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(diǎn)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(fù)電源下。三極管電路符號(hào)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(hào)，比如在電路當(dāng)中的一些電信號(hào)很小，小到是uV、mV級(jí)別的，這樣的電壓信號(hào)讓他去驅(qū)動(dòng)一個(gè)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(hào)來放大一下。當(dāng)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(gè)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(jī)構(gòu)，分別是共發(fā)射級(jí)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(yīng)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(hào)，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(hào)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(gè)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娦裕琍端電壓大于N端電壓才會(huì)導(dǎo)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?yàn)閑直接接地為低電位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(shí)電流的關(guān)系。一些教材會(huì)詳細(xì)的介紹推導(dǎo)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(gè)新符號(hào)β，此符號(hào)代表的是三極管大倍數(shù)，此數(shù)在實(shí)際電路中是一個(gè)已知的數(shù)，當(dāng)你去購買某個(gè)三極管的時(shí)候，他的說明書會(huì)告訴你這個(gè)三極管的放大倍數(shù)是多大的，廠家在生產(chǎn)的時(shí)候就已經(jīng)設(shè)定好了。這個(gè)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(gè)公式，記住這三個(gè)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?yàn)榛鶚O到發(fā)射極就是一個(gè)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(gè)例子，一個(gè)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(dá)到這個(gè)狀態(tài)說明三極管沒有放大功能了，相當(dāng)于一根導(dǎo)通的導(dǎo)線，公式IC=β*IB也失效了，此時(shí)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。