電子技術入門:三極管放大電路分析
發布時間:2014-03-27 責任編輯:xiangpeng
下麵的分析僅對於NPN型矽三極管在電路設計中的原理。如下圖所示

圖 NPN型矽三極管放大電路
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。
三極管的放大作用就是:集電極電流受基極電流的控製(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叫做三極管的放大倍數(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,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,就得到了放大後的電壓信號了。
三極管在實際的放大電路中使用時,還需要加合適的偏置電路,有如下原因:
首先是由於三極管BE結的非線性(相當於一個二極管),基極電流必須在輸入電壓大到一定程度後才能產生(對於矽管,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(na)麼(me)當(dang)一(yi)個(ge)小(xiao)信(xin)號(hao)跟(gen)這(zhe)個(ge)偏(pian)置(zhi)電(dian)流(liu)疊(die)加(jia)在(zai)一(yi)起(qi)時(shi),小(xiao)信(xin)號(hao)就(jiu)會(hui)導(dao)致(zhi)基(ji)極(ji)電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua),而(er)基(ji)極(ji)電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua),就(jiu)會(hui)被(bei)放(fang)大(da)並(bing)在(zai)集(ji)電(dian)極(ji)上(shang)輸(shu)出(chu)。
另一個原因就是輸出信號範圍的要求,如果沒有加偏置,那麼隻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。
下麵說說三極管的飽和情況。如上圖,因為受到電阻Rc的限製(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,三極管就進入了飽和狀態。
一般判斷三極管是否飽和的準則是:Ib*β〉Ic。
進入飽和狀態之後,三極管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),相當於開關斷開;dangjijidianliuhenda,yizhiyusanjiguanbaoheshi,xiangdangyukaiguanbihe。ruguosanjiguanzhuyaogongzuozaijiezhihebaohezhuangtai,namezheyangdesanjiguanwomenyibanbatajiaozuokaiguanguan。
如果我們在上圖中,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管的放大倍數β),三極管就飽和,相當於開關閉合,燈泡就亮了。由於控製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來控製一個大電流的通斷。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(在三極管未飽和之前)。
但(dan)是(shi)在(zai)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)中(zhong)要(yao)注(zhu)意(yi),在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)路(lu)中(zhong),飽(bao)和(he)狀(zhuang)態(tai)若(ruo)在(zai)深(shen)度(du)飽(bao)和(he)時(shi)會(hui)影(ying)響(xiang)其(qi)開(kai)關(guan)速(su)度(du),飽(bao)和(he)電(dian)路(lu)在(zai)基(ji)極(ji)電(dian)流(liu)乘(cheng)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu)等(deng)於(yu)或(huo)稍(shao)大(da)於(yu)集(ji)電(dian)極(ji)電(dian)流(liu)時(shi)是(shi)淺(qian)度(du)飽(bao)和(he),遠(yuan)大(da)於(yu)集(ji)電(dian)極(ji)電(dian)流(liu)時(shi)是(shi)深(shen)度(du)飽(bao)和(he)。因(yin)此(ci)我(wo)們(men)隻(zhi)需(xu)要(yao)控(kong)製(zhi)其(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)淺(qian)度(du)飽(bao)和(he)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)就(jiu)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)其(qi)轉(zhuan)換(huan)速(su)度(du)。
對於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,因此發射極上麵那個箭頭方向也反了過來——變成朝裏的了
在zai電dian路lu設she計ji中zhong分fen析xi電dian路lu,我wo們men需xu要yao弄nong懂dong相xiang應ying電dian子zi元yuan件jian的de原yuan理li,從cong源yuan頭tou出chu發fa,才cai能neng準zhun確que的de分fen析xi出chu電dian子zi元yuan件jian在zai設she計ji電dian路lu中zhong的de相xiang應ying作zuo用yong,也ye可ke以yi自zi己ji嚐chang試shi電dian路lu設she計ji。
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