一文详解三极管的工作原理

三极管是电子元器件中常常会见到的一类，也是在构成功能复杂的电路起到重要作用的一类器件。

不过相比于电阻，电感，二极管等的元件，三级管相对来说更难以理解，很多人也是直接被三极管劝退。

其实只要从基本原理出发，三极管不是那么难以理解的，本篇就来剖析一下三极管。

三极管有三个工作状态;截止、放大、饱和;放大状态很有学问也很复杂，多用于集成芯片，比如运放，现在不讨论;其实对信号的放大我们通常用运放处理。

三极管更多的是做一个开关管来使用，且只有截止、饱和两个状态。截止状态看作是“关”，饱和状态看作是“开”，Ib≥1mA时，完全可以保证三极管工作在饱和状态，对于小功率的三极管此时Ic为几十到几百mA，驱动继电器、蜂鸣器等功率器件绰绰有余。

把三极管箭头理解成一个开关，如图1为NPN型三极管，按下开关S1，约1mA的Ib流过箭头，箭尾比箭头电压高0.6V~0.7V(钳位电压)，三极管工作在饱和状态，c极到e极完全导通，c极电平接近0V(GND);负载RL两端压降接近5V。

Ib与Ic电流都流入e极，根据电流方向，e极为低电平，应接地，c极接负载和电源。

图1：NPN三极管

如图2为PNP型三极管，按下开关S2，约1mA的Ib流过箭头，箭尾比箭头电压高0.6V~0.7V(钳位电压)，三极管工作在饱和状态，e极到c极完全导通，c极电平接近5V;负载RL两端压降接近5V。

Ib与Ic电流都流出e极，根据电流方向，e极为高电平，应接电源，c极接负载和地。

图2：PNP三极管

如图3，对于NPN三极管，更应该在b极加一个下拉电阻(2~10k)，一是为了保证b、e极间电容加速放电，加快三极管截止;二是为了保证给三极管b极一个已知逻辑状态，防止控制输入端悬空或高阻态时对三极管工作状态的不确定。

图3：NPN三极管加下拉电阻

如图4，对于PNP三极管，更应该在b极加一个上拉电阻(2~10k)，原理同上。

图4：PNP三极管加上拉电阻

如图4和图5，对于感性负载，必须在负载两端并一个反向的续流二极管;三极管在关断时，线圈会自感产生很高的反向电动势，而续流二极管提供的续流通路，同时钳位反向电动势。防止击穿三极管。

续流二极管的选型必须是快恢复二极管或肖特基二极管，两者响应速度快。

图5：NPN三极管驱动蜂鸣器

如图5，对于某些控制信号为低电平时，可能并不是真正的0V，一般在1V以内，为保证三极管完全截止，不得不在三极管b极加一个反向稳压管或正向二极管，以提高三极管导通的阈值电压(或钳位电压);根据经验，推挽输出的数字信号不用加;OC输出、二极管输出以及延时控制有必要加;通常稳压管正常的工作电流≥1mA。

图6：NPN三极管驱动继电器

如图6，为三极管延时导通，快速关断的一个仿真电路，D1、R2、C1、D2构成延时导通Q2的回路，C1的电压为12V的时候Q2导通;R3、Q1、R4、R1构成快速关断Q2的回路，C1通过R3和Q1快速放电。

图7：用三极管实现继电器的延时控制

要点：

对于NPN三极管，在不考虑三极管的情况下，b极电阻与下拉电阻的分压必须大于0.7V(箭头两端压降)，PNP同理;

b极电流必须≥1mA可保证三极管处于饱和状态，此时Ic满足三极管最大的驱动能力。

另外，对于三极管的放大倍数β，指的是输出电流的驱动能力放大了β，比如100倍，并不是把输出电流真正的放大了100倍;切记。