三極管工作原理(詳解)

1、目錄三極管的結(jié)構(gòu)1三極管的作用2三極管的三種放大電路 3三極管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)4 按頻率分：高頻管、低頻管；按頻率分：高頻管、低頻管； 按功率分：小、中、大功率管；按功率分：小、中、大功率管； 按半導(dǎo)體材料分：硅、鍺管；按半導(dǎo)體材料分：硅、鍺管； 三極管三極管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 三極管三極管的類(lèi)型的類(lèi)型： 按結(jié)構(gòu)分：按結(jié)構(gòu)分：NPNNPN和和PNPPNP管；管；三極管三極管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管 半導(dǎo)體三極管的結(jié)半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。構(gòu)示意圖如圖所示。它有兩種類(lèi)型它有兩種類(lèi)型:NPN型型

2、和和PNP型。型。 BJTBJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介(a) NPN型管結(jié)構(gòu)示意圖型管結(jié)構(gòu)示意圖(b) PNP型管結(jié)構(gòu)示意圖型管結(jié)構(gòu)示意圖(c) NPN管的電路符號(hào)管的電路符號(hào)(d) PNP管的電路符號(hào)管的電路符號(hào)三極管的作用u晶體三極管的用途主要是交流信號(hào)放大，直流信號(hào)放大和電路開(kāi)關(guān)。u晶體三極管偏置u 使用晶體管作放大用途時(shí)，必須在它的各電極上加上適當(dāng)極性的電壓，稱(chēng)為“偏置電壓”簡(jiǎn)稱(chēng)“偏壓”， 又“偏置偏流”。電路組成上叫偏置電路。晶體管各電極加上適當(dāng)?shù)钠秒妷褐螅麟姌O上便有電流流動(dòng)。 通過(guò)發(fā)射極的電流稱(chēng)為“射極電流”，用IE表示；通過(guò)基極的電流稱(chēng)為“基極電流”，用IB表示；通過(guò)集電極的

3、電流稱(chēng)為“集極電流”，用IC表示。u晶體管三個(gè)電極的電流有一定關(guān)系，公式如下uIE IB ICu 三極管的三種放大電路u當(dāng)晶體管被用作放大器使用時(shí)，其中兩個(gè)電極用作信號(hào) (待放大信號(hào)) 的輸入端子；兩個(gè)電極作為信號(hào) (放大后的信號(hào)) 的輸出端子。 那么，晶體管三個(gè)電極中，必須有一個(gè)電極既是信號(hào)的輸入端子，又同時(shí)是信號(hào)的輸出端子，這個(gè)電極稱(chēng)為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的公共電極。 u 按晶體管公共電極的不同選擇，晶體管放大電路有三種：共基極電路 (Common base circuit)、共射極電路(Common emitter circuit) 和 共集極電路(Common collector cir

4、cuit)，如下圖示。三極管的三種放大電路u由于共射極電路放大電路的電流增益和電壓增益均較其它兩種放大電路為大，故多用作訊號(hào)放大使用。三極管的放大原理u晶體三極管的放大作用晶體管是一個(gè)電流控制組件，其集極電流 IC可以由基極電流IB控制，只需輕微的改變基流IB就可以引起很大的集流變化IC。由于晶體管基流IB的輕微變化可以控制較大的集流IC，我們利用這一特點(diǎn)，用它來(lái)放大微弱的電信號(hào)，稱(chēng)為晶體管的放大作用 (Amplification)，簡(jiǎn)稱(chēng)晶體管放大。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，晶體管的放大原理是把微弱的電信號(hào) (微弱的電壓信號(hào) Vi) 加在基極上，使基極電流按電信號(hào)變化，通過(guò)晶體管的電流控制作用，就可以在負(fù)載上

5、得到與原信號(hào)變化一樣，但增強(qiáng)了的電信號(hào) (較大的電壓信號(hào) Vo)。 u 三極管截止?fàn)顟B(tài)ua)基極(B)不加偏壓使 (b)基極(B)加上反向偏 c)此時(shí)集極(C)與射極(E) u 基極電流IB等于零 壓使基極電流IB等于零 之間形同段路，負(fù)載無(wú) 電流通過(guò) 三極管飽合狀態(tài)當(dāng)三極管之基極加入高電平時(shí)，因?yàn)镮CIE=IB，射極和集極的電流亦非常大，此時(shí)集極與射極之間的電壓降非常低(VCE為0.4V以下)，其意義相 當(dāng)于集極與射極之間完全導(dǎo)通，此一狀態(tài)稱(chēng)為三極管飽合狀態(tài) a)基極加上足夠的順向偏壓使IB足夠大 b）C-E間視同導(dǎo)通狀態(tài)共基極放大電路共基極放大電路4. 放大作用放大作用若若 vI = 20

6、mV電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)4920mVV98. 0IO vvvA使使 iE = -1 mA，則則 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V，當(dāng) = 0.98 時(shí)，時(shí)， 放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下三極管三極管的工作原的工作原理理 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過(guò)基區(qū)傳輸，然后到靠它的發(fā)射極電流能夠通過(guò)基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)這一傳輸過(guò)程的兩個(gè)條件是：實(shí)現(xiàn)這一傳輸過(guò)程的兩個(gè)條件是：（1）內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且

7、基區(qū)很薄。雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。向偏置。 放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJTBJT的工作原理的工作原理 電路組成電路組成 共射放大電路的工作原理共射放大電路的工作原理 兩種實(shí)用放大電路兩種實(shí)用放大電路 共射極放大電路共射極放大電路 電路組成電路組成輸入回路（基極回路）輸入回路（基極回路）輸出回路（集電極回路）輸出回路（集電極回路）習(xí)慣畫(huà)法習(xí)慣畫(huà)法 共射極基本放大電路共射極基本放大電路習(xí)慣畫(huà)法習(xí)慣畫(huà)法電路組成電路組成 共射放大電路的工作原理共射放大電路的工作原理Vi=0Vi=Vsin t1.簡(jiǎn)單的工作原理簡(jiǎn)單的工作原理 2

8、.靜態(tài)靜態(tài) 電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管三個(gè)電極的電壓、電電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管三個(gè)電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點(diǎn)，稱(chēng)為流在特性曲線上確定為一點(diǎn)，稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)，常稱(chēng)為常稱(chēng)為Q Q點(diǎn)。一般用點(diǎn)。一般用I IB B、 I IC C和和V VCECE （或（或I IBQBQ、I ICQCQ和和V VCEQCEQ ）表示。）表示。# # 思考題：思考題： 輸入信號(hào)為零（輸入信號(hào)為零（v vi i= 0 = 0 或或 i ii i= 0= 0）時(shí)，放大電）時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱(chēng)路的工作狀態(tài)，也稱(chēng)直流工作狀態(tài)直流工作狀態(tài)。 共射放大電路的工作原理共射放大電路的工作原理設(shè)置正確靜態(tài)的必要

9、性設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，主要是為了設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，主要是為了解決失真解決失真問(wèn)題；問(wèn)題；但但Q Q點(diǎn)將影響所有動(dòng)態(tài)參數(shù)！點(diǎn)將影響所有動(dòng)態(tài)參數(shù)！ 電路的放大對(duì)象是動(dòng)態(tài)信號(hào)，為什么要求晶體管在信電路的放大對(duì)象是動(dòng)態(tài)信號(hào)，為什么要求晶體管在信號(hào)為零時(shí)有合適的直流電流和極間電壓？號(hào)為零時(shí)有合適的直流電流和極間電壓？不設(shè)置正確的靜態(tài)：不設(shè)置正確的靜態(tài)：輸出電壓必然失真！輸出電壓必然失真！ 共射放大電路的工作原理共射放大電路的工作原理4.2.3 4.2.3 兩種實(shí)用放大電路兩種實(shí)用放大電路問(wèn)題：?jiǎn)栴}：1、兩種電源、兩種電源2、信號(hào)源與放大電路不、信號(hào)源與放大電路不“共地共地”將兩個(gè)電源將兩個(gè)電源合二

10、為一合二為一共地，且要使信號(hào)共地，且要使信號(hào)馱載在靜態(tài)之上馱載在靜態(tài)之上靜態(tài)時(shí)，靜態(tài)時(shí)，b1BEQRUU動(dòng)態(tài)時(shí)，動(dòng)態(tài)時(shí)， uBEuIURb11.直接耦合放大電路直接耦合放大電路討論討論1 1 放大電路的組成原則放大電路的組成原則u靜態(tài)工作點(diǎn)合適：靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合適的直流電源合適的直流電源 合適的電路參數(shù)合適的電路參數(shù) 輸入輸入信號(hào)能夠作用于晶體管的輸入信號(hào)能夠作用于晶體管的輸入端端，輸出信號(hào)能夠傳送給輸出信號(hào)能夠傳送給負(fù)載。負(fù)載。 對(duì)實(shí)用放大電路的要求：對(duì)實(shí)用放大電路的要求： 共地；共地； 直流電源種類(lèi)盡可能少；直流電源種類(lèi)盡可能少； 負(fù)載上無(wú)直流分量。負(fù)載上無(wú)直流分量。b點(diǎn)電位基本不變的條

11、件點(diǎn)電位基本不變的條件：I1 IBQ ，CCb2b1b2BQVRRRV 此時(shí)，此時(shí)，VBQ與溫度無(wú)關(guān)與溫度無(wú)關(guān)VBQ VBEQRe取值越大，反饋控制作用越強(qiáng)取值越大，反饋控制作用越強(qiáng)一般取一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V 1. 1. 基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路（1 1）穩(wěn)定工作點(diǎn)原理）穩(wěn)定工作點(diǎn)原理1. 1. 基極分壓式射極偏置電路基極分壓式射極偏置電路（2 2）放大電路指標(biāo)分析）放大電路指標(biāo)分析靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV IICQBQ r

12、RRR 1/beseo共集電極電路特點(diǎn)：共集電極電路特點(diǎn)：同相同相與與iovv 電壓增益小于電壓增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 輸入電阻大，對(duì)電壓信號(hào)源衰減小輸入電阻大，對(duì)電壓信號(hào)源衰減小 輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng))1(/LbebiRrRR 1 vA。4.5.1 4.5.1 共集電極放大電路共集電極放大電路4.5.2 4.5.2 共基極放大電路共基極放大電路1.1.靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn) 直流通路與射極偏置電路相同直流通路與射極偏置電路相同CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )( ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVV

13、IICQBQ 4.5.3 4.5.3 放大電路三種組態(tài)的比較放大電路三種組態(tài)的比較1.1.三種組態(tài)的判別三種組態(tài)的判別以輸入、輸出信號(hào)的位置為判斷依據(jù)：以輸入、輸出信號(hào)的位置為判斷依據(jù)： 信號(hào)由基極輸入，集電極輸出信號(hào)由基極輸入，集電極輸出共射極放大電路共射極放大電路 信號(hào)由基極輸入，發(fā)射極輸出信號(hào)由基極輸入，發(fā)射極輸出共集電極放大電共集電極放大電路路 信號(hào)由發(fā)射極輸入，集電極輸出信號(hào)由發(fā)射極輸入，集電極輸出共基極電路共基極電路 2.2.三種組態(tài)的比較三種組態(tài)的比較4.5.3 4.5.3 放大電路三種組態(tài)的比較放大電路三種組態(tài)的比較3.3.三種組態(tài)的特點(diǎn)及用途三種組態(tài)的特點(diǎn)及用途共射極放大電路：共射極放大電路： 電壓和電流增益都大于電壓和電流增益都大于1 1，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集，輸入電阻在三種組態(tài)中居中，輸出電阻與集電極電阻有很大關(guān)系。適用于低頻情況下，作多級(jí)放大電路的中間級(jí)。電極電阻有很大關(guān)系。適用于低頻情況下，作多級(jí)放大電路的中間級(jí)。共集電極放大電路：共集電極放大電路： 只有電流放大作用，沒(méi)有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)中，只有電流放大作用，沒(méi)有電壓放大，有電壓跟隨作用。在三種組態(tài)中，輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好。可用于輸入級(jí)、輸出級(jí)或緩沖輸入電阻最高，輸出電阻最小，頻率特性好。可用于輸入級(jí)、輸出級(jí)或緩沖級(jí)。級(jí)。共基極放大電路