三極管的工作原理

三極管的工作原理：

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明一下三極管放大電路的基本原理。

一、電流放大

下面的分析僅對于NPN型硅三極管。如上圖，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，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：集電極電流受基極電流的控制（假設電源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，我們把β叫做三極管的放大倍數（β遠大于1，例如幾十，幾百）。我們將一個變化的小信號加到基極跟發射極，這就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導致了Ic很大的變化。集電極電流Ic是流過一個電阻R的，那么根據電壓計算公式 U=R*I 可以算得，這電阻上電壓就會發生很大的變化。我們將電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。

二、偏置電路

三極管在的放大電路中使用時，還加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是三極管BE結的非線性（相當于一個二極管），基極電流在輸入電壓大到程度后才能產生（對于硅管，常取0.7V）。當基極與發射極的電壓小于0.7V時，基極電流就可以認為是0。但中要放大的信號往往遠比 0.7V要小，不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流的改變（小于0.7V時，基極電流都是0）。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用來提供電流的，它被叫做基極偏置電阻），那么當一個小信號跟偏置電流疊加在一起時，小信號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。另一個原因輸出信號范圍的要求，沒有加偏置，那么只有對那些的信號放大，而對減小的信號無效（沒有偏置時集電極電流為0，不能再減小了）。而加上偏置，事先讓集電極有的電流，當輸入的基極電流變小時，集電極電流就可以減??；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。

三、開關作用

下面說說三極管的飽和。像上面那樣的圖，受到電阻 Rc的限制（Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓），集電極電流是不能無限下去的。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。判斷三極管是否飽和的準則是：Ib*β〉Ic。進入飽和之后，三極管的集電極跟發射極的電壓將很小，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。三極管主要工作在截止和飽和，那么這樣的三極管我們把它叫做開關管。

四、工作

我們在上面圖中，將電阻Rc換成一個燈泡，那么當基極電流為0時，集電極電流為0，燈泡滅。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。控制電流只比燈泡電流的β分之一大一點就行了，就可以用一個小電流來控制一個大電流的通斷。基極電流從0慢慢，那么燈泡的亮度也會隨著（在三極管未飽和之前）。

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

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