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三極管放大的基本電路

来源:http://www.ntweilai.com 更新:2013-10-29 11:31

三極管是電流放大器件,有三個極,分别叫做集電極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为例来說明一下三極管放大電路的基本原理。

下面的分析僅對于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。这兩個電流的方向都是流出發射極的,所以發射極E上就用了一個箭頭来表示電流的方向。三極管的放大作用就是:集電極電流受基極電流的控制(假設電源能夠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,且變化滿足一定的比例關系: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,所以我們把β叫做三極管的放大倍數(β一般遠大于1,例如幾十,幾百)。如果我們将一個變化的小信号加到基極跟發射極之間,这就會引起基極電流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,这電阻上電壓就會發生很大的變化。我們将这個電阻上的電壓取出来,就得到了放大後的電壓信号了。

三極管在實際的放大電路中使用時,還需要加合适的偏置電路。这有幾個原因。首先是由于三極管BE結的非線性(相當于一個二極管),基極電流必須在輸入電壓大到一定程度後才能産生(對于矽管,常取0.7V)。當基極與發射極之間的電壓小于0.7V時,基極電流就可以認为是0。但實際中要放大的信号往往遠比0.7V要小,如果不加偏置的話,这麼小的信号就不足以引起基極電流的改變(因为小于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适的電流(叫做偏置電流,上圖中那個電阻Rb就是用来提供这個電流的,所以它被叫做基極偏置電阻),那麼當一個小信号跟这個偏置電流疊加在一起時,小信号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。另一個原因就是輸出信号範圍的要求,如果沒有加偏置,那麼隻有對那些增加的信号放大,而對減小的信号無效(因为沒有偏置時集電極電流为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。这樣減小的信号和增大的信号都可以被放大了。

下面說說三極管的飽和情況。像上面那樣的圖,因为受到電阻Rc的限制(Rc是固定值,那麼最大電流为U/Rc,其中U为電源電壓),集電極電流是不能無限增加下去的。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狀态。一般判斷三極管是否飽和的準則是:Ib*β〉Ic。進入飽和狀态之後,三極管的集電極跟發射極之間的電壓将很小,可以理解为一個開關閉合了。这樣我們就可以拿三極管来當作開關使用:當基極電流为0時,三極管集電極電流为0(这叫做三極管截止),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。如果三極管主要工作在截止和飽和狀态,那麼这樣的三極管我們一般把它叫做開關管。

如果我們在上面这個圖中,将電阻Rc換成一個燈泡,那麼當基極電流为0時,集電極電流为0,燈泡滅。如果基極電流比較大時(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。由于控制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来控制一個大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加,那麼燈泡的亮度也會随着增加(在三極管未飽和之前)。

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