三极管及放大电路原理解读.docx

1、三极管及放大电路原理解读测判三极管的口诀 三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速掌握测判方法，笔者总结出四句口诀：“三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准，动嘴巴。”下面让我们逐句进行解释吧。 一、 三颠倒，找基极 大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，图1是它们的电路符号和等效电路。 测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R100或R1k挡位。图2绘出了万用电表欧姆挡的等效电路。由图可见，红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。 假定

2、我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极(参看图1、图2不难理解它的道理)。 二、 PN结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间P

3、N结的方向来确定管子的导电类型(图1)。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为PNP型。 三、 顺箭头，偏转大 找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c，哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。 (1) 对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路如图3所示。根据这个原理，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔c极b极

4、e极红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”)，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发射极e。 (2) 对于PNP型的三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：黑表笔e极b极c极红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是集电极c(参看图1、图3可知)。 四、 测不出，动嘴巴 若在“顺箭头，偏转大”的测量过程中，若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要“动嘴巴”了。具体方法是：在“顺箭头，偏转大”的两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电

5、极b，仍用“顺箭头，偏转大”的判别方法即可区分开集电极c与发射极e。其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。 半导体三极管的分类 半导体三极管亦称双极型晶体管，其种类非常多。按照结构工艺分类，有PNP和NPN型；按照制造材料分类，有锗管和硅管；按照工作频率分类，有低频管和高频管；一般低频管用以处理频率在3MHz以下的电路中，高频管的工作频率可以达到几百兆赫。按照允许耗散的功率大小分类，有小功率管和大功率管；一般小功率管的额定功耗在1W以下，而大功率管的额定功耗可达几十瓦以上。常见的半导体三极管外型见图2.5.1。 半导体三极管的主要参数 共射电流放大系数。值一般在20200，它是

6、表征三极管电流放大作用的最主要的参数。理解三极管的工作原理首先从以下两个方面来认识： 其一、制造工艺上的两个特点：(1)基区的宽度做的非常薄；(2)发射区掺杂浓度高。 其二、三极管工作必要条件是(a)在B极和E极之间施加正向电压(此电压的大小不能超过1V)；（b）在C极和E极之间施加反向电压；(c) 如要取得输出必须加负载电阻。 当三极管满足必要的工作条件后，其工作原理如下： (1)基极有电流流动时。由于B极和E极之间有正向电压，所以电子从发射极向基极移动，又因为C极和E极间施加了反向电压，因此，从发射极向基极移动的电子，在高电压的作用下，通过基极进入集电极。于是，在基极所加的正电压的作用下，

7、发射极的大量电子被输送到集电极，产生很大的集电极电流。 （2）基极无电流流动时。在B极和E极之间不能施加电压的状态时，由于C极和E极间施加了反向电压， 所以集电极的电子受电源正电压吸引而在 C极和E极之间产生空间电荷区，阻碍了从发射极向集电极的电子流动，因而就没有集电极电流产生。综上所述，在晶体三极管中很小的基极电流可以导致很大的集电极电流，这就是三极管的电流放大作用。此外，三极管还能通过基极电流来控制集电极电流的导通和截止，这就是三极管的开关作用（开关特性）。参见晶体三极管特性曲线 5.2图所示：晶体三极管共发射极放大原理如下图所示：A、vt是一个npn型三极管画外音： 我们可以用水龙头与闸

8、门放水的关系，来想象或者说是理解三极管的放大原理。其示意图如下图 2-20 所示图 2-20 三极管放大原理参考示意图 如图 2.20 （）所示：当发射结无电压或施加电压在门限电压以下，相当于闸门关紧时，水未从水龙头底部通过水嘴流出来。此时， ec 之间电阻值无穷大， ec 之间的电流处于截止状态，或者说是开关的 OFF 状态。 如图 2.20 （ b ）所示：当对发射结施加电压在门限电压范围时（以硅管 0.7V 左右为例），相当于闸门松动一点点，从水龙头底部通过水嘴流出的水成滴答状态。此时， ec 之间的电阻值也下降了一点点。图 2-20 三极管放大原理参考示意图 如图 2.20 （ c ）

9、所示：当对发射结施加电压在 0.8V 时，相当于闸门已打开三分之一的状态时，水龙头底部已经可以有三分之一的水通过水嘴流出来了，此时， ec 之间的电阻值也下降了三分之一， ec 之间的电流处于调控或者说是放大状态。图 2-20 三极管放大原理参考示意图 如图 2.20 （ d ）所示：当对发射结施加电压在 0.9V 时，相当于闸门已打开三分之二的状态时，水龙头底部已经可以有三分之二的水通过水嘴流出来了，此时， ec 之间的电阻值也下降了三分之二， ec 之间的电流处于调控或者说是放大状态。图 2-20三极管放大原理参考示意图 如图 2.20 （ e ）所示：当对发射结施加电压在 1V 或者 1

10、V 以上时，相当于闸门已完全打开的状态时，水龙头底部所有的水已经可以通过水嘴流出来了，此时， ec 之间的电阻值也下降为“ 0 ”，或者说很小，可以或略不计， ec 之间的电流处于饱和状态，或者说是开关的 ON 状态。对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量，。但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流控制大电流放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。所以，平常的工作流程便是，每当放水

11、的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的

12、程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。三极管电路的基本分析方法2009-05-14 09:08 分析方法： 图解法 在输入、输出特性图上画交、直流负载线，求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等。 微变等效电路法 根据发射结导通压降估算“Q”。再用等效电路法分析计算小信号交流通路的电路动态参数。 电量参数的表示：BB，B表示主要符

13、号，大写表示该电量是与时间无关的量(直流、平均值、有效值)，小写表示该电量是随时间而变化的量(瞬时值)。B为下标符号，大写表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值)；小写表示交流分量。 二、直流分析 1.图解分析法：在三极管的特性曲线上用作图的方法求得电路中各直流电流、电压量大小的方法，称为图解分析法。 晶体三极管电路如下图(a)所示，三极管的输入、输出特性曲线分别示于下图(b)、(c)中。 2.工程近似分析法 三、交流分析 1.动态图解分析 三极管电路动态工作时的电流、电压、可利用三极管特性曲线，通过作图来求得。现通过例题来说明动态图解分析过程。 例.三极管电路如下图(a)所示，交流电压ui通

14、过电容C加到三极管的基极，设C对交流信号的容抗为零；三极管采用硅管，其输入、输出特性曲线如下图b)所示。已知ui=10sint(mV)，试用图解法求该电路各交流电压和电流值。 解： (1)输入回路图解 先令ui=0，由图(a)可得IBQ=（VBB-UBE(on)）/RB（6V-0.7V）/176k=0.03mA=30A 由此可在图(b)的输入特性曲线上确定基极回路的静态工作点Q。 若输入交流信号ui，它在基极回路与直流电压UBEQ相叠加，使得三极管B、E极之间的电压uBE在原有直流电压UBEQ的基础上，按ui的变化规律而变化，即uBE=UBEQ+ui=UBEQ+Uimsint，其 波形如图(b

15、)中所示。根据uBE的变化 (2)输出回路的图解 根据VCC及RC值可在上图(b)所示输出特性曲线中作出直流负载线NM，它与iB=IBQ=30A的输出特性曲线相交于Q点，Q点便是集电极回路的直流工作点。由图可知，其对应的ICQ=3mA、UCEQ=3V。随着基极电流的变化，负载线MN与输出特性曲线簇的交点也随之变化。按基极电流iB在不同时间的数值，找出相应的输出特性曲线及其与负载线MN的交点，便可画出集电极电流iC和C、E极间电压uCE的波形，如上图(b)中、所示，由图可知，输出电流iC和输出电压uCE都在原来静态直流的基础上叠加了一交流量。由于输出特性曲线间距近似相等，故ic与ib成正比，因此

16、，有iC=ICQ+ic=ICQ+Icmsint，uCE=UCEQ+uce=UCEQ+Ucemsin(t-180)，式中，uce=-icRC，Ucem=IcmRC。 由上图(b)可读出iC的瞬时值在24mA之间变动，ic的幅度Icm=1mA；而uCE的瞬时值在24V之间变动，uce的幅度Ucem=1V。可见，UcemUim，电路实现了交流电压放大作用。此外，可看出uce波形与ui波形的相位相差180(即反相关系)。典型例题举例（点击查看） 2.小信号等效电路分析法（微变等效） 输入信号过小时，用图解法进行交流分析误差较大，通常采用微变等效电路来分析。 （1）晶体三极管电路小信号等效电路分析方法

17、晶体三极管H（Hybrid）参数小信号电路模型 等效依据：交流信号很小时，三极管的动态参数呈线性变化，此时，三极管各极交流电 压、电流的关系近似为线性关系。 rbe（hie）三极管输出端交流短路时的输入电阻。其值与三极管的静态工作点Q有关。 rbb三极管基区体电阻。 对于低频小功率管 rbb约为200。 输入端口：从输入端看进去，相当于电阻rbe。 输出端口：从输出端看进去，相当于一个受ib控制的电流源。 ic=ib，相当于H参数模型中的Hfe 。 晶体三极管电路的交流分析 分析步骤： A. 分析直流电路，求出“Q”点上各直流电压和电流，计算 rbe； B.画出电路的交流通路，并在交流通路上把

18、三极管画成 H 参数模型。 C.利用叠加定理分析计算“Q”点上各极的交流量。 例题分析（点击查看） （2）场效应管电路小信号等效电路分析法 一、概述 三极管为非线型器件，对含有这些器件的电路进行分析时，可采用适当的近似方法，按线性 电路来处理。利用叠加定理可对电路中的交、直流成分分别进行分析。 直流分析（静态分析）： 只研究在直流电源作用下，电路中各直流量的大小称为直流分析(或称为静态分析)，由此而确定的各极直流电压和电流称为直流工作点(或称静态工作点)参量。 交流分析（动态分析）： 当外电路接入交流信号后，为了确定叠加在静态工作点上的各交流量而进行的分析，称为交流分析(或称为动态分析)。三极

19、管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的

20、倍，即电流变化被放大了倍，所以我们把叫做三极管的放大倍数（一般远大于1，例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。当基极与发射极之间的电压小于

21、0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了）。而加上偏置，事先让集电极有一

22、定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制（Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开

23、关断开；当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时（大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数），三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加（在三极管未饱和之前）。对于PNP型三极管，分析方法类似，不同的地方就是电流方向跟NPN的刚好相反，因此发射极上面那个箭头方向也反了过来变成朝里的了