对三极管放大作用的理解.pdf

### 对三极管放大作用的理解 #### 一、三极管的基本概念及放大作用 三极管是一种重要的半导体器件，在电子技术中应用广泛。本文档旨在帮助初学者更好地理解三极管的放大作用及其基本原理。 #### 二、三极管的特性与工作原理 1. **能量守恒原则**：在讨论三极管的功能时，首先需要明确一个基本原则——能量守恒。三极管本身不会产生能量，而是通过控制电流实现信号放大或其他功能。 2. **电流控制元件**：三极管是一个典型的电流控制元件，它能够通过较小的基极电流控制较大的集电极电流，这是三极管最基本也是最重要的特性之一。 3. **工作状态划分**：根据三极管内部电流的不同，可以将其工作状态划分为饱和状态、截止状态和放大状态三种。 #### 三、不同工作状态的特点 1. **饱和状态** - **特点**：为了使三极管处于饱和状态，需要确保基极电流足够大，即满足\( I_{\text{B}} \geq I_{\text{Bs}} \)。在此状态下，集电极与发射极之间的饱和电压 \( U_{\text{ces}} \) 很小，通常硅管的发射结饱和压降 \( U_{\text{bec}} = 0.7\text{V} \)，而锗管的 \( U_{\text{bec}} = -0.3\text{V} \)。 - **等效电路**：在饱和状态下，集电极与发射极之间的饱和电阻 \( R_{\text{cEs}} \) 很小，可以视作短路。NPN型三极管饱和状态下的等效电路如图1所示。 2. **截止状态** - **特点**：要使三极管处于截止状态，基极电流需为零，即 \( I_{\text{S}} = 0 \)。此时，集电极电流 \( I_{\text{C}} \approx I_{\text{CEO}} \approx 0 \) （其中 \( I_{\text{CEO}} \) 是穿透电流，非常小），集电极与发射极之间的电压 \( U_{\text{CE}} \approx E_{\text{C}} \)。 - **等效电路**：在截止状态下，集电极与发射极之间的电阻 \( R_{\text{CE}} \) 非常大，可以视作开路。NPN型三极管截止状态下的等效电路如图1b所示。 3. **放大状态** - **特点**：为了让三极管处于放大状态，基极电流必须满足 \( 0 < I_{\text{B}} < I_{\text{Bs}} \)。此时，发射结正偏，集电结反偏。集电极与发射极之间的电压 \( U_{\text{CE}} > 1\text{V} \)。 - **电流控制关系**：在放大状态下，集电极电流 \( I_{\text{C}} \) 与基极电流 \( I_{\text{B}} \) 成唯一对应关系，且 \( I_{\text{C}} \) 主要受 \( I_{\text{B}} \) 控制。通常情况下，集电极电流 \( I_{\text{C}} \) 可以表示为 \( I_{\text{C}} = \beta \times I_{\text{B}} \)，其中 \( \beta \) 为电流放大系数。 #### 四、确定电路中三极管的工作状态 1. **利用三极管的工作状态特点和等效电路分析**：通过分析三极管的工作状态特点和等效电路，可以判断实际电路中三极管的工作状态。例如，当输入信号的最大值和最小值分别使得三极管进入饱和状态和截止状态时，则该电路无法正常放大信号。 2. **实例分析** - **实例1**：考虑一个放大电路，已知电源电压 \( E_{\text{C}} = 12\text{V} \)，电流放大系数 \( \beta = 50 \)，基极电阻 \( R_{\text{B}} = 220\text{k}\Omega \)，集电极电阻 \( R_{\text{C}} = 2\text{k}\Omega \)。若输入信号的最大值为 \( +730\text{mV} \)，最小值为 \( -730\text{mV} \)，则通过计算可知，当最大值信号输入时，三极管进入饱和状态；当最小值信号输入时，三极管进入截止状态。因此，该电路无法顺利放大信号。 - **实例2**：当电流放大系数 \( \beta = 150 \) 时，重复上述计算过程，同样可以得出电路无法正常放大的结论。 #### 五、总结 通过对三极管不同工作状态的分析，我们可以更加深入地理解三极管作为电流控制元件的本质特征以及它在电路中的应用。三极管不仅能够在放大状态下高效地放大电流，还能够根据不同的输入信号自动调节到饱和状态或截止状态，从而实现信号的开关控制。掌握这些基础知识对于学习更高级的电子技术和电路设计至关重要。