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三極管在電路中的作用和工作原理
三極管在電路中的作用和工作原理
更新时间:2025-04-03 09:18:02

三極管也稱為半導體三極管(或稱晶體三極管),常見的三極管有NPN型和PNP型兩大類,三極管是放大電路的核心元器件,三極管最主要的功能是對電流有放大的作用。

三極管在電路中的作用和工作原理(三極管在電路中的應用特性)1

1、三極管的功能

三極管的應用如下圖所示。這是一個穩壓電路,電路中的三極管VT1(調整管)起電流放大作用,三極管VT2(誤差放大器)起穩壓作用。Rc2是VT2的集電極負載電阻。誤差取樣電路輸出電壓的變化量經VT2先放大,然後再送到VT1的基極,為VT1提供基極電流,VT1放大後輸出。這樣隻要輸出電壓有一點微小的變化,就能通過VT1的管壓降産生比較大的變化,這樣在輸岀電壓變化時使VT1的内阻發生變化,使輸岀電壓保持穩定。

三極管在電路中的作用和工作原理(三極管在電路中的應用特性)2

2、三極管的基本特性

三極管最重要的功能就是它具有電流放大作用。下圖所示為三極管的放大原理。

三極管在電路中的作用和工作原理(三極管在電路中的應用特性)3

三極管的放大作用可以理解為一個水閘。由水閘上方流下的水流可以理解為集電極(C)的電流Ic,由水閘側面流入的水流稱為基極(B)電流Ib。當Ib有水流流過,閘門受到沖擊便會開啟,這樣水閘側面的水流(相當于電流Ib)與水閘上方的水流(相當于電流Ic)就彙集到一起流下(相當于發射極E的電流Ie)。可以看到,控制水閘側面流過很小的水流流量(相當于電流Ib),就可以控制水閘上方流下的大水流流量(相當于電流Ic。這就相當于三極管的放大作用。

如果水閘側面沒有水流流過,就相當于基極電流被切斷,那麼水閘閘門關閉,上方和到下方就都沒有水流流過,相當于集電極(C)到發射極(E)的電流也被關斷了。

NPN型三極管和PNP型三極管的極性不同,但工作過程相同,如下圖所示。

三極管在電路中的作用和工作原理(三極管在電路中的應用特性)4

NPN三極管放大信号的基本的條件是保證基極和發射極之間加正向電壓(正偏),集電極和發射極之間加正向電壓(内部集電極與基極之間的PN結成反偏)。基極相對于發射極為正極性電壓,基極相對于集電極則為負極性電壓。

1)三極管構成的共射極放大器

下圖所示為共射極放大電路的基本結構。從圖中可以看到,該類電路是将輸入信号加到晶體管基極(b)和發射極(e)之間,而輸出信号取自晶體管的集電極(c)和發射極(e)之間。由此可見發射極(e)為輸入信号和輸出信号 的公共接地端,具有這種特點的單元電路便稱為共射極(e)放大電路。

三極管在電路中的作用和工作原理(三極管在電路中的應用特性)5

晶體管VT是這一電路的核心器件,晶體管主要功能是對信号進行放大;電路中偏置電阻Rb1和Rb2構成分壓電路給晶體管基極(b)供電:電阻Rc是集電極(c)負載電阻,電壓經Rc為它供電:兩個電容C1、C2都是起到通交流隔直流作用的耦合電容;電阻RL則是承載輸出信号的負載電阻。

該電路中的主信号流程:輸入信号首先經電容C1耦合到晶體管VT的基極,經晶體管VT放大後由其集電極輸出,并經電容C2輸出。

值得注意的是,NPN型與PNP型晶體管放大器的最大不同之處在于供電電源的極性: 采用NPN型晶體管的放大器,供電電源是正電源送入晶體管的集電極(c);采用PNP型晶體管的放大器,供電電源是負電源送入晶體管的集電極(c)。

2)三極管構成的共集電極放大器

共集電極放大電路組成的元器件和共射極放大電路基本相同,不同之處有兩點:其一是将集電極電阻Rc移到了發射極(用Re表示):其二是輸出信号不再取自集電極(c)而是取自發射極(e)。下圖所示為共集電極放大電路的基 本結構。

三極管在電路中的作用和工作原理(三極管在電路中的應用特性)6

該電路中,兩個偏置電阻Rb1和Rb2構成分壓電路給晶體管基極(b)供電;Re是晶體管發射極(e)的負載電阻;兩個電容都是起通交流隔直流的作用,電阻RL則是負載電阻。

輸入信号首先經電容C1耦合到三極管VT的基極,經三極管VT放大後由其發射極輸出,并經耦合電容C2輸出。與共發射極放大器一樣,NPN型與PNP型晶體管放大器的最大不同之處也是供電電源的不同。

值得注意的是,由于晶體管放大電路的供電電源的内阻很小,對于交流信号來說,電源的正負極間相當于短路。交流接地端等效于電源,也就是說晶體管集電極(c)接電源,對交流信号來說,相當于接地。輸入信号是加載到晶體管基極(b)和發射極(e)之間,也就相當于加到晶體管基極(b)和集電極(c)之間,輸岀信号取自晶體管的發射極(e),也就相當于取自晶體管發射極(e)和集電極(c)之間,因此集電極(c)為輸入信号和輸出信号的公共端,故稱為共集電極放大電路。這種放大器又稱射極輸出器或射極跟随器。

3)三極管構成的共基極放大電路

共基極放大電路的結構特點是将輸入信号加載到晶體管發射極(e)和基極(b)之間,而輸出信号取自晶體管的集電極(c)和基極(b)之間,由此可見基極(b)為輸入信号和輸出信号的公共端,因而該電路稱為共基極(b)放 大電路。下圖所示為共基極放大電路的基本結構。

三極管在電路中的作用和工作原理(三極管在電路中的應用特性)7

該電路主要是由三極管VT、電阻器Rb1、Rb2、Rc、RL和耦合電容C1、C2組成的。電路中的四個電阻都是為了建立靜态工作點而設置的,其中Rc還兼具集電極(c)的負載電阻;電阻RL是負載端的電阻;兩個電容C1、C2都是起到通交流隔直流作用的耦合電容;去耦電容Cb是為了使基極(b)的交流直接接地,起到去耦合的作用,即起消除交流負反饋的作用。

共集電極放大電路的特點是具有較大的電壓和功率放大倍數,但電流放大近似于1(無電流放大能力),輸入阻抗小(幾十歐姆),輸出阻抗大(幾百千歐),常用于髙頻放大及振 蕩電路等。

三極管隻要滿足一定條件就可使其導通或截止,起到開關的作用,下圖所示分别為NPN型三極管導通和截止條件:

三極管在電路中的作用和工作原理(三極管在電路中的應用特性)8

PNP型三極管導通和截止條件:

三極管在電路中的作用和工作原理(三極管在電路中的應用特性)9

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