三極管其射極放大電路設計案例

背景：為統(tǒng)籌電路設計較全面的知識點，本人將在近期推出電路設計中各種常用器件與設計理念，如基本元器件電阻、電容、電感、二極管保護，存儲器件SDRAM、FLASH，PCB設計工藝DCDC電源、PCB板布線設計工藝等，希望能為大家提供些許參考。

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(qū)（或P區(qū)）叫基區(qū)，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發(fā)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(tài)時，一定是在飽和和截至區(qū)之間轉換，不會在放大區(qū)。

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(tài)，此時發(fā)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(tài)。

當MCU輸出低電平時，三極管在截止狀態(tài)，發(fā)射結與集電結均為反偏置，此時CE極間的電流極?。ü韫芑玖坎坏剑?，相當于“斷開”，呈現(xiàn)“關的狀態(tài)”。

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(tài)。

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(shù)值，實現(xiàn)將直流電源的能量部分地轉化為按輸入信號規(guī)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(tài)；

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(jīng)過放大電路放大后從輸出端輸出；

③ 元件參數(shù)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(fā)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(fā)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(fā)射極聯(lián)接方式外，還有共集電極和共基極聯(lián)接方式。

共發(fā)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(fā)射極基本放大電路

② 各元件作用

（1） 三極管V：實現(xiàn)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(tài)。

（3） 集電極負載電阻RC ：將三極管集電極電流變化轉變?yōu)殡妷鹤兓?，以實現(xiàn)電壓放大。

（4） 基極偏置電阻RB ：為放大電路提供靜態(tài)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(fā)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(fā)射極之間的電壓uCE變化。

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

④ 靜態(tài)分析

靜態(tài)分析就是要找出一個合適的靜態(tài)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(fā)射極放大電路的直流通路和靜態(tài)工作點