三極管的基本原理

本篇主要先用通俗易懂的語言講解下三極管的基本原理，把三極管放大電路放在下一篇重點講解。

三極管分為NPN型和PNP型，他們只是在制作方法上的不同，其他的原理完全一樣。在放大電路上來講，NPN工作在正電源下，PNP工作在負電源下。三極管電路符號以及結(jié)構(gòu)如下圖：

圖1

三極管的主要作用是用來放大電路中的微弱信號，比如在電路當中的一些電信號很小，小到是uV、mV級別的，這樣的電壓信號讓他去驅(qū)動一個發(fā)光二極管或者小型繼電器顯然是不行的，這就需要把這些信號來放大一下。當然三極管在電路上也經(jīng)常被用來做開關(guān)元件來使用。把放大原理講明白了，開關(guān)的作用就自然也懂了。

從上圖可以看出三極管是有三個引腳的，分別是基極b,集電極c,發(fā)射極e。三極管可以組成三種放大機構(gòu)，分別是共發(fā)射級放大，共基極放大和共集電極放大。常用的是共發(fā)射極放大，應用最廣泛，以共發(fā)射極放大為例來講?；竟采浞糯箅娐啡缦聢D所示；

圖2

u1為電路的輸入信號，接入三極管的基極——發(fā)射極回路，稱為輸入回路，放大之后的信號在集電極——發(fā)射極回路，稱為輸出回路。這就是共發(fā)射極放大名字的由來，輸入跟輸出公用發(fā)射極。使三極管工作在放大狀態(tài)的外部條件是發(fā)射結(jié)正向偏置，集電極反向偏置。先來說一下這個偏置是什么意思。上一篇介紹的二極管跟本文說的三極管都是由PN結(jié)構(gòu)成的，PN結(jié)有單向?qū)щ娦?，P端電壓大于N端電壓才會導通，所以正偏置的意思就是P端電壓大于N端電壓，反偏就是N端電壓大于P端電壓。圖一左上就是NPN的結(jié)構(gòu)圖，右上是PNP結(jié)構(gòu)圖，先以NPN來講，所謂發(fā)射極正偏就是基極電壓大于發(fā)射極電壓（此電壓稱為Ube，圖二因為e直接接地為低電位0V，所以基極跟發(fā)射極電壓也可以理解為單純的基極電壓），集電極反偏就是集電極電壓大于基極電壓（此電壓圖中稱為Uce，解釋同上）。因此如圖二所示，輸入回路就需要加載電壓VBB，集電極輸出回路就需要加載電源VCC。

根據(jù)圖二介紹下三極管工作時電流的關(guān)系。一些教材會詳細的介紹推導過程，但是我們只需要記住最后的結(jié)果就好了，不需要去麻煩的推斷。流過基極到發(fā)射極的電流IB，流過集電極到發(fā)射極的IC，兩組電流最后流入發(fā)射極IE，關(guān)系式為：IE=IB+IC。如果IB很小，可近似為IC=IE。

接下來引入一個新符號β，此符號代表的是三極管大倍數(shù)，此數(shù)在實際電路中是一個已知的數(shù)，當你去購買某個三極管的時候，他的說明書會告訴你這個三極管的放大倍數(shù)是多大的，廠家在生產(chǎn)的時候就已經(jīng)設(shè)定好了。這個放大倍數(shù)β與三極管各極電流之間關(guān)系密切由此公式概括：IC=β*IB，IE=（1+β）*IB。本文到此一共三個公式，記住這三個入門足夠了。

接下來講三極管的輸出特性曲線，如下圖：

圖三

1.截止區(qū)：基極跟發(fā)射極電壓小于開啟電壓且集電極反向偏置。這種狀態(tài)三極管是不工作的，所以叫截止區(qū)（開啟電壓約為0.5V——0.7V，指基極跟發(fā)射極之間電壓，與二極管類似，因為基極到發(fā)射極就是一個PN結(jié)，跟二極管結(jié)構(gòu)相同。三極管也分為硅跟鍺兩種材料，鍺材料三極管為0.3V左右）。

2.放大區(qū)：這就是三極管的正常工作區(qū)域了，對于共發(fā)射極放大電路來講，基極發(fā)射極電壓正偏，且大于開啟電壓，集電極反偏。此狀態(tài)下通過前面所講的公式IC=β*IB可以看出，IC的大小僅僅決定與IB，表現(xiàn)出IB對對IC的絕對控制作用。舉個例子，一個三極管β為100，IB=0.05ma,那么IC=100*0.05=5mA，電流是不是就被放大了。

3.飽和區(qū)：其特征是發(fā)射極與集電極均正偏，達到這個狀態(tài)說明三極管沒有放大功能了，相當于一根導通的導線，公式IC=β*IB也失效了，此時不管IB怎么變化，IC基本不變了。此狀態(tài)下的三極管就是用來在電路中做開關(guān)使用。