三極管放大電路的基本原理

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(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)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。
 

下面的分析僅對于NPN型硅三極管。如上圖所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發(fā)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(fā)射極的，所以發(fā)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制(假設(shè)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(guān)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(shù)(β一般遠(yuǎn)大于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(fā)射極之間，這就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)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，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式U=R*I可以算得，這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。

三極管在實(shí)際的放大電路中使用時(shí)，還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性(相當(dāng)于一個二極管)，基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生(對于硅管，常取0.7V)。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時(shí)，基極電流就可以認(rèn)為是0。但實(shí)際中要放大的信號往往遠(yuǎn)比0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流的改變(因?yàn)樾∮?.7V時(shí)，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)，那么當(dāng)一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時(shí)，小信號就會導(dǎo)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號范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對那些增加的信號放大，而對減小的信號無效(因?yàn)闆]有偏置時(shí)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(dāng)輸入的基極電流變小時(shí)，集電極電流就可以減小;當(dāng)輸入的基極電流增大時(shí)，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。

下面說說三極管的飽和情況。像上面那樣的圖，因?yàn)槭艿诫娮鑂c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增加下去的。當(dāng)基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時(shí)，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)則是：Ib*β〉Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當(dāng)作開關(guān)使用：當(dāng)基極電流為0時(shí)，三極管集電極電流為0(這叫做三極管截止)，相當(dāng)于開關(guān)斷開;當(dāng)基極電流很大，以至于三極管飽和時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關(guān)管。

如果我們在上面這個圖中，將電阻Rc換成一個燈泡，那么當(dāng)基極電流為0時(shí)，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時(shí)(大于流過燈泡的電流除以三極管的放大倍數(shù)β)，三極管就飽和，相當(dāng)于開關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點(diǎn)就行了，所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會隨著增加(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(fā)射極上面那個箭頭方向也反了過來——變成朝里的了。

Vo = Vcc-Ic*Rc是直流信號，用一個隔直電容將直流電壓,也就是Vcc隔離掉，輸出就只剩下Vo = -Ic*Rc了。注意這里的Ic實(shí)際上不是真正的Ic,而是ΔIc,即由輸入交流信號導(dǎo)致Ic變化的那部分. 輸出電壓跟輸入電壓反向,所以它是反向放大器

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對三極管放大作用的理解，切記一點(diǎn)：能量不會無緣無故的產(chǎn)生，所以，三極管一定不會產(chǎn)生能量，。

但三極管厲害的地方在于：它可以通過小電流控制大電流

放大的原理就在于：通過小的交流輸入，控制大的靜態(tài)直流。

假設(shè)三極管是個大壩，這個大壩奇怪的地方是，有兩個閥門，一個大閥門，一個小閥門。小閥門可以用人力打開，大閥門很重，人力是打不開的，只能通過小閥門的水力打開。

所以，平常的工作流程便是，每當(dāng)放水的時(shí)候，人們就打開小閥門，很小的水流涓涓流出，這涓涓細(xì)流沖擊大閥門的開關(guān)，大閥門隨之打開，洶涌的江水滔滔流下。

如果不停地改變小閥門開啟的大小，那么大閥門也相應(yīng)地不停改變，假若能嚴(yán)格地按比例改變，那么，完美的控制就完成了。

在這里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是輸入信號。當(dāng)然，如果把水流比為電流的話，會更確切，因?yàn)槿龢O管畢竟是一個電流控制元件。

如果某一天，天氣很旱，江水沒有了，也就是大的水流那邊是空的。管理員這時(shí)候打開了小閥門，盡管小閥門還是一如既往地沖擊大閥門，并使之開啟，但因?yàn)闆]有水流的存在，所以，并沒有水流出來。這就是三極管中的截止區(qū)。

飽和區(qū)是一樣的，因?yàn)榇藭r(shí)江水達(dá)到了很大很大的程度，管理員開的閥門大小已經(jīng)沒用了。如果不開閥門江水就自己沖開了，這就是二極管的擊穿。

在模擬電路中，一般閥門是半開的，通過控制其開啟大小來決定輸出水流的大小。沒有信號的時(shí)候，水流也會流，所以，不工作的時(shí)候，也會有功耗。

而在數(shù)字電路中，閥門則處于開或是關(guān)兩個狀態(tài)。當(dāng)不工作的時(shí)候，閥門是完全關(guān)閉的，沒有功耗。

后面的那些關(guān)于飽和區(qū)、截止區(qū)的比喻描述的有點(diǎn)問題，稍微修改一下吧：

截止區(qū)：應(yīng)該是那個小的閥門開啟的還不夠，不能打開打閥門，這種情況是截止區(qū)。

飽和區(qū)：應(yīng)該是小的閥門開啟的太大了，以至于大閥門里放出的水流已經(jīng)到了它極限的流量，但是 你關(guān)小 小閥門的話，可以讓三極管工作狀態(tài)從飽和區(qū)返回到線性區(qū)。

線性區(qū)：就是水流處于可調(diào)節(jié)的狀態(tài)。

擊穿區(qū)：比如有水流存在一個水庫中，水位太高(相應(yīng)與Vce太大)，導(dǎo)致有缺口產(chǎn)生，水流流出。而且，隨著小閥門的開啟，這個擊穿電壓變低，就是更容易擊穿了.看完全文了嗎？喜歡就一起來點(diǎn)個 贊 吧！