對(duì)三極管放大作用的理解

1、摘 要：對(duì)三極管放大作用的理解，切記一點(diǎn)：能量不會(huì)無(wú)緣無(wú)故的產(chǎn)生，所以，三極管一定不會(huì)產(chǎn)生能量。三極管是一個(gè)電流控制元件：它可以通過(guò)小電流控制大電流。根據(jù)其電流的大小可以判定不同的工作狀態(tài)。 關(guān)鍵詞：三極管；電流控制；工作狀態(tài) 1 三種工作狀態(tài)的特點(diǎn) 1.1 三極管飽和狀態(tài)下的特點(diǎn) 要使三極管處于飽和狀態(tài)，必須基極電流足夠大，即IsIBs。三極管在飽和時(shí)，集電極與發(fā)射極間的飽和電壓(Uces)很小，根據(jù)三極管輸出電壓與輸出電流關(guān)系式       三極管飽和時(shí)，基極電流很大，對(duì)硅管來(lái)說(shuō)，發(fā)射結(jié)的飽和壓降UBEC=0.7V(鍺管

2、UBEC=-0.3V)，而UCES=0見(jiàn)，UBE>0,UBC>0,也就是說(shuō)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。 三極管飽和后，C、E間的飽和電阻RcEs=UcEsIcs，UcEs很小，Ics最大，故飽和電阻RcEs很小。所以說(shuō)三極管飽和后C、E問(wèn)視為短路，飽和狀態(tài)的NPN型三極管等效電路如圖1所示。   1.2 三極管截止?fàn)顟B(tài)下的特點(diǎn) 要使三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，必須基極電流IS=0,此時(shí)集電極IC=ICEO0(ICEO穿透電流，極小)，根據(jù)三極管輸出電壓與輸出電流關(guān)系式UCE=EC-ICRC,集電極與發(fā)射極間的電壓UCEEC。 三極管截止時(shí)，基極電流IB=0，而集電極與發(fā)射極間的電壓

3、UCEEc。可見(jiàn)，UBE0,UBC<0,也就是說(shuō)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反偏。 三極管截止后，C、E間的截止電阻RceUcEIc，UcEs很大，等于電源電壓，Ics極小，C、E間電阻RcE很大，所以，三極管截止后C、E間視為開路，截止?fàn)顟B(tài)的NPN型三極管等效電路如圖1b。 1.3 三極管放大狀態(tài)下的特點(diǎn)  要使三極管處于放大狀態(tài)，基極電流必須為：0<IBUBE=0.7V(緒管)UBE=-0.3V,三極管在放大狀態(tài)時(shí)，集電極與發(fā)射極間的電壓UCE>1以上，UBE>0,UBC<0,也就是說(shuō)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 三極管在放大狀態(tài)時(shí)，IB與Ic成唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

4、當(dāng)IB增大時(shí)，Ic也增大，并且IB增大一倍，Ic也增大一倍。所以，Ic主要受IB控制而變化，且Ic的變化比IB的變化大得多，即集電極電流Ic=×IB。 三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)如表1所示。 2 確定電路中三極管的工作狀態(tài) （1）利用三極管三種工作狀態(tài)的特點(diǎn)和等效電路來(lái)分析實(shí)際電路中三極管的工作狀態(tài)。 例題：圖2所示放大電路中，已知EC=12V,=50,R1=1k,Rb=220k,Rc=2K，其中R為輸入耦合電容在該位置的等效阻抗。問(wèn)：當(dāng)輸入信號(hào)最大值為730mV，最小值為730mV時(shí)，能否經(jīng)該電路順利放大?當(dāng)=150時(shí)，該電路能否起到正常放大作用? 分析：當(dāng)向三極管的基極輸入正極性信

5、號(hào)時(shí)，其基極電流會(huì)增大，容易進(jìn)入飽和狀態(tài)：當(dāng)向三極管的基極輸入負(fù)極性信號(hào)時(shí)，其基極電流會(huì)減小，容易進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。因此，解決輸入信號(hào)送入放大電路能否順利放大，主要是檢查最大值(一般為正極性)的輸入信號(hào)、最小值(一般為負(fù)極性)的輸入信號(hào)是否引起放大電路中三極管進(jìn)入了飽和狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)，如果兩種輸入信號(hào)都沒(méi)有使三極管進(jìn)入飽和、截止?fàn)顟B(tài)，那么該范圍的輸入信號(hào)送入放大電路后能被順利放大。如果兩種輸入信號(hào)使三極管進(jìn)入飽和或截止?fàn)顟B(tài)，則不能順利放大，會(huì)引起信號(hào)飽和失真或截止失真。 解1： 當(dāng)最大值信號(hào)(Ui730mV)輸入時(shí)，假設(shè)會(huì)引起放大電路的三極管進(jìn)入飽和狀態(tài)，則等效電路如圖2所示。 

6、0;     根據(jù)以上計(jì)算可知：IB當(dāng)最小值輸入信號(hào)(Ui=730mV)輸入時(shí)。假設(shè)會(huì)引起放大電路的三極管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，則等效電路如圖3所示。    根據(jù)KVL定律（繞行方向、參考電流方向如圖3），-EC+IRC+IRi+UIi=0，所以，I=(EC-Ui)/（RC+Ri）=12-（-0.73）/(1000+220000)-58A,Uce=IRC+EC-58A×220000+12V=-0.76V 可知：Ube<0，根據(jù)三極管截止?fàn)顟B(tài)的條件UBE0，假設(shè)成立，即當(dāng)最小值輸入信號(hào)(Ui=730mV)輸入時(shí)，放大電路的三極管

7、處于截止?fàn)顟B(tài)。綜上所述，當(dāng)最大值為730mV，最小值為730mV的輸入信號(hào)輸入時(shí)，該放大電路不能順利放大。 根據(jù)以上計(jì)算可知：IB>IBs，根據(jù)三極管飽和狀態(tài)的條件IBIBs，可知，電路中的三極管處于飽和狀態(tài)，即該電路不能起到正常放大作用。（2）根據(jù)三極管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)偏置情況，可以判別其工作狀態(tài)： 對(duì)于NPN三極管，當(dāng)Ube0時(shí)，三極管發(fā)射結(jié)處于反偏工作，則Ib0，三極管工作在截止區(qū)； 當(dāng)晶體三極管發(fā)射結(jié)處于正偏而集電結(jié)處于反偏工作時(shí)，三極管工作在放大區(qū)，Ic隨Ib近似作線性變化； 當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正偏狀態(tài)時(shí)，三極管工作在飽和區(qū)，Ic基本上不隨Ib而變化，失去了放大功能。 截止區(qū)

8、和飽和區(qū)是三極管工作在開關(guān)狀態(tài)的區(qū)域。 那么各種狀態(tài)Ube Ubc Uce有沒(méi)有個(gè)固定的電壓值呢？ 不同的材料，PN結(jié)的勢(shì)壘電壓不一樣，鍺管約0.3V，硅管約0.7V，不同的制造工藝，不同的型號(hào)也有少量差別，但是基本是這個(gè)量級(jí)。要知道準(zhǔn)確值，必須查看輸入特性曲線（類似于二極管正向特性曲線）。 三極管是電流放大器件，有三個(gè)極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來(lái)說(shuō)明一下三極管放大電路的基本原理。 下面的分析僅對(duì)于NPN型硅三極管。如上圖所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電

9、極電流Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個(gè)箭頭來(lái)表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制（假設(shè)電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話），并且基極電流很小的變化，會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變化量的倍，即電流變化被放大了倍，所以我們把叫做三極管的放大倍數(shù)（一般遠(yuǎn)大于1，例如幾十，幾百）。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射極之間，這就會(huì)引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過(guò)一個(gè)電阻R的，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式U=R*I可以算得，這電阻上電壓

10、就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來(lái)，就得到了放大后的電壓信號(hào)了。 三極管在實(shí)際的放大電路中使用時(shí)，還需要加合適的偏置電路。這有幾個(gè)原因。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性（相當(dāng)于一個(gè)二極管），基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生（對(duì)于硅管，常取0.7V）。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時(shí)，基極電流就可以認(rèn)為是0。但實(shí)際中要放大的信號(hào)往往遠(yuǎn)比0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號(hào)就不足以引起基極電流的改變（因?yàn)樾∮?.7V時(shí)，基極電流都是0）。如果我們事先在三極管的基極上加上一個(gè)合適的電流（叫做偏置電流，上圖中那個(gè)電阻Rb就是用來(lái)提供這個(gè)電流的，所以它被叫做基極偏置

11、電阻），那么當(dāng)一個(gè)小信號(hào)跟這個(gè)偏置電流疊加在一起時(shí)，小信號(hào)就會(huì)導(dǎo)致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會(huì)被放大并在集電極上輸出。另一個(gè)原因就是輸出信號(hào)范圍的要求，如果沒(méi)有加偏置，那么只有對(duì)那些增加的信號(hào)放大，而對(duì)減小的信號(hào)無(wú)效（因?yàn)闆](méi)有偏置時(shí)集電極電流為0，不能再減小了）。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當(dāng)輸入的基極電流變小時(shí)，集電極電流就可以減??；當(dāng)輸入的基極電流增大時(shí)，集電極電流就增大。這樣減小的信號(hào)和增大的信號(hào)都可以被放大了。   三極管的飽和情況。像圖4，因?yàn)槭艿诫娮鑂c的限制（Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓），集電極電流是不能無(wú)限增加下去的。當(dāng)

12、基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時(shí)，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)則是：Ib*Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個(gè)開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來(lái)當(dāng)作開關(guān)使用：當(dāng)基極電流為0時(shí)，三極管集電極電流為0（這叫做三極管截止），相當(dāng)于開關(guān)斷開；當(dāng)基極電流很大，以至于三極管飽和時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關(guān)管。 如果我們?cè)趫D4中，將電阻Rc換成一個(gè)燈泡，那么當(dāng)基極電流為0時(shí)，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時(shí)（大于流過(guò)燈泡的電流除以三極管的放大倍數(shù)），三極管就飽和，相當(dāng)于開關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的分之一大一點(diǎn)就行了，所以就可以用一個(gè)小電流來(lái)控制一個(gè)大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也