電路設計中三極管的應用

一、三極管

半導體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。在半導體鍺或硅的單晶上制備兩個能相互影響的PN結，組成一個PNP（或NPN）結構。中間的N區（或P區）叫基區，兩邊的區域叫發射區和集電區，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發射極E和集電極C，是能起放大、振蕩或開關等作用的半導體電子器件。

注：以上兩個兩極管背靠背接起來時，僅僅起示意作用，否則如何來的三極管的放大功能呢。也就是說，三極管與背靠背接起來的兩個兩極管不一樣！

二、三極管的作用分析

1、開關作用

注：所有的三極管均能起開關作用，控制一段回路的斷開與閉合。三極管工作在開關狀態時，一定是在飽和和截至區之間轉換，不會在放大區。

分析：從NPN三極管管等效示意圖可知，BE之間就是一個二極管，以硅二極管導通電壓0.7V為例，只要VB>0.7V即可使BE間導通。

即當MCU輸出高電平時，三極管處于飽和狀態，此時發射結與集電結均為正偏置，此時CE間電壓很小，比PN結的導通電壓還要低（硅管在0.5伏以下，標準為0.2伏），CE間相當“短路”，即呈“開”的狀態。

當MCU輸出低電平時，三極管在截止狀態，發射結與集電結均為反偏置，此時CE極間的電流極小（硅管基本量不到），相當于“斷開”，呈現“關的狀態”。

注：其中R2的作用起下拉作用，給予B端一個固定的電平，默認使三極管處于斷開狀態。

三極管開關電路的特點：

① 開關速度極快，遠遠比機械開關快；

② 沒有機械接點，不產生電火花；

③ 開關的控制靈敏，對控制信號的要求低；

④ 導通時開關的電壓降比機械開關大，關斷時開關的漏電流比機械開關大；

⑤ 不宜直接用于高電壓、強電流的控制

2、放大作用

放大電路的功能是利用三極管的電流控制作用，或場效應管電壓控制作用，把微弱的電信號（簡稱信號，指變化的電壓、電流、功率）不失真地放大到所需的數值，實現將直流電源的能量部分地轉化為按輸入信號規律變化且有較大能量的輸出信號。

放大電路的實質，是一種用較小的能量去控制較大能量轉換的能量轉換裝置。

放大電路組成的原則：

① 必須有直流電源，而且電源的設置應保證三極管或場效應管工作在線性放大狀態；

② 元件的安排要保證信號的傳輸，即保證信號能夠從放大電路的輸入端輸入，經過放大電路放大后從輸出端輸出；

③ 元件參數的選擇要保證信號能不失真地放大，并滿足放大電路的性能指標要求。

注：要使三極管能夠正常放大信號，發射結應加正向電壓，集電結應加反向電壓。

在此僅以NPN三極管的共發射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。在實際放大電路中，除了共發射極聯接方式外，還有共集電極和共基極聯接方式。

共發射極接法 共基極接法 共集電極接法

① 三極管其射極放大電路

               共發射極基本放大電路

② 各元件作用 

(1) 三極管V：實現電流放大。

(2) 集電極直流電源UCC：確保三極管工作在放大狀態。

(3) 集電極負載電阻RC ：將三極管集電極電流變化轉變為電壓變化，以實現電壓放大。 

(4) 基極偏置電阻RB ：為放大電路提供靜態工作點。

(5) 耦合電容C1和C2 ：隔直流通交流。

③ 工作原理

(1) ui直接加在三極管V的基極和發射極之間，引起基極電流iB作相應的變化 。

(2) 通過V的電流放大作用，V的集電極電流iC也將變化 。

(3) iC的變化引起V的集電極和發射極之間的電壓uCE變化。

(4) uCE中的交流分量uce經過C2暢通地傳送給負載RL，成為輸出交流電壓uo,，實現了電壓放大作用。

④ 靜態分析

靜態分析就是要找出一個合適的靜態工作點,通常由放大電路的直流通路來確定。如圖7.2所示。

共發射極放大電路的直流通路和靜態工作點

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