三极管的工作原理 三极管, 工作原理

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三极管的工作原理：



三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例明一下三极管放大电路的基本原理。

一、电流放大


下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用：集电极电流受基极电流的控制（假设电源 提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变 化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，我们把β叫做三极管的放大倍数（β远大于1，例如几十，几百）。我们将一个变化的小信号加到基极跟发射 极，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。

二、偏置电路


三极管在的放大电路中使用时，还加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流在输入电压 大到程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。当基极与发射极的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但中要放大的信号往往远比 0.7V要小，不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（小于0.7V时，基极电流都是0）。我们事先在三极管的基极上加上一 个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb用来提供电流的，它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟偏置电流叠加在一起时，小 信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因输出信号范围的要求，没有加偏置，那么只有对那些的 信号放大，而对减小的信号无效（没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了）。而加上偏置，事先让集电极有的电流，当输入的基极电流变小时，集电极 电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。

三、开关作用


下面说说三极管的饱和。像上面那样的图，受到电阻 Rc的限制（Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压），集电极电流是不能无限下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大 时，三极管就进入了饱和。判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和之后，三极管的集电极跟发射极的电压将很小，可以理解为 一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；当基极电流很 大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。三极管主要工作在截止和饱和，那么这样的三极管我们把它叫做开关管。

四、工作


我们在上面图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。基极电流比较大时（大于流过灯泡的电流除以三极管 的放大倍数 β），三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。控制电流只比灯泡电流的β分之一大一点就行了，就可以用一个小电流来控制一个大电流的通 断。基极电流从0慢慢，那么灯泡的亮度也会随着（在三极管未饱和之前）。

对于PNP型三极管，分析方法类似，不同的地方电流方向跟NPN的刚好相反，发射极上面那个箭头方向也反了过来——变成朝里的了。



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