(完整版)三極管放大原理(圖文+形象)

1、一、三極管的電流放大原理晶體三極管 （以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN 和 PNP兩種結構形式，但使用最多的是硅NPN 和 PNP 兩種三極管，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN 硅管的電流放大原理。圖一 :晶體三極管（ NPN ）的結構圖一是 NPN 管的結構圖，它是由見發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN條引線分別稱為發(fā)射極e 、基極處于正偏狀態(tài)，而C 點電位高于要高于基極電源Ebo 。2 塊 N 型半導體中間夾著一塊P 型半導體所組成，從圖可結稱為發(fā)射結,而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN 結稱為集電結,三b 和集電極。 當 b 點電位高于e 點電位

2、零點幾伏時，發(fā)射結b 點電位幾伏時，集電結處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時基區(qū)做得很薄，而且，要嚴格控制雜質含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結正確，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子 （電子） 及基區(qū)的多數(shù)載流子（控穴） 很容易地截越過發(fā)射結構互相向反方各擴散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流Ie。由于基區(qū)很薄,加上集電結的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結進入集電區(qū)而形成集電集電流Ic，只剩下很少（ 1-10% ）的電子在基區(qū)的空穴進行復合，被復合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb 重新補紀念給，

3、從而形成了基極電流Ibo 根據(jù)電流連續(xù)性原理得： Ie=Ib+Ic這就是說， 在基極補充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic 與 Ib 是維持一定的比例關系，即：1=Ic/Ib式中： - 稱為直流放大倍數(shù)，集電極電流的變化量 Ic 與基極電流的變化量 Ib 之比為：= Ic/ Ib式中 - 稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時1 和 的數(shù)值相差不大，所以有時為了方便起見，對兩者不作嚴格區(qū)分，值約為幾十至一百多。三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉變?yōu)殡妷悍糯笞饔?。二、晶體三極管的開關特性1、靜態(tài)特性晶體三極管由

4、集電結和發(fā)射結兩個止、放大、飽和3種工作狀態(tài)。圖 3.5(a)PN 結構成。根據(jù)兩個和 (b) 分別給出了一個用PN 結的偏置極性，三極管有NPN 型共發(fā)射極晶體三極管組截成的簡單電路及其輸出特性曲線。該電路工作特點如下：1） 截止狀態(tài) ：u0，兩個 PN 結均為反偏，i 0,i0,uU。三極管呈BBCCECC現(xiàn)高阻抗，類似于開關斷開。2） 放大狀態(tài) ：uB 0 ，發(fā)射結正偏，集電結反偏， iC =iB。3） 飽和狀態(tài) ：uB0，結均為正偏，i I) U/Rc,兩個 PNBBS(基極臨界飽和電流 CC此時iCICS(集電極飽和電流UCC/Rc 。三極管呈現(xiàn)低阻抗，類似于開關接通。=)在數(shù)字邏輯

5、電路中，三極管被作為開關元件工作在飽和與截止兩種狀態(tài)，相當于一個由基極信號控制的無觸點開關，其作用對應于觸點開關的"閉合"與"斷開 "。圖 3.6 （a ）、（ b ）給出了圖 3.5 所示電路在三極管截止與飽和狀態(tài)下的等效電路。圖3.5晶體三極管電路及其輸出特性曲線2、動態(tài)特性晶體三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)轉換過程中具有的特性稱為三極管的動態(tài)特性。三極管的開關過程和二極管一樣，管子內部也存在著電荷的建立與消失過程。因此，飽和與截止兩種狀態(tài)的轉換也需要一定的時間才能完成。假如在圖 3.5(a) 所示電路的輸入端輸入一個理想的矩形波電壓，那么，在理想情況下

6、，iC和 UCE 的波形應該如圖3.7(a) 所示。但實際轉換過程中iC 和 UCE 的波形如圖 3.7(b) 所示，無論從截止轉向導通還是從導通轉向截止都存在一個逐漸變化的過程。圖 3.6三極管截止與飽和狀態(tài)下的等效電路晶體三極管在截止與飽和這兩種穩(wěn)態(tài)下的特性稱為三極管的靜態(tài)開關特性。1開通時間開通時間： 三極管從截止狀態(tài)到飽和狀態(tài)所需要的時間稱為開通時間。三極管處于截止狀態(tài)時，發(fā)射結反偏， 空間電荷區(qū)比較寬。 當輸入信號ui 由 -U 1跳變到 +U 2時， 由于發(fā)射結空間電荷區(qū)仍保持在截止時的寬度，故發(fā)射區(qū)的電子還不能立即穿過發(fā)射結到達基區(qū)。 這時發(fā)射區(qū)的電子進入空間電荷區(qū)，使空間電荷區(qū)

7、變窄，然后發(fā)射區(qū)開始向基區(qū)發(fā)射電子，晶體管開始導通。這個過程所需要的時間稱為延遲時間td 。經過延遲時間td 后，發(fā)射區(qū)不斷向基區(qū)注入電子，電子在基區(qū)積累，并向集電區(qū)擴散，形成集電極電流iC 。隨著基區(qū)電子濃度的增加，iC 不斷增大 。iC 上升到最大值的90% 所需要的時間稱為 上升時間 t r。開通時間 ton =t d +t r開通時間的長短取決于晶體管的結構和電路工作條件。2關閉時間關閉時間： 三極管從飽和狀態(tài)到截止狀態(tài)所需要的時間稱為關閉時間。進入飽和狀態(tài)后，集電極收集電子的能力減弱，過剩的電子在基區(qū)不斷積累起來，稱為超量存儲電荷，同時集電區(qū)靠近邊界處也積累起一定的空穴，集電結處于正

8、向偏置。當輸入電壓ui 由 +U2跳變到 -U 1時，存儲電荷不能立即消失，而是在反向電壓作用下產生漂移運動而形成反向基流，促使超量存儲電荷泄放。在存儲電荷完全消失前，集電極電流維持ICS 不變，直至存儲電荷全部消散，晶體管才開始退出飽和狀態(tài)，iC 開始下降。這個過程所需要的時間稱為 存儲時間 ts?；鶇^(qū)存儲的多余電荷全部消失后，基區(qū)中的電子在反向電壓作用下越來越少，集電極電流iC 也不斷減小， 并逐漸接近于零。 集電極電流由 0.9I CS 降至 0.1I CS 所需的時間稱為下降時間tf。關閉時間 t off =t s+t f同樣，關閉時間的長短取決于三極管的結構和運用情況。開通時間 to

9、n 和關閉時間toff 的大小反映了三極管由截止到飽和與從飽和到截止的開關速度，它們是影響電路工作速度的主要因素。三極管放大原理 (形象 )對三極管放大作用的理解，切記一點：能量不會無緣無故的產生，所以，三極管一定不會產生能量，。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，每當放水的時候，人們就打開小閥門，很小的水流涓涓流出，這涓涓細流沖擊大閥門的開關，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，那么大閥門也相應地不停改變，假若能嚴格地按比例改變，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。當然，如果把水流比為電流的話，會更確切，因為三極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， 但因為沒有水流的存在，并沒有水流出來。這就是三極管中的截止區(qū)。所以，飽和區(qū)是一樣的，因為此時江水達到了很大很大的