經典三極管基本放大電路全解析
發布時間:2013-03-12 責任編輯:easonxu
【導讀】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。下麵的分析僅對於NPN型矽三極管。
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來說明一下三極管放大電路的基本原理。

圖1:三極管基本放大電路
下麵的分析僅對於NPN型矽三極管。如上圖所示,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,所以發射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是:集電極電流受基極電流的控製(假設電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話),並且基極電流很小的變化,會引起集電極電流很大的變化,且變化滿足一定的比例關係: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,所以我們把β叫做三極管的放大倍數(β一般遠大於1,例如幾十,幾百)。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發射極之間,這就會引起基極電流Ib的變化,Ib的變化被放大後,導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的,那麼根據電壓計算公式U=R*I可以算得,這電阻上電壓就會發生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來,就得到了放大後的電壓信號了。
三極管在實際的放大電路中使用時,還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是由於三極管BE結的非線性(相當於一個二極管),基極電流必須在輸入電壓大到一定程度後才能產生(對於矽管,常取0.7V)。當基極與發射極之間的電壓小於0.7V時,基極電流就可以認為是0。但實際中要放大的信號往往遠比0.7V要小,如果不加偏置的話,這麼小的信號就不足以引起基極電流的改變(因為小於0.7V時,基極電流都是0)。如果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就是用來提供這個電流的,所以它被叫做基極偏置電阻),namedangyigexiaoxinhaogenzhegepianzhidianliudiejiazaiyiqishi,xiaoxinhaojiuhuidaozhijijidianliudebianhua,erjijidianliudebianhua,jiuhuibeifangdabingzaijidianjishangshuchu。lingyigeyuanyinjiushishuchuxinhaofanweideyaoqiu,ruguomeiyoujiapianzhi,namezhiyouduinaxiezengjiadexinhaofangda,erduijianxiaodexinhaowuxiao(因為沒有偏置時集電極電流為0,不能再減小了)。而加上偏置,事先讓集電極有一定的電流,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。
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下麵說說三極管的飽和情況。像上麵那樣的圖,因為受到電阻Rc的限製(Rc是固定值,那麼最大電流為U/Rc,其中U為電源電壓),集ji電dian極ji電dian流liu是shi不bu能neng無wu限xian增zeng加jia下xia去qu的de。當dang基ji極ji電dian流liu的de增zeng大da,不bu能neng使shi集ji電dian極ji電dian流liu繼ji續xu增zeng大da時shi,三san極ji管guan就jiu進jin入ru了le飽bao和he狀zhuang態tai。一yi般ban判pan斷duan三san極ji管guan是shi否fou飽bao和he的de準zhun則ze是shi:Ib*β〉Ic。進入飽和狀態之後,三極管的集電極跟發射極之間的電壓將很小,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),相當於開關斷開;dangjijidianliuhenda,yizhiyusanjiguanbaoheshi,xiangdangyukaiguanbihe。ruguosanjiguanzhuyaogongzuozaijiezhihebaohezhuangtai,namezheyangdesanjiguanwomenyibanbatajiaozuokaiguanguan。
如果我們在上麵這個圖中,將電阻Rc換成一個燈泡,那麼當基極電流為0時,集電極電流為0,燈泡滅。如果基極電流比較大時(大於流過燈泡的電流除以三極管的放大倍數β),三極管就飽和,相當於開關閉合,燈泡就亮了。由於控製電流隻需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了,所以就可以用一個小電流來控製一個大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加,那麼燈泡的亮度也會隨著增加(在三極管未飽和之前)。
但(dan)是(shi)在(zai)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)中(zhong)要(yao)注(zhu)意(yi),在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)路(lu)中(zhong),飽(bao)和(he)狀(zhuang)態(tai)若(ruo)在(zai)深(shen)度(du)飽(bao)和(he)時(shi)會(hui)影(ying)響(xiang)其(qi)開(kai)關(guan)速(su)度(du),飽(bao)和(he)電(dian)路(lu)在(zai)基(ji)極(ji)電(dian)流(liu)乘(cheng)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu)等(deng)於(yu)或(huo)稍(shao)大(da)於(yu)集(ji)電(dian)極(ji)電(dian)流(liu)時(shi)是(shi)淺(qian)度(du)飽(bao)和(he),遠(yuan)大(da)於(yu)集(ji)電(dian)極(ji)電(dian)流(liu)時(shi)是(shi)深(shen)度(du)飽(bao)和(he)。因(yin)此(ci)我(wo)們(men)隻(zhi)需(xu)要(yao)控(kong)製(zhi)其(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)淺(qian)度(du)飽(bao)和(he)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)就(jiu)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)其(qi)轉(zhuan)換(huan)速(su)度(du)。
對於PNP型三極管,分析方法類似,不同的地方就是電流方向跟NPN的剛好相反,因此發射極上麵那個箭頭方向也反了過來——變成朝裏的了。
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