是用作开关的,要不工作在饱和区(导通),要不工作在截止区(不导通),总之就是不能工作在放大区。这个比较容易理解,如果工作在放大区,那么Vce的电压就很难确定了,这会导致当你想要高低电平的时候,结果得到一个中间态。

所以,最重要的就是要保证管子的工作状态是ok的,也就是说我们要选好电路中的电阻阻值。

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