晶体三极管、场效应管和可控硅这三个元件是否它们的控制极供电形式都一样?
晶体三极管、场效应管和可控硅这三个元件是否它们的控制极供电形式都一样?
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晶体三极管、场效应管和可控硅这三个元件是否它们的控制极供电形式都一样?
答:晶体三极管、场效应管和可控硅相同之处都是半导体材料制作的电子元器件,它们三者之间控制极的形式都不一样。
晶体三极管英语缩写为BJT,晶体三极管种类繁多,分为NPN型和PNP型,它有三个极,基极b、集电极c、发射极e表示。无论是哪种形式它们都是一种控制电流的半导体器件。其作用的是基极的微弱电流信号变化会引起集电极上的较大电流变化。
♣三极管的放大区要从晶体三极管输出特性曲线簇中看出。见下图所示
它里面涉及到厄尔利电压和晶体三极管的三种状态的伏安特性图;所谓的伏安特性就是三极管工作的直流电压(V高低),和三极管基极电流值(uA、mA级别);用画图方式就是横坐标与纵坐标,横坐标表示三极管的直流电压高低,纵坐标表示三极管基极电流值的大小。
三极管电路根据它的输入信号和输出信号的公共点不同,可分为共发射级(应用范围为放大电路、开关电路等场合)、共集电极(主要有阻抗变换电路等)、共基极(高频放大、振荡等)三种接法,以共发射级电路应用最广泛。它们三种电路的输入阻抗不同,输入与输出电压的相位除共发射级的为反向180⁰,另外两种都是同相。
以共发射级放大电路来说,所谓的截止区简单理解为就是三极管的完整电路中,基极未加上三极管导通的微小电流,它一直处于不放大状态,要使三极管处于放大区的条件(硅材料的PNP或者NPN三极管),它的发射结正偏Vʙᴇ≥0.7V,集电结反偏Vᴄᴇ>0.3V:这样才能满足三极管正向受控作用,满足Iᴄ=βIʙ+Iᴄᴇᴏ条件。所谓的饱和区,就是三极管基极控制电流的最大值,超过了这个范围,它的放大能力就没有了,超过放大区后,三极管的Iᴄ电流值就再与基极Iʙ不是按照比例来变化的。
♦场效应管有三个极,漏极用D表示,源极用S表示,中间栅极用G表示,见下图所示
场效应管的类型根据工艺结构进行分类场效应管可分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管(mos)两类。
根据导电沟道所用的材料进行分类场效应管可分为n型沟道和p型沟道两种。
根据零棚压条件下源、漏极通断状态进行分类场效应管可分为耗尽型和增强型两种,当栅偏压为0时存在较大的漏极电流的场效应管被称为耗尽型场效应管,只有当栅偏压达到一定值时才有漏极电流的场效应管被称为增强型场效应管。
场效应晶体管的特性具有输入阻抗非常高(可达100 ~ 10¹⁵Ω,这是普通晶体管所不能达到的),而且它的噪声低,动态范围大,抗干扰能力强,是理想的电压放大与开关器件。
场效应管它的中间极不能通过电流来控制其他两个极,而是从中间极输入电压来控制通过其他两个极的电流,它属于电压控制型半导体器件。场效应管工作原理用一句话来说:漏极→源极间流经沟道的电流,是用栅极与沟道间的PN结形成的反偏的栅极电压来控制的。
♥可控硅,英文名称为Silicon Controlled Rectifier,简写为SCR,是可控硅整流元件的简称,现在人们叫它晶闸管。
晶闸管全称为晶体闸流管,是一种半导体器件,晶闸管最主要的特点是能用微小的功率控制较大的功率,因此常用于电机驱动控制电路以及在申源中作过载保护器件等。常见的晶闸管主要有单向晶闻管、双向晶闸管等,工业自动化控制、电力系统中功率比较大的还有门极可关断晶闸管,简称GTO,电力双极性晶闸管(GTR)及晶闸管模块QTM。下面简单介绍一下单相晶闸管和双向晶闸管
★单向晶闸管(SCR)又称可控硅,是一种可控整流电子元器件,触发后只能单向导通,,其阳极A与阴极K之间加有正向电压,同时控制极G与阴极间加上所需的正向触发电压时,方可被触发导通,该管导通后即失去掉触发电压,仍能保持导通状态。单相晶闸管实物图及符号见下图所示。
单向晶闸管(SCR)内有3个PN结,由P-N-P-N共4层组成,其实物外形如上图所示,它被广泛应用于可控整流、交流调压、逆变器和开关电源电路中。
双向晶闸管又称双向可控硅,与单向晶闸管一样,也具有触发控制特性。不过,它的触发控制特性与单向晶闸管有很大的不同,它具有双向导通的特性,这就是无论在阳极和阴极间接入何种极性的电压,只要在它的控制极上加上一个任意极性的触发脉冲,都可以使双向晶闸管导通。
双向晶闸管是由N-P-N-P-N共5层半导体组成的器件,有第一电极(TI)、第二电极(T2)、控制极(G) 3个电极,在结构上相当于两个单向晶闸管反极性并联。如图下所示。
上图为双向晶闸管的实物外形和符号表示。该类晶闸管在电路中一般用于调节电压、电流或用作交流无触点开关使用。虽然各种品闸管的种类不同,但其型号的命名规则基本相同,都是由产品名称、类型、额定通态电流值以及重复峰值电压级数等构成的。
知足常乐2022.7.3日于上海
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三极管、场效应管、可控硅都是常见的电子元器件
三极管、场效应管、可控硅都有三个引脚,但它们的功能是不一样的。三极管是电流控制型器件,场效应管是电压控制器器件,可控硅是电流触发型器件。
三极管
三极管有基极(B),集电极(C),发射极(E)三个引脚;由两个PN结组成,可以排列为NPN型或者PNP型。
三极管有三个工作区:截止区、放器区、饱和导通区;通过基极(B)电流控制集电极(C)电流,Ic=β*Ib。
NPN三极管:控制电流Ib从基极(B)流入,驱动电流Ic从集电极(C)流入。
PNP三极管:控制电流Ib从基极(B)流出,驱动电流Ic从集电极(C)流出。
三极管可以用于设计电流、电压信号放大电路。
三极管也可以用于驱动小功率的直流负载,比如LED、蜂鸣器、直流电机、继电器等等
场效应管
场效应管功能与三极管类似,但场效应管是电压驱动型的器件。场效应管有栅极(G)、漏极(D)、源极(S)三个引脚。分为N沟道(漏极和源极接在N型半导体上)和P沟道(漏极和源极接在P型半导体上)两种。
N沟道场效应管:当Vgs>0时场效应管开始导通,电流可以从漏极(D)源极(S),也可以从源极(S)漏极(D),当然Vgs要达到一定的开启电压才可以稳定的导通。
P沟道场效应管:当Vgs<0时场效应管开始导通,电流可以从漏极(D)源极(S),也可以从源极(S)漏极(D),当然Vgs要达到一定的开启电压才可以稳定的导通。
场效应管同样可以用于设计信号放大电路
由于场效应管导通后内阻很小,可以用于驱动更大功率的直流负载。很多三极管无法驱动的负载都可以用场效应管来驱动。
可控硅(晶闸管)
可控硅也叫晶闸管,可控硅分单向可控硅和双向可控硅,是大功率的驱动器件。它的导通由控制极(G)控制。只需要给控制极(G)提供一个脉冲的电流信号就可以触发可控硅导通,不需要持续施加触发信号,可以说是“一触即发”。
单向可控硅(晶闸管):电流从A极流向K极。
双向可控硅(晶闸管):电流可以从T1极流向T2极,也可以从T2极流向T1极。双向可控硅(晶闸管)还可以用于驱动交流负载。
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三极管是流控型器件,MOS管是压控型器件,可控硅不单单是流控型器件,稍微复杂一点。分别介绍。
三极管的控制方式
三极管是常用的电子元器件,可以用作开关,也可以用作信号放大。三极管分为NPN型和PNP型,当三极管的PN结正向偏置之后,三极管导通。NPN三极管和PNP三极管的控制方式如下图所示。
对于NPN三极管而言:
在基极是高电平时,三极管导通;
在基极是低电平时,三极管截至。
对于PNP三极管而言:
在基极是高电平时,三极管截至;
在基极是低电平时,三极管导通。
MOS管的控制方式
MOS管是压控型的器件,与三极管相比较,其过电流能力会更大。MOS管分为NMOS管和PMOS管。其导通条件不一样。NMOS管,在Vgs>0时导通,Vgs<0截至;PMOS管,在Vgs<0时导通,Vgs>0截至;其控制方式如下图所示。
可控硅的控制方式
可控硅的控制方式稍微复杂一点,可控硅共有四个工作象限,而且可控硅一旦导通,仅仅移除门极触发信号后,依然导通不会关断。其控制方式如下图所示。
可控硅的导通条件:门极存在满足条件的触发电流,T1和T2存在大于管压降的电压。
可控硅的截至条件:门极触发信号移除,T1和T2之间的电流小于维持电流。
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晶体三极管(JBT)、场效应管(MOS)和可控硅(SCR)这三个半导体器件虽然在有的外观封装上去看几乎一模一样,比如这三个管子外观尺寸TO-92A的封装形式或者SOT-32贴片的封装形式它们的外形张的几乎一样,但在电子电路中扮演的“角色”却有着很大的不同。下面我们就针对这三个器件的控制极供电形式的不同之处和朋友们聊一聊。
晶闸管的功能与特点
我们先说一下可控硅吧,可控硅真正的名字叫晶闸管(SCR)。它在半导体家庭成员中充当可控整流的作用、也可以作为可控开关使用,比如在智能照明中的调光控制输出模块中使用的就是晶闸管。这个管子也是以”弱”控“强”的典范,即为用微小的功率去控制较大的功率。因此我们可以在电动机驱动控制电路和电源过载保护电路中找到它。
从外观看可控硅有三个引脚,我们分别叫这三个脚的名称是阳极A、阴极K和控制极(也称为门极)G;从内部看可控硅是由三个PN节构成,我们可以看作它是由一个PNP三极管和NPN三极管交错的结构,其等效结构图如下面所表示 的那样。
下面我们谈一下如何使可控硅导通,从上图我们能看到如果在门极加上一个较小的电压Ug,然后可控硅阳极A和阴极K间加上一个合适的正向电压的话,这时可控硅就可以导通了,此时如果把门极的触发电压撤销之后可控硅仍然处于导通状态。
这时候我们可以知道可控硅的门极所给的信号是一个具有一定幅值的脉冲信号,这个信号的的宽度和所加在门极上的时机是有一定要求的,否则会造成“不同步”,达不到控制的要求;可控硅导通后其电流的方向是从阳极A流入从阴极K流出的。
场效应管的功能和特点
下面我要说的半导体器件“家族”中的另一个成员是场效应管,简称MOS管。场效应管也有三条腿,我们分别称为栅极G、源极S和漏极D。
从上图的场效应管内部来看它的源极S和漏极D是对称的,有时候在使用过程中源极S和漏极D是可以互换使用的。当场效应管的栅极Ug加上一定的电压时,场效应管就会导通。这时栅极所加的电压要持续不断这样场效应管才能持续导通,一但栅极电压撤销那么场效应管就会截止,因此场效应管的控制极要持续不停的供电才可以维持管子的导通。这和晶闸管是不同的。另外由于管子的源极S和漏极D是可以互换的,因此其通过管子的电流可以从源极S流向漏极D也可以从漏极D流向源极S,这要根据电路的具体情况而定,这一点和可控硅也是不同的。
三极管的功能和特点
最后说说半导体“家族”中采用最多的一个成员那就是三极管。三极管在电路中与前面说的两个器件是不同的,它具有电流放大功能。我们知道晶闸管是根据其内部具有强烈的电流正反馈作用而使管子导通;场效应管是由于电场的作用“打通”了PN结,使管子导通;那么三极管是由于什么原因促使其导通的呢?我们从三极管的内部可见其端倪。
有示意图可知,要使三极管导通必须符合以下条件,我们先要给三极管基极一个基极电流;然后三个电极之间要构成一定的偏压条件,那就是发射结要给予正向电压、集电结要给予反向电压之后,对于NPN三极管来说才有电流从集电极C流向发射极E(对于PNP三极管电流则是从发射极E流向集电极C的),由此可知三极管是一个电流型的控制器件。三极管和场效应管功能类似,都可以作为信号放大、振荡和调制用。
以上是我对晶体三极管、场效应管和可控硅这三个元件控制极供电形式的理解,欢迎朋友们积极参与这个话题的讨论!敬请关注电子及工控技术,欢迎转载,请随手点赞1
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这三种元器件的控制极供电形式有所不同,三极管和场效应管属于放大型器件,供电形式比较类似,不过晶体三极管是电流控制型器件,以基极输入的微小电流控制集电极较大的电流,是电流控制电流。场效应管则属于电压控制型器件,以栅极和源极之间的电压来控制漏极电流,是电压控制电流。而可控硅不属于放大型器件,应用上类似于继电器,以较小的触发电流来控制大电流的开启关断。
1,晶体三极管。
三极管工作在放大状态时,必须为各极提供合适的直流偏置电压,才能通过输入小的交流信号实现输出放大,目的是将交流信号的电位抬高,以实现不失真的放大。常见并比较实用的有分压偏置,如上图。另外根据管型的不同偏置电压极性也不相同。
2,场效应管
场效应管是根据栅极和源极之间的电压来控制漏极电流大小的,和三极管的电流控制电流不同,分为结型场效应管和MOS场效应管,每一种都有P沟道和N沟道之分,其中MOS场效应管又分为增强型和耗尽型,增强型MOS管必须加一定的栅源偏置电压,才会产生漏极电流,而耗尽型却可以加正负偏压或零偏。场效应管常见的偏置电路有固定偏置、自给偏置和分压自给偏置三种,其中分压自偏电路使用最多,如上图,增强型和耗尽型都能适用。
3,可控硅
可控硅分为单向可控硅和双向可控硅,区别是单向可控硅由控制极加触发电流导通后,电流只能从阳极向阴极导通,一旦导通控制极也就失去了作用,要想关断只能是阳极和阴极电压极性反向或电压降低至一定值,如上图,单向可控硅符号相当于整流二极管中间加了一个控制极,利用它便可实现可控整流。而双向可控硅触发脉冲的极性改变时,导通方向会随着极性的不同而改变,所以可以控制交流负载,通过调节触发脉冲即可实现电机调速等应用。
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