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三极管的工作原理

时间:2010-04-13 21:13:20来源:原创 作者:admin 点击:

 

 

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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