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三极管的工作原理
2011-08-23
21:30:03
来源
:
互联网
三极管的工作原理
:
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
NP
N
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
< br>，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
< br>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。
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
< br>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
< br>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<
/p>
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。
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，
< br>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，
< br>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，<
/p>
三极管集电极电流
为
0
< br>（这叫做三极管截止）
，相当于开关断开；当基极电流很大，以
< br>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。
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）
。
NPN
和
P
NP
三极管的区别（转）
NPN
和
PNP
主要就是电流方向和电压正负不同，说得
“
专业
”
一点，就是
“
极性
”
问题。
NPN
是用
B→E
的电流（
IB
）控制
C→E
的电流（
IC
），
E
极电位最低，且正常放大时通常
C
极电位最高，即
VC >
VB > VE
PNP
是用
E→B
的电流（
IB
）控制
E→C
的电流（
IC
），
E
极电位最高，且正常放大时通常
C
极电位最低，即
VC <
VB < VE
总之
VB
一般都是在中间，
VC
和
VE
在两边，
这跟通常的
BJT
符号中的位置是一致的，
你可
以利用这个帮助你的形象思维和记忆。而且
BJT
的各极之间虽然不是纯电阻，但电压方向和电流方向同样
是一致的，不会出现
电流从
低电位处流行高电位的情况。
如今流行的电路图画法，
<
/p>
阳上阴下
”
，也就是
“
正电源在上负电源在下
”
。那<
/p>
NPN
电路中，
E
最终
都是接到地板（直接或间接），
C
最终都是接到天花板（直接或间接）。
PNP
< br>电路则相反，
C
最终都是
接到地板（直接或间接），
E
最终都是接到天花板（直接或间接）。这也是为了满足上面的
V
C
和
VE
的
关系。一般的电路中，有了
NPN
的
，你就可以按
“
上下对称交换
”
的方法得到
PNP
的版本。无论何时，只
要满足上面的
6
个
“
极性
”
关系（
4
个电流方向和
2
个电压不等式），
BJT
电路就可能正常工作。当然
，要保
证正常工作，还必须保证这些
电压、电流满足一些进一步的定量条件，即所谓
“
工作点
”
条件。
对于
NPN
电路：
对于共射组态，可以粗略理解为把
VE
当作
“
固定
”
参考点，通过控制
VB
来控制
VBE
（
VBE=VB-VE
），从而控制
IB
，并进一步控制
IC
（从电位更高的地方流进
C
极，你也可以把
C
极看作朝
上的进水的漏斗）。
对
于共基组态，可以理解为把
VB
当作固定参考点，通过控制
VE
来控制
VBE
（
VBE=VB-VE
），
从而控制<
/p>
IB
，并进一步控制
IC
。
如果所需的输出信号不是电流形式，而是电压形式，这时就在
C
极加一个电阻
RC
，把
IC
变
成电压
IC*RC
。但为满足
VC>VE
，
RC
另一端不接地，而接正电源。
而且纯粹从
BJT
本身角度，
而不考虑输入信号从哪里来，
共射组
态和共基组态其实很相似，
反正
都是控制
VBE
，只不过一个
“
固定
” VE
，改变
VB
，
一个固定
VB
，改变
VE
。
对于共射组
态，没有
“
固定参考点
”
了，可以理解为利用
VBE
随
IC
或
IE
变化较小的特性，使得不
论输出电流
IE
怎么变化（当然也有个
限度），
VE
基本上始
终跟随
VB
变化（
VE=V
B-VBE
），
VB
升高，
VE
也升高，
VB
降低，
VE
也降低，这就是电压跟随器的名称的由来。
PNP
电路跟<
/p>
NPN
是对称的，例如：
对于共射组态，可以粗略理解为把
< br>VE
当作
“
固定
”
参考点，通过控制
VB
来控
制
VEB
（
VEB=VE-VB
），从而控制
IB
，并进一步控制
IC
（从
C
极流向电位更
低的地方，你也可以把
C
极看作朝
下的
出水管）。
对于共基组态
，可以理解为把
VB
当作固定参考点，通过控制
VE
来控制
VEB
（
VEB=VE-VB
），
从而控制
IB
，并进一步控制
IC
。
……
上面所有的
VE
的
“
固定
”
二字都加了引号。因为<
/p>
E
点有时是串联负反馈的引入点，这时
V
E
也是
变化的，但这个变化是反馈信号，即由
< br>VB
变化这个因造成的果。
另附：全系列三极管应用参数
名
称
封装
极性
功
能
耐
压
电
流
功
率
频
率
配对管
D633
28 NPN
音频功放开关
100V 7A 40W
达林顿
9013
21 NPN
低频放大
50V 0.5A
0.625W 9012
9014
21 NPN
低噪放大
50V 0.1A
0.4W 150HMZ 9015
9015
21
PNP
低噪放大
50V 0.1A
0.4W 150MHZ 9014
9018
21
NPN
高频放大
30V
0.05A 0.4W 1000MHZ
8050
21
NPN
高频放大
40V 1.5A
1W 100MHZ 8550
8550
21 PNP
高频放大
40V 1.5A 1W
100MHZ 8050
2N2222 21 NPN
通用
60V 0.8A 0.5W
25
／
200NS
2N2369
4A NPN
开关
40V
0.5A 0.3W 800MHZ
2N2907 4A NPN
通用
60V 0.6A 0.4W
26
／
70NS
2N3055 12
NPN
功率放大
100V 15A
115W MJ2955
2N3440 6 NPN
视放
开关
450V 1A 1W 15MHZ 2N6609
2N3773 12 NPN
音频功放开关
160V 16A
50W
2N3904 21E NPN
通用
60V 0.2A
2N2906 21C PNP
通用
40V 0.2A
2N2222A
21
铁
NPN
高频放大
75V 0.6A
0.625W 300MHZ
2N6718
21
铁
NPN
音频功放开关
100V 2A 2W
2N5401 21 PNP
视频放大
160V 0.6A
0.625W 100MHZ 2N5551
2N5551 21 NPN
视频放大
160V 0.6A
0.625W 100MHZ 2N5401
2N5685 12 NPN
音频功放开关
60V 50A
300W
2N6277 12 NPN
功放
开关
180V 50A 250W
9012 21 PNP
低频放大
50V 0.5A
0.625W 9013
2N6678 12 NPN
音频功放开关
650V 15A
175W 15MHZ
9012
贴片
PNP
低频放大
50V 0.5A
0.625W 9013
3DA87A 6 NPN
视频放大
100V 0.1A 1W
3DG6B 6 NPN
通用
20V 0.02A 0.1W 150MHZ
3DG6C
6 NPN
通用
25V
0.02A 0.1W 250MHZ
3DG6D 6 NPN
通用
30V 0.02A 0.1W
150MHZ
MPSA42 21E NPN
电话视频放大
300V 0.5A
0.625W MPSA92
MPSA92 21E PNP
电话视频放大
300V 0.5A
0.625W MPSA42
MPS2222A 21 NPN
高频放大
75V 0.6A
0.625W 300MHZ
9013
贴片
NPN
低频放大
50V 0.5A
0.625W 9012
3DK2B 7 NPN
开关
30V 0.03A 0.2W
3DD15D 12 NPN
电源开关
300V 5A 50W
3DD102C 12 NPN
电源开关
300V 5A 50W
3522V 5V
稳压管
A634 28E PNP
音频功放开关
40V 2A 10W
A708 6 PNP
音频开关
80V 0.7A 0.8W
A715C 29 PNP
音频功放开关
35V 2.5A
10W 160MHZ
A733 21 PNP
通用
50V 0.1A
180MHZ
A741 4 PNP
开关
20V 0.1A
70
／
120NS
A781 39B
PNP
开关
20V 0.2A
80
／
160NS
A928 ECB
PNP
通用
20V 1A
0.25W
A933 21 PNP
通用
50V 0.1A
140MHZ
A940 28 PNP
音频功放开关
150V 1.5A
25W 4MHZ C2073
A966 21 PNP
音频激励输出
30V 1.5A
0.9W 100MHZ C2236
A950 21 PNP
通用
30V 0.8A 0.6W
A968 28 PNP
音频功放开关
160V 1.5A
25W 100MHZ C2238
A1009 BCE PNP
功放开关
350V 2A 15W
A1220P 29 PNP
音频功放开关
120V 1.5A
20W 150MHZ
A1013 21 PNP
视频放大
160V 1A 0.9W
C2383
A1015 21 PNP
通用
60V 0.1A 0.4W
8MHZ C1815
2N6050 12 PNP
音频功放开关
60V 12A
150W
2N6051 12 PNP
音频功放开关
80V 12A
150W
A1175 PNP
通用
60V 0.10A 0.25W 180MHZ
A1213
贴片
PNP
超高频
50V 0.15A 80MHZ
A719 ECB PNP
通用
30V 0.50A
0.625W 200MHZ
B12
G
－
PNP
音频
30V 0.05A
0.05W
B1114 ECB PNP
通用
贴片
20V 2A 180MHZ
B205
锗管
PNP
音频功放开关
80V 20A
80W
B1215 BCE PNP
功放开关贴片
120V 3A
20W 130MHZ
C294 6 NPN
栾生对管
25V 0.05A
200MHZ
C1044 6 NPN
视放
45V 0.3A
2.2GHZ
C1216 6 NPN
高速开关
40V 0.2A
T,20
ｎ
S
C1344 ECB
NPN
通用低噪
30V 0.10
230MHZ
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上一篇：(整理)配对的三极管.
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