晶体三极管放大的简单原理.docVIP

晶体三极管放大的简单原理 三极管自身并不能把小电流变成大电流，它仅仅起着一种控制作用，控制着电路里的电源，按确定的比例向三极管提供 Ib、Ic 和 Ie 这三个电流。为了容易理解，我们还是用水流比喻电流（见图 1 ）。这是粗、细两根水管，粗的管子内装有闸门，这个闸门是由细的管子中的水量控制着它的开启程度。如果细管子中没有水流，粗管子中的闸门就会关闭。注入细管子中的水量越大，闸门就开得越大，相应地流过粗管子的水就越多，这就体现出“以小控制大，以弱控制强”的道理。由图可见，细管子的水与粗管子的水在下端汇合在一根管子中。三极管的基极 b 、集电极 c 和发射极 e 就对应着图 4 中的细管、粗管和粗细交汇的管子。电路见图 5 ，若给三极管外加一定的电压，就会产生电流 Ib 、 Ic 和 Ie 。调节电位器 RP 改变基极电流 Ib ， Ic 也随之变化。由于 Ic ＝ βIb ，所以很小的 Ib 控制着比它大 β 倍的 Ic 。 Ic 不是由三极管产生的，是由电源 VCC 在 Ib 的控制下提供的，所以说三极管起着能量转换作用。 图1 对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流去控制大电流。 放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。 所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。 如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。 在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。 如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。 饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。 在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。 而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。 单纯从“放大”的角度来看，我们希望 β 值越大越好。可是，三极管接成共发射极放大电路（图 2）时，从管子的集电极 c 到发射极 e 总会产生一有害的漏电流，称为穿透电流 Iceo ，它的大小与 β 值近似成正比， β 值越大， Iceo 就越大。 Iceo 这种寄生电流不受 Ib 控制，却成为集电极电流 Ic 的一部分， Ic ＝ βIb ＋ Iceo 。值得注意的是， Iceo 跟温度有密切的关系，温度升高， Iceo 急剧变大，破坏了放大电路工作的稳定性。所以，选择三极管时，并不是 β 越大越好，一般取硅管 β 为 40 ～ 150 ，锗管取 40 ～ 80 。 图2 在常温下，锗管的穿透电流比较大，一般由几十微安到几百微安，硅管的穿透电流就比较小，一般只有零点几微安到几微安。 Iceo 虽然不大，却与温度有着密切的关系，它们遵循着所谓的“加倍规则”，这就是温度每升高 10℃ ， Iceo 约增大一倍。例如，某锗管在常温 20℃ 时， Iceo 为 20μA ，在使用中管芯温度上升到 50℃ ， Iceo 就增大到 160μA 左右。测量 Iceo 的电路很简单（图 3），三极管的基极开路，在集电极与发射极之间接入电源 VCC （ 6V ），串联在电路中的电流表（可用万用表中的 0.1mA 挡）所指示的电流值就是 Iceo 。 图3 如图4，假设三极管的β=100，RP=200K，此时的Ib=6v/(200k+100k)=0.02mA,Ic=βIb=2mA 当RP=0时，Ib=6v/100k=0.06mA，Ic=βIb=2mA。以上两种状态都符合Ic=βIb，我们说，三极管处于放大区。假设RP=0,Rb=1k,此时，Ib=6v/1k=6mA按Ic=βIb计算，Ic应等于600mA，而实际上，由于图中300欧姆限流电阻（Rc）的存在，实际上Ic=(6v/300)≈20mA,此时，Ic≠βIb，而且，Ic不再受Ib控制，即处于饱