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好东西
三极管工作原理
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来说明一下三
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。如上图所示,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,所以发射极E上就用了一个箭头来表示电
流的方向。三极管的放大作用就是:集电极电流受基极电流的控制(假设电源能
够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,且变化满足一定的比例关系: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,所以我们把β叫做三极管的放大
倍数(β一般远大于1,例如几十,几百)。如果我们将一个变化的小信号加到
基极跟发射极之间,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。如果集电极电流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。我们将这个电阻
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
三极管在实际的放大电路中使用时,还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。
首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管),基极电流必须在输入
电压大到一定程度后才能产生(对于硅管,常取0.7V)。当基极与发射极之间
的电压小于0.7V时,基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远
比0.7V要小,如果不加偏置的话,这么小的信号就不足以引起基极电流的改变
(因为小于0.7V时,基极电流都是0)。如果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就是用来提供这个电流的,
所以它被叫做基极偏置电阻),那么当一个小信号跟这个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。另一个原因就是输出信号范围的要求,如果没有加偏置,那么只有对那
些增加的信号放大,而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0,
不能再减小了)。而加上偏置,事先让集电极有一定的电流,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情况。像上面那样的图,因为受到电阻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
限增加下去的。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
进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是:Ib*β〉Ic。进入饱和状
态之后,三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小,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。如果三极管主要工作在截止和饱和状态,
那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。
四、工作状态
如果我们在上面这个图中,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。如果基极电流比较大时(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。由于控
制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了,所以就可以用一个小电流
来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加,那么灯泡的亮度也会
随着增加(在三极管未饱和之前)。
对于PNP型三极管,分析方法类似,不同的地方就是电流方向跟NPN的刚好相反,
因此发射极上面那个箭头方向也反了过来——变成朝里的了。
检测三极管的口诀
三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功,为了帮助读者迅速
掌握测判方法,笔者总结出四句口诀:“三颠倒,找基极;PN结,定管型;顺
箭头,偏转大;测不准,动嘴巴。”下面让我们逐句进行解释吧。
一、三颠倒,找基极
大家知道,三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同,
可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管,图1是它们的电路符号和
等效电路。
测试三极管要使用万用电表的欧姆挡,并选择R×1
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