三極體的作用

三極體的工作原理

              

三極體是電流放大器件，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三極體的共發射極放大電路為例來說明一下三極體放大電路的基本原理。

一、電流放大
下面的分析僅對於NPN型硅三極體。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。三極體的放大作用就是：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），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叫做三極體的放大倍數（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的變化被放大后，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，就得到了放大后的電壓信號了。

二、偏置電路
三極體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。首先是由於三極體BE結的非線性（相當於一個二極體），基極電流必須在輸入電壓 大到一定程度后才能產生（對於硅管，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體的基極上加上一 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），那麼當一個小信號跟這個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，就會被放大並在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號範圍的要求，如果沒有加偏置，那麼只有對那些增加的 信號放大，而對減小的信號無效（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。

三、開關作用
下面說說三極體的飽和情況。像上面那樣的圖，因為受到電阻 Rc的限制（Rc是固定值，那麼最大電流為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。當基極電流的增大，不能使集電極電流繼續增大 時，三極體就進入了飽和狀態。一般判斷三極體是否飽和的準則是：Ib*β〉Ic。進入飽和狀態之後，三極體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體來當作開關使用：當基極電流為0時，三極體集電極電流為0（這叫做三極體截止），相當於開關斷開；當基極電流很 大，以至於三極體飽和時，相當於開關閉合。如果三極體主要工作在截止和飽和狀態，那麼這樣的三極體我們一般把它叫做開關管。

四、工作狀態
如果我們在上面這個圖中，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體 的放大倍數 β），三極體就飽和，相當於開關閉合，燈泡就亮了。由於控制電流只需要比燈泡電流的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隨著增加（在三極體未飽和之前）。