【技术】如何使用晶体管作为开关及直流电动机控制的应用原理

时间： 2021-08-16 来源：合科泰半导体

技术问答

合科泰半导体在本文主要使用晶体管作为开关及应用示例，包括NPN晶体管用作光控开关、热控开关以及高压情况下的直流电动机控制（驱动器）的应用原理。晶体管由“威廉·肖克利”（William Shockley）于1947 年发明。晶体管是一种三端半导体器件，可用于开关应用，微弱信号的放大，并且成千上万个晶体管相互连接并嵌入一个很小的集成体中。电路/芯片，用于存储计算机内存。晶体管开关，用于打开或关闭电路，这意味着晶体管由于其低功耗而通常仅在低压设备中用作电子设备中的开关。在截止和饱和区域。

晶体管

BJT晶体管的类型

晶体管基本上由两个PN结组成，这些结通过将N型或P型半导体材料夹在一对相对类型的半导体材料之间而形成。

双极结型晶体管分为以下类型：

• NPN

• PNP

BJT晶体管的类型

晶体管具有三个端子，即基极，发射极和集电极。发射极是重掺杂端子，它将电子发射到基极区。基极端子是轻掺杂的，并将发射极注入的电子传递到集电极上。集电极端子是中间掺杂的，并从基极收集电子。

NPN型晶体管是由P型掺杂半导体层之间的两种N型掺杂半导体材料组成的，如上所述。类似地，PNP型晶体管是在N型掺杂半导体层之间的两种P型掺杂半导体材料的组成，如上所述。NPN和PNP晶体管的功能相同，但偏置和电源极性不同。

晶体管开关

如果电路使用BJT晶体管作为开关，则将晶体管NPN或PNP偏置，以使晶体管在如下所示的IV特性曲线的两侧运行。晶体管可以在三种模式下工作：有源区，饱和区和截止区。在有源区域中，晶体管用作放大器。晶体管饱和区（全开）和截止区（全关）的两个工作区用于操作晶体管开关。

经营地区

我们可以从上述特性中观察到，曲线底部的粉红色阴影区域表示截止区域，而左侧的蓝色区域表示晶体管的饱和区域。

禁产区

晶体管的工作条件为零输入基极电流（IB = 0），零输出集电极电流（Ic = 0）和最大集电极电压（VCE），这会导致耗尽层变大且没有电流流过器件。因此，晶体管切换到“完全截止”状态。因此，当使用双极型晶体管作为开关时，我们可以定义截止区域，NPN晶体管的结被反向偏置，VB <0.7v，Ic = 0。同样，对于PNP晶体管，发射极电势必须相对于晶体管的基极为–ve。

然后，当使用双极晶体管作为开关，两个结点都反向偏置，IC = 0且VB <0.7v时，我们可以定义“截止区域”或“关断模式”。对于PNP晶体管，发射极电势必须相对于基极为-ve。

饱和区

在该区域，晶体管将被偏置，从而施加最大的基极电流（IB），从而导致最大的集电极电流（IC = VCC / RL），然后导致最小的集电极-发射极电压（VCE〜0）下降。在这种情况下，耗尽层将变得尽可能小，并且流过晶体管的电流最大。因此，晶体管被“完全导通”。

使用双极NPN晶体管作为开关时，两个结点均被正向偏置，IC =最大值，VB> 0.7v，定义为“饱和区域”或“导通模式”。对于PNP晶体管，发射极电势相对于基极必须为+ ve。

晶体管作为开关的一些基本应用

在晶体管中，除非电流在基极电路中流动，否则没有电流可以在集电极电路中流动。此属性将允许将晶体管用作开关。可以通过改变基极来接通或关断晶体管。由晶体管操作的开关电路有一些应用。在这里，使用NPN晶体管来解释一些使用晶体管开关的应用。

光控开关

该电路通过使用晶体管作为开关来设计，以在明亮的环境中点亮灯泡，在黑暗中将其关闭，并在分压器中使用光敏电阻（LDR）。当环境黑暗时，LDR的电阻会变高。然后，晶体管截止。当LDR暴露在强光下时，其电阻下降到较小的值，从而导致更多的电源电压并提高晶体管的基极电流。现在，晶体管接通，集电极电流流动，灯泡点亮。

热控开关

热敏开关是热控开关电路中的一个重要组成部分。热敏电阻是一种电阻器，可根据周围温度做出响应。当温度较低时，其电阻会增加，反之亦然。当对热敏电阻施加热量时，其电阻会降低，基极电流会增加，而集电极电流会更大，并且警笛会烧断。这种特殊的电路适合用作火灾报警系统。

热控开关

高压情况下的直流电动机控制（驱动器）

考虑到没有电压施加到晶体管，则晶体管变为截止，并且没有电流流过该晶体管。因此，继电器保持关闭状态。直流电动机的电源由继电器的常闭（NC）端子供电，因此当继电器处于OFF状态时，电动机将旋转。在晶体管BC548的基极上施加高电压会导致晶体管导通，并且继电器线圈通电。

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全部评论（1）

七彩风云 Lv6. 高级专家 2021-08-20

学习学习，，，

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