三极管NPN与PNP的差异详解

NPN与PNP作为开关管的设计技巧及全系列三极管参数详解

1.1 NPN与PNP的核心差异

NPN与PNP三极管之间的主要区别在于电流流向和电压极性。具体而言，NPN三极管通过B—E结的电流(IB)来控制C—E结的电流(IC)，其E极电位始终最低，而在正常放大状态下，C极电位则通常最高，即VC > VB > VE。相较之下，PNP三极管则利用E—B结的电流(IB)来控制E—C结的电流(IC)，其E极电位为最高，且在正常放大时，C极电位为最低，即VC < VB < VE。

2.2 NPN与PNP作为开关的应用

当三极管被用作开关时，它主要在截至和饱和两种状态之间切换。这两种状态的转换通常通过调整三极管基极的电压Ub来实现，进而控制三极管的导通与断开。

NPN与PNP三极管的工作状态及条件

对于NPN三极管，当Ube小于Uon时，三极管处于断开状态;而Ube大于Uon时，三极管则导通。在常规情况下，Ue接地，因此只需调整Ub，使其大于Uon，便可实现三极管的导通。对于PNP三极管，情况略有不同。为了使其导通，需要满足Ueb大于Uon的条件。由于一般Uc接地，因此仅通过调整Ub可能无法实现导通。通常，需要同时调整Ue和Ub，使Ueb大于Uon，才能确保三极管导通。因此，在实际应用中，通常会设定Ue为一个固定电压值，并通过单独调整Ub来控制三极管的导通与断开。

3.NPN与PNP三极管在电路中的应用

在电路中，NPN三极管通常适合作为开关使用，特别是当它被放置在接地端时。相比之下，PNP三极管则更适合在电源端进行开关操作。

当我们使用芯片I/O口来控制LED灯时，由于I/O口的逻辑电平通常为高电平约3V和低电平约0.3V，这使得我们可以直接控制NPN管的开关状态，而通常不直接控制PNP管。

在我们的前控板设计中，对于LED的控制电路，采用NPN三极管对地连接是较为合适的选择。此外，为了更好地控制双色灯，建议使用共阳双色灯。

以下是NPN和PNP三极管在电路中的普遍用法：

当NPN三极管的基极高电压时，其集电极与发射极将短路，表示三极管处于工作状态;而当基极低电压时，集电极与发射极则开路，三极管不工作。

对于PNP三极管，基极高电压时，集电极与发射极开路，三极管不工作;但当基极加低电位时，集电极与发射极将短路。

主要区别是电流流向和电压不同：

1. PNP管子是发射极流入后从基极和集电极流出，NPN管子是基极和集电极流入从发射极流出。

2. PNP管子工作在放大区时电压是，Ue>Ub>Uc，NPN管子工作在放大区时电压时Uc>Ub>Ue。

3. PNP是共阴极，即两个PN结的N结相连做为基极，另两个P结分别做集电极和发射极;电路图里标示为箭头朝内的三极管。NPN则相反。

4. PNP管子：发射极电流 = 集电极电流 + 基极电流

5. NPN管子：集电极电流 = 发射极电流 + 基极电流

1. PNP管子是发射极流入后从基极和集电极流出，NPN管子是基极和集电极流入从发射极流出。

2. PNP管子工作在放大区时电压是，Ue>Ub>Uc，NPN管子工作在放大区时电压时Uc>Ub>Ue。

3. PNP是共阴极，即两个PN结的N结相连做为基极，另两个P结分别做集电极和发射极;电路图里标示为箭头朝内的三极管。NPN则相反。

4. PNP管子：发射极电流 = 集电极电流 + 基极电流

5. NPN管子：集电极电流 = 发射极电流 + 基极电流

一、概念不同

1.NPN型三极管由三个半导体组成，包括两个N型和一个P型半导体，中间是P型半导体，两侧是两个N型半导体。 NPN型三极管是电子电路中最重要的器件之一，它主要起放大作用，是电流控制双极器件。2.PNP型三极管是由两个P型半导体之间夹着1个N型半导体构成的三极管。

二、PN结元件方向不同

1.PNP为公共阴极，即两个PN结的N结连接为基极。整体上，PNP就像NPN反方向工作。

2.NPN相反，NPN的两个P结分别是集电极和发射极。

三、PN结元件方向不同

1.PNP为公共阴极，即两个PN结的N结连接为基极。整体上，PNP就像NPN反方向工作。

2.NPN相反，NPN的两个P结分别是集电极和发射极

四、特性不同

1.PNP三极管的特性曲线图，它具有与NPN相反的特件曲线。PNP管的基极电位最高时，其集电极电位最低，两个PN结在基极正向偏置条件下处于反向偏置状态，当基极正向偏置时，集电极-发射极导通压降很小，呈现出PNP管的共射极特性曲线。 曲线的左边相当于电阻的并联部分，曲线的右边相当于两个二极管的串联电路。因此，这里和输出特性的切割区域相当于两个二极管串联时的导通区域。

2.NPN三极管的电流放大原理在于，由多个杂质的结晶构造而成的晶体结构对称，可视为中性的N型半导体(电子和空六的平衡浓度相同)，其中电子浓度等于空穴浓度。通常在基极施加电压时，空六会移动到基极形成所谓电荷积累的层，导致电荷从集电极和发射极移动。 当晶体中的载流子受到外电场的作用时，会从晶体的一端移动到另一端。 晶体两端的电压差越大，晶体管对电流的放大作用就越强

五、电流控制原理不同

1.PNP是共阴型晶体管，是两个P型半导体之间夹着1个N型半导体构成的三极管。因此，PNP是受控“载流子”的流动。

2.NPN相反，NPN的两个P结分别是集电极和发射极。其基极上的P型半导体材料成为基区载流子空六注入的源。 因此，NPN是受控“空穴”的流动。

六、应用不同

1.在功率放大电路中，如果采用NPN晶体管作为功率放大器，输出级通常采用共射放大电路的形式。在共射放大电路中，输入信号是从基极输入的。但是，由于NPN晶体管的基极电压低于集电极电压(Vcc)因此信号不能直接从电源正极输入到基极。因此，为了使信号能够从电源正极输入到基极，需要在电路中添加一个上偏置电阻(Rb)，将输入信号与上偏置电阻(Rb)的分压器一起加到基极上。 这样就可以实现信号从电源正极到基极的输入了。 同时为了保证放大器的正常工作，还需要在电路中添加一个下偏置电阻(Rc)，将集电极电压(Vcc)与下偏置电阻(Rc)的分压器一起加到发射极上。这样就可以实现放大器的正常工作了。

基本结构和工作原理NPN型三极管：由两块N型半导体中间夹着一块P型半导体组成。当基极加正电压，发射极开路或接低电位时，发射极注入少数载流子，由于集电极与发射极之间是N型耗尽区，可以形成电荷输送效应，从而有很大的集电电流输出。

PNP型三极管：由两块P型半导体中间夹着一块N型半导体组成。电流从发射极流向集电极，其工作原理是基于P型基区、N型发射区和N型集电区之间的电子流动和电荷控制。

02主要特性和应用NPN型三极管：具有电流放大作用，广泛应用于电子器件中，如放大器和开关电路。其特点是基极电流控制集电极电流，适用于需要较大放大倍数的电路。

PNP型三极管：同样具有电流放大作用，但在实际使用中常常利用其电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。在需要低电压驱动或反向电压控制的场合中表现优异。

03主要参数NPN型三极管：集-射最大反向电压(VCEO)、集电极工作电流(ICRM)、集电极最大功率(PCM)、电流放大倍数(HFE)、特征频率(FT)等。

PNP型三极管：虽然具体参数与NPN型相似，但由于其工作原理和应用场景的不同，某些参数可能会有所差异。

04选择和应用建议选择NPN型还是PNP型三极管，主要取决于电路的具体需求，包括电流放大需求、工作电压范围、以及电路的特定要求。