三极管的工作原理.docx

项 目 一 三 极 管 的 工 作 原 理 三极管，全称应为半导体三极管，也称晶体管、晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体 器件其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号， 也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体 基本元器·件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上 制作两个相距很近的 PN结，两个 PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是 发射区和集电区，排列方式有 PNP和 NPN两种。 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。下图是各种常用三极管的实物图和符号。 一、三极管的电流放大作用 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、三极管的偏置电路 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 了）。而加上偏 让集电极有一 当输入的基极 时，集电极 电 减小；当输入 流增大时，集 就增大。这样 号和增大的信 被放大了。 三、开关作用 下面说说 饱和情况。像 的图，因为受 Rc 的限制（ Rc 那么最大电流 其中 U 为电源 再减小 置，事先 定的电流， 电流变小 流就可以 的基极电 电极电流 减小的信 号都可以 三极管的 上面那样 到电阻 是固定值， 为 U/Rc， 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。 项目二 三极管的特性曲线 一、输入特性曲线 在