NPN與PNP作為開關管的設計技巧及全系列三極管參數(shù)詳解

1.1 NPN與PNP的核心差異

NPN與PNP三極管之間的主要區(qū)別在于電流流向和電壓極性。具體而言，NPN三極管通過B—E結(jié)的電流(IB)來控制C—E結(jié)的電流(IC)，其E極電位始終最低，而在正常放大狀態(tài)下，C極電位則通常最高，即VC > VB > VE。相較之下，PNP三極管則利用E—B結(jié)的電流(IB)來控制E—C結(jié)的電流(IC)，其E極電位為最高，且在正常放大時，C極電位為最低，即VC < VB < VE。

2.2 NPN與PNP作為開關的應用

當三極管被用作開關時，它主要在截至和飽和兩種狀態(tài)之間切換。這兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換通常通過調(diào)整三極管基極的電壓Ub來實現(xiàn)，進而控制三極管的導通與斷開。

NPN與PNP三極管的工作狀態(tài)及條件

對于NPN三極管，當Ube小于Uon時，三極管處于斷開狀態(tài);而Ube大于Uon時，三極管則導通。在常規(guī)情況下，Ue接地，因此只需調(diào)整Ub，使其大于Uon，便可實現(xiàn)三極管的導通。對于PNP三極管，情況略有不同。為了使其導通，需要滿足Ueb大于Uon的條件。由于一般Uc接地，因此僅通過調(diào)整Ub可能無法實現(xiàn)導通。通常，需要同時調(diào)整Ue和Ub，使Ueb大于Uon，才能確保三極管導通。因此，在實際應用中，通常會設定Ue為一個固定電壓值，并通過單獨調(diào)整Ub來控制三極管的導通與斷開。

3.NPN與PNP三極管在電路中的應用

在電路中，NPN三極管通常適合作為開關使用，特別是當它被放置在接地端時。相比之下，PNP三極管則更適合在電源端進行開關操作。

當我們使用芯片I/O口來控制LED燈時，由于I/O口的邏輯電平通常為高電平約3V和低電平約0.3V，這使得我們可以直接控制NPN管的開關狀態(tài)，而通常不直接控制PNP管。

在我們的前控板設計中，對于LED的控制電路，采用NPN三極管對地連接是較為合適的選擇。此外，為了更好地控制雙色燈，建議使用共陽雙色燈。

以下是NPN和PNP三極管在電路中的普遍用法：

當NPN三極管的基極高電壓時，其集電極與發(fā)射極將短路，表示三極管處于工作狀態(tài);而當基極低電壓時，集電極與發(fā)射極則開路，三極管不工作。

對于PNP三極管，基極高電壓時，集電極與發(fā)射極開路，三極管不工作;但當基極加低電位時，集電極與發(fā)射極將短路。

主要區(qū)別是電流流向和電壓不同：

1. PNP管子是發(fā)射極流入后從基極和集電極流出，NPN管子是基極和集電極流入從發(fā)射極流出。

2. PNP管子工作在放大區(qū)時電壓是，Ue>Ub>Uc，NPN管子工作在放大區(qū)時電壓時Uc>Ub>Ue。

3. PNP是共陰極，即兩個PN結(jié)的N結(jié)相連做為基極，另兩個P結(jié)分別做集電極和發(fā)射極;電路圖里標示為箭頭朝內(nèi)的三極管。NPN則相反。

4. PNP管子：發(fā)射極電流 = 集電極電流 + 基極電流

5. NPN管子：集電極電流 = 發(fā)射極電流 + 基極電流

1. PNP管子是發(fā)射極流入后從基極和集電極流出，NPN管子是基極和集電極流入從發(fā)射極流出。

2. PNP管子工作在放大區(qū)時電壓是，Ue>Ub>Uc，NPN管子工作在放大區(qū)時電壓時Uc>Ub>Ue。

3. PNP是共陰極，即兩個PN結(jié)的N結(jié)相連做為基極，另兩個P結(jié)分別做集電極和發(fā)射極;電路圖里標示為箭頭朝內(nèi)的三極管。NPN則相反。

4. PNP管子：發(fā)射極電流 = 集電極電流 + 基極電流

5. NPN管子：集電極電流 = 發(fā)射極電流 + 基極電流

一、概念不同

1.NPN型三極管由三個半導體組成，包括兩個N型和一個P型半導體，中間是P型半導體，兩側(cè)是兩個N型半導體。 NPN型三極管是電子電路中最重要的器件之一，它主要起放大作用，是電流控制雙極器件。2.PNP型三極管是由兩個P型半導體之間夾著1個N型半導體構成的三極管。

二、PN結(jié)元件方向不同

1.PNP為公共陰極，即兩個PN結(jié)的N結(jié)連接為基極。整體上，PNP就像NPN反方向工作。

2.NPN相反，NPN的兩個P結(jié)分別是集電極和發(fā)射極。

三、PN結(jié)元件方向不同

1.PNP為公共陰極，即兩個PN結(jié)的N結(jié)連接為基極。整體上，PNP就像NPN反方向工作。

2.NPN相反，NPN的兩個P結(jié)分別是集電極和發(fā)射極

四、特性不同

1.PNP三極管的特性曲線圖，它具有與NPN相反的特件曲線。PNP管的基極電位最高時，其集電極電位最低，兩個PN結(jié)在基極正向偏置條件下處于反向偏置狀態(tài)，當基極正向偏置時，集電極-發(fā)射極導通壓降很小，呈現(xiàn)出PNP管的共射極特性曲線。 曲線的左邊相當于電阻的并聯(lián)部分，曲線的右邊相當于兩個二極管的串聯(lián)電路。因此，這里和輸出特性的切割區(qū)域相當于兩個二極管串聯(lián)時的導通區(qū)域。

2.NPN三極管的電流放大原理在于，由多個雜質(zhì)的結(jié)晶構造而成的晶體結(jié)構對稱，可視為中性的N型半導體(電子和空六的平衡濃度相同)，其中電子濃度等于空穴濃度。通常在基極施加電壓時，空六會移動到基極形成所謂電荷積累的層，導致電荷從集電極和發(fā)射極移動。 當晶體中的載流子受到外電場的作用時，會從晶體的一端移動到另一端。 晶體兩端的電壓差越大，晶體管對電流的放大作用就越強

五、電流控制原理不同

1.PNP是共陰型晶體管，是兩個P型半導體之間夾著1個N型半導體構成的三極管。因此，PNP是受控“載流子”的流動。

2.NPN相反，NPN的兩個P結(jié)分別是集電極和發(fā)射極。其基極上的P型半導體材料成為基區(qū)載流子空六注入的源。 因此，NPN是受控“空穴”的流動。

六、應用不同

1.在功率放大電路中，如果采用NPN晶體管作為功率放大器，輸出級通常采用共射放大電路的形式。在共射放大電路中，輸入信號是從基極輸入的。但是，由于NPN晶體管的基極電壓低于集電極電壓(Vcc)因此信號不能直接從電源正極輸入到基極。因此，為了使信號能夠從電源正極輸入到基極，需要在電路中添加一個上偏置電阻(Rb)，將輸入信號與上偏置電阻(Rb)的分壓器一起加到基極上。 這樣就可以實現(xiàn)信號從電源正極到基極的輸入了。 同時為了保證放大器的正常工作，還需要在電路中添加一個下偏置電阻(Rc)，將集電極電壓(Vcc)與下偏置電阻(Rc)的分壓器一起加到發(fā)射極上。這樣就可以實現(xiàn)放大器的正常工作了。

基本結(jié)構和工作原理NPN型三極管：由兩塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體組成。當基極加正電壓，發(fā)射極開路或接低電位時，發(fā)射極注入少數(shù)載流子，由于集電極與發(fā)射極之間是N型耗盡區(qū)，可以形成電荷輸送效應，從而有很大的集電電流輸出。

PNP型三極管：由兩塊P型半導體中間夾著一塊N型半導體組成。電流從發(fā)射極流向集電極，其工作原理是基于P型基區(qū)、N型發(fā)射區(qū)和N型集電區(qū)之間的電子流動和電荷控制。

02主要特性和應用NPN型三極管：具有電流放大作用，廣泛應用于電子器件中，如放大器和開關電路。其特點是基極電流控制集電極電流，適用于需要較大放大倍數(shù)的電路。

PNP型三極管：同樣具有電流放大作用，但在實際使用中常常利用其電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩Ｔ谛枰碗妷候?qū)動或反向電壓控制的場合中表現(xiàn)優(yōu)異。

03主要參數(shù)NPN型三極管：集-射最大反向電壓(VCEO)、集電極工作電流(ICRM)、集電極最大功率(PCM)、電流放大倍數(shù)(HFE)、特征頻率(FT)等。

PNP型三極管：雖然具體參數(shù)與NPN型相似，但由于其工作原理和應用場景的不同，某些參數(shù)可能會有所差異。

04選擇和應用建議選擇NPN型還是PNP型三極管，主要取決于電路的具體需求，包括電流放大需求、工作電壓范圍、以及電路的特定要求。