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三極管的工作原理

時間:2010-04-13 21:13:20來源:原創 作者:admin 點擊:

 

 

三極管的工作原理:

 


 


三極管是電流放大器件,有三個極,分別叫做集電極C,基極B,發射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發射極放大電路為例明一下三極管放大電路的基本原理。



一、電流放大



下面的分析僅對于NPN型硅三極管。如上圖,我們把從基極B流至發射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發射極E的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個電流的方向都是流出發射極的,發射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用:集電極電流受基極電流的控制(假設電源 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,會引起集電極電流很大的變化,且變化滿足的比例關系:集電極電流的變化量是基極電流變 化量的β倍,即電流變化被放大了β倍,我們把β叫做三極管的放大倍數(β遠大于1,例如幾十,幾百)。我們將一個變化的小信號加到基極跟發射 極,這就會引起基極電流Ib的變化,Ib的變化被放大后,導致了Ic很大的變化。集電極電流Ic是流過一個電阻R的,那么根據電壓計算公式 U=R*I 可以算得,這電阻上電壓就會發生很大的變化。我們將電阻上的電壓取出來,就得到了放大后的電壓信號了。


二、偏置電路



三極管在的放大電路中使用時,還加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是三極管BE結的非線性(相當于一個二極管),基極電流在輸入電壓 大到程度后才能產生(對于硅管,常取0.7V)。當基極與發射極的電壓小于0.7V時,基極電流就可以認為是0。但中要放大的信號往往遠比 0.7V要小,不加偏置的話,這么小的信號就不足以引起基極電流的改變(小于0.7V時,基極電流都是0)。我們事先在三極管的基極上加上一 個合適的電流(叫做偏置電流,上圖中那個電阻Rb用來提供電流的,它被叫做基極偏置電阻),那么當一個小信號跟偏置電流疊加在一起時,小 信號就會導致基極電流的變化,而基極電流的變化,就會被放大并在集電極上輸出。另一個原因輸出信號范圍的要求,沒有加偏置,那么只有對那些的 信號放大,而對減小的信號無效(沒有偏置時集電極電流為0,不能再減小了)。而加上偏置,事先讓集電極有的電流,當輸入的基極電流變小時,集電極 電流就可以減小;當輸入的基極電流增大時,集電極電流就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。


三、開關作用



下面說說三極管的飽和。像上面那樣的圖,受到電阻 Rc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限下去的。當基極電流的增大,不能使集電極電流繼續增大 時,三極管就進入了飽和判斷三極管是否飽和的準則是:Ib*β〉Ic。進入飽和之后,三極管的集電極跟發射極的電壓將很小,可以理解為 一個開關閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當作開關使用:當基極電流為0時,三極管集電極電流為0(這叫做三極管截止),相當于開關斷開;當基極電流很 大,以至于三極管飽和時,相當于開關閉合。三極管主要工作在截止和飽和,那么這樣的三極管我們把它叫做開關管。


四、工作



我們在上面圖中,將電阻Rc換成一個燈泡,那么當基極電流為0時,集電極電流為0,燈泡滅。基極電流比較大時(大于流過燈泡的電流除以三極管 的放大倍數 β),三極管就飽和,相當于開關閉合,燈泡就亮了。控制電流只比燈泡電流的β分之一大一點就行了,就可以用一個小電流來控制一個大電流的通 斷。基極電流從0慢慢,那么燈泡的亮度也會隨著(在三極管未飽和之前)。


對于PNP型三極管,分析方法類似,不同的地方電流方向跟NPN的剛好相反,發射極上面那個箭頭方向也反了過來——變成朝里的了。

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