三極管，全稱(chēng)應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱(chēng)雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)， 也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。本文首先介紹了三極管基本工作原理，其次闡述了三極管基本電路原理，最后介紹了三極管電路檢修，具體的跟隨小編一起來(lái)了解一下。
一、三極管基本工作原理
三極管工作原理
三極管是電流放大器件，有三個(gè)極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來(lái)說(shuō)明一下三極管放大電路的基本原理。
一、電流放大
下面的分析僅對(duì)于NPN型硅三極管。如上圖所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流 Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個(gè)箭頭來(lái)表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制（假設(shè)電源 能夠提供給集電極足夠大的電流的話(huà)），并且基極電流很小的變化，會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿(mǎn)足一定的比例關(guān)系：集電極電流的變化量是基極電流變 化量的β倍，即電流變化被放大了β倍，所以我們把β叫做三極管的放大倍數(shù)（β一般遠(yuǎn)大于1，例如幾十，幾百）。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射 極之間，這就會(huì)引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過(guò)一個(gè)電阻R的，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式 U=R*I 可以算得，這電阻上電壓就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來(lái)，就得到了放大后的電壓信號(hào)了。
二、偏置電路
三極管在實(shí)際的放大電路中使用時(shí)，還需要加合適的偏置電路。這有幾個(gè)原因。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性（相當(dāng)于一個(gè)二極管），基極電流必須在輸入電壓 大到一定程度后才能產(chǎn)生（對(duì)于硅管，常取0.7V）。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時(shí)，基極電流就可以認(rèn)為是0。但實(shí)際中要放大的信號(hào)往往遠(yuǎn)比 0.7V要小，如果不加偏置的話(huà)，這么小的信號(hào)就不足以引起基極電流的改變（因?yàn)樾∮?.7V時(shí)，基極電流都是0）。如果我們事先在三極管的基極上加上一 個(gè)合適的電流（叫做偏置電流，上圖中那個(gè)電阻Rb就是用來(lái)提供這個(gè)電流的，所以它被叫做基極偏置電阻），那么當(dāng)一個(gè)小信號(hào)跟這個(gè)偏置電流疊加在一起時(shí)，小 信號(hào)就會(huì)導(dǎo)致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會(huì)被放大并在集電極上輸出。另一個(gè)原因就是輸出信號(hào)范圍的要求，如果沒(méi)有加偏置，那么只有對(duì)那些增加的 信號(hào)放大，而對(duì)減小的信號(hào)無(wú)效（因?yàn)闆](méi)有偏置時(shí)集電極電流為0，不能再減小了）。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當(dāng)輸入的基極電流變小時(shí)，集電極 電流就可以減??；當(dāng)輸入的基極電流增大時(shí)，集電極電流就增大。這樣減小的信號(hào)和增大的信號(hào)都可以被放大了。
三、開(kāi)關(guān)作用
下面說(shuō)說(shuō)三極管的飽和情況。像上面那樣的圖，因?yàn)槭艿诫娮?Rc的限制（Rc是固定值，那么最大電流為U/Rc，其中U為電源電壓），集電極電流是不能無(wú)限增加下去的。當(dāng)基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大 時(shí)，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)則是：Ib*β〉Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為 一個(gè)開(kāi)關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來(lái)當(dāng)作開(kāi)關(guān)使用：當(dāng)基極電流為0時(shí)，三極管集電極電流為0（這叫做三極管截止），相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；當(dāng)基極電流很 大，以至于三極管飽和時(shí)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開(kāi)關(guān)管。
四、工作狀態(tài)
如果我們?cè)谏厦孢@個(gè)圖中，將電阻Rc換成一個(gè)燈泡，那么當(dāng)基極電流為0時(shí)，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時(shí)（大于流過(guò)燈泡的電流除以三極管 的放大倍數(shù) β），三極管就飽和，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點(diǎn)就行了，所以就可以用一個(gè)小電流來(lái)控制一個(gè)大電流的通 斷。如果基極電流從0慢慢增加，那么燈泡的亮度也會(huì)隨著增加（在三極管未飽和之前）。
二、三極管基本電路原理和檢修
1、電路示例1——原理分析
雖然如此，為了更好地理解由三極管為核心構(gòu)成的放大或開(kāi)關(guān)電路，我?guī)ьI(lǐng)大家設(shè)計(jì)一款最基本的三極管偏置電路，由對(duì)此簡(jiǎn)易電路的分析，找到分析三極管電路原理的關(guān)鍵所在。
已知：供電電源電壓Vcc=10V；三極管β＝100；
要求：靜態(tài)Ic＝1mA；靜態(tài)Vc（三極管集電極電壓）＝5V。可知這是一款簡(jiǎn)易單電源供電的小信號(hào)放大器。為了不失真輸出信號(hào)電壓（有較好的動(dòng)態(tài)范圍），通常將靜態(tài)Vc設(shè)置為Vcc 的1/2，那么動(dòng)態(tài)輸出則是以5V為零點(diǎn)的上、下浮動(dòng)的變化電壓（如圖1所示）。
電路設(shè)計(jì)：由電源電壓=10V和Vc＝5V、Ic＝1mA三個(gè)條件，得出Rc值。10V-5V/1mA＝5k；由β＝100，第一步得出Ib=10μA；第二步若忽略發(fā)射結(jié)0.5V左右電壓降，則10V/10μA=100 k。即RC決定了Ic，Rb決定了Ib。由兩只電阻完成了靜態(tài)工作點(diǎn)的建立。
1）靜態(tài)工作點(diǎn)
揀要點(diǎn)，三個(gè)明要素：Ib=10μA；Ic＝1mA；Vc＝5V。
一個(gè)暗要素：我們將Q1的c、e極之間，看作一個(gè)電阻，暫命名其為Rce。此時(shí)在靜態(tài)偏置狀態(tài)下，Vc即為Rce和Rc的分壓值，當(dāng)然可看出Rce = 5k，此為第四個(gè)要素。
在輸入信號(hào)作用下，其實(shí)是Rce的變化導(dǎo)致了輸出電壓Vc的變化。
需要注意：靜態(tài)工作點(diǎn)即零信號(hào)時(shí)的工作偏置狀態(tài)。此處的零信號(hào)并不一定是零電壓值。參見(jiàn)圖1的曲線圖，IN端即Q1的Vb約為0.5V；Vc=5V。
2）當(dāng)IN輸入信號(hào)使Ib在靜態(tài)基礎(chǔ)上有所上升時(shí)，必然導(dǎo)致Ic的同步上升。我們可以給出一個(gè)確定值以便進(jìn)行定量分析。此時(shí)Ib↑=15μA；Ic↑＝1.5mA（Rce↓）；Vc↓＝2.5V（這都是據(jù)歐姆定律加減乘除算出來(lái)的，Rc兩端電壓降7.5V，Rce兩端當(dāng)然為2.5V）。
Ic↑的使Rc兩端的電壓降增大，Vc下降，從暗要素考慮，此時(shí)是Rce的變小，導(dǎo)致了Vc分壓點(diǎn)的電壓降低，那么可見(jiàn)Rce為一只可變電阻，而實(shí)際上，在放大區(qū)內(nèi)，三極管工作于可變電阻區(qū)，其c、e極之間，確實(shí)呈現(xiàn)一只可變電阻的特性！當(dāng)Vc=2.5V時(shí)，可知Rce由靜態(tài)時(shí)的5k變?yōu)楝F(xiàn)在的2k.。因而我在圖2干脆畫(huà)出這只電阻來(lái)，并標(biāo)示出各點(diǎn)電壓和電流值。
需要說(shuō)明一下，三極管的控制特性為電流控制器件，此處在輸入回路關(guān)注的是輸入電流的變化而Vb值。這是因?yàn)椋喝龢O管的發(fā)射（PN結(jié)）結(jié)導(dǎo)通電壓是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)態(tài)的值（稱(chēng)門(mén)坎電壓如0.6V左右），而在此相對(duì)變化極小的Vb電壓范圍以?xún)?nèi)，其流通電流值Ib卻有較大范圍以?xún)?nèi)的變化。因而此時(shí)只關(guān)注Ib對(duì)Ic的影響。而從根本上來(lái)說(shuō)，三極管是個(gè)電流控制器件或者為電流放大器，而電壓放大，是個(gè)間接的結(jié)果——接入負(fù)載電阻Rc的目的，即是將Ic變化轉(zhuǎn)化為Vc的變化。
可見(jiàn)，IN信號(hào)電壓上升使Ib在靜態(tài)基礎(chǔ)上往正方向變化時(shí)，Vc呈現(xiàn)反方向變化，從IN和OUT的關(guān)系看，為反相關(guān)系，由此可確定該放大器為反相放大器。
3）當(dāng)IN輸入信號(hào)使Ib在靜態(tài)基礎(chǔ)上有所下降時(shí)，必然導(dǎo)致Ic的同比例下降。我們也可以給出一個(gè)確定值以便進(jìn)行定量分析。此時(shí)Ib↓=5μA；Ic↓＝0.5mA（Rce↑）；Vc↑＝7.5V。
Ic↓的使Rc兩端的電壓降減小，Vc上升。從暗要素考慮，此時(shí)是Rce的變大，導(dǎo)致了Vc分壓點(diǎn)的電壓上升。當(dāng)Vc=7.5V時(shí)，可知Rce由靜態(tài)時(shí)的5k變?yōu)楝F(xiàn)在的15k。
綜合以上2）、3）來(lái)看，輸入信號(hào)電流的變化范圍±5μA；放大100倍后，Ic變化范圍±0.5mA；其實(shí)是Rce由此產(chǎn)生了2k~15k的變化量，導(dǎo)致了輸出Vc變化范圍±2.5V。
若假定IN±0.1V的變化量，導(dǎo)致了Vc±2.5V的變化量，則可認(rèn)為該級(jí)放大器是25倍的電壓放大器，100倍的電流放大器。
或再掐頭去尾，在輸入信號(hào)作用下，Ib的變化導(dǎo)致Rce產(chǎn)生了約1.7k~45k的變化，從而Vc產(chǎn)生了1~9V（即±4V）的輸出變化。
在此區(qū)域內(nèi)，Ib的線性變化控制著Rce（Ic）的線性變化，使輸入、輸出電壓呈現(xiàn)反相的比例關(guān)系，三極管工作于可變電阻區(qū)，可稱(chēng)之為線性放大器，即通常所說(shuō)的模擬電路。
若使三極管出離受控區(qū)或線性放大區(qū)，進(jìn)入至開(kāi)關(guān)區(qū)后，有以下兩種情況。
4）進(jìn)入飽合區(qū)的工作狀態(tài)
IN輸入信號(hào)電壓的上升，使Ib↑≥20μA；Ic↑＝2mA；Vc↓＝0V。此時(shí)因?yàn)镽c=5k，電源電壓=10V，Ib在20μA以上繼續(xù)增大至哪怕至毫安級(jí)，Rc流過(guò)的最大電流也只能是2mA，其兩端最大電壓降也只能10V，此時(shí)的Ic ＝2mA被稱(chēng)為飽和電流。三極管工作于飽和狀態(tài)。
此時(shí)的Rce《》
5）進(jìn)入截止區(qū)的工作狀態(tài)
IN輸入信號(hào)電壓的下降（Vb為0.3V以下至0V），使Ib↓＝0μA；Ic＝0mA；Vc↑＝10V。此時(shí)因Ic＝0mA，Rc兩端電壓降為0V，Q1等效于SW1斷開(kāi)。三極管工作于截止?fàn)顟B(tài)。
此時(shí)的Rce》》Rc已經(jīng)不再具有可變電阻的特性，更適宜于用SW1的斷開(kāi)來(lái)等效了。Q1已經(jīng)出離了放大區(qū)，進(jìn)入了開(kāi)、關(guān)區(qū)之二的截止區(qū)。若忽略集電極微弱漏電流的影響，則Vc也看作10V。
需要說(shuō)明：
1）該電路定義為小信號(hào)電壓放大器，做為一個(gè)中間放大器，是和前級(jí)電路的輸出信號(hào)幅度、后級(jí)負(fù)載電路的輸入阻抗密切結(jié)合的。須有適宜的輸入信號(hào)電壓幅度和適宜的負(fù)載阻抗，才能滿(mǎn)足其電壓放大條件。
作為放大器應(yīng)用時(shí)，首先輸入信號(hào)是在合理的線性范圍內(nèi)才行。輸入信號(hào)電壓幅度應(yīng)在百毫伏級(jí)以?xún)?nèi)，輸入信號(hào)電流應(yīng)在±10μA左右。若輸入信號(hào)導(dǎo)致Ib=0，或?qū)е翴b≥20μA時(shí)，此為非法信號(hào)！做為放大器應(yīng)用時(shí)，應(yīng)避免非法信號(hào)的出現(xiàn)，換句話(huà)說(shuō)，非法信號(hào)的進(jìn)入，說(shuō)明前級(jí)電路已為故障狀態(tài)。
2）做為開(kāi)關(guān)電路應(yīng)用時(shí)，應(yīng)避免小幅度漸變信號(hào)在輸入端的出現(xiàn)，此亦為非法信號(hào)！開(kāi)關(guān)電路若進(jìn)入放大區(qū)，麻煩就來(lái)了，如驅(qū)動(dòng)繼電器時(shí)，會(huì)出現(xiàn)繼電器振動(dòng)不能吸合，工作電流過(guò)大而燒毀等狀況。理想開(kāi)關(guān)電路的輸入信號(hào)，即高、低電平。如Ib應(yīng)為60μA以上，以使三極管進(jìn)入深度飽和，或Ib應(yīng)為0μA或負(fù)的截止電流，使三極管進(jìn)入可靠截止?fàn)顟B(tài)，以保障電路的開(kāi)、關(guān)特性。
3）上文5）種狀態(tài)，僅是信號(hào)電流角度來(lái)描述對(duì)三極管工作狀態(tài)的影響。以飽和狀態(tài)為例，三極管的飽和，其實(shí)還和多種因素相關(guān)。
a、和信號(hào)幅度相關(guān)，已述；
b、電路本身相關(guān)，如Rc取小時(shí)，若進(jìn)入飽和狀態(tài)，就需要更大的輸入電流信號(hào)；取大時(shí)，會(huì)令飽和狀態(tài)提前；
c、后級(jí)電路的影響，負(fù)載阻抗過(guò)低，會(huì)提前進(jìn)入飽和區(qū)；負(fù)載短路，則直接進(jìn)入“假飽和區(qū)”。
因而檢修故障時(shí)，當(dāng)該級(jí)放大器異常，僅僅著眼于該級(jí)電路是不夠的，先確定信號(hào)和負(fù)載電路無(wú)問(wèn)題，才對(duì)該電路下手，是正確的方法。
2、在線電壓法確電定路的工作狀態(tài)
三極管的工作在放大區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū)等三個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。放大器在工作中力爭(zhēng)避開(kāi)飽和區(qū)和截止區(qū)；工作于飽和區(qū)和截止區(qū)的開(kāi)關(guān)電路，在由截止到飽和或由飽和到截止的過(guò)程中，不可避免地在進(jìn)入一個(gè)短時(shí)的放大區(qū)（當(dāng)然進(jìn)入該區(qū)域的時(shí)間是越短越好），這都由相關(guān)的技術(shù)手段來(lái)保證。此不贅述。開(kāi)關(guān)電路進(jìn)入了放大區(qū)或放大器進(jìn)入了開(kāi)關(guān)區(qū)，都是電路出離了應(yīng)該有的“常態(tài)” 而進(jìn)入了“故障態(tài)”。這可由靜態(tài)對(duì)發(fā)射結(jié)電壓值和集電極、發(fā)射極之間的電壓值這兩項(xiàng)檢測(cè)，來(lái)確定之。
放大區(qū)：Vbe約為0.5V左右，Vce約為二分之一的供電電源電壓；
飽和區(qū)：Vbe約為0.5V~0.7V左右，Vce約為0V；
截止區(qū)：Vbe約為0.4V~0V左右或0V以下的負(fù)壓（很少采用了），Vce約為電源電壓。
電路處于什么狀態(tài)，搭搭表筆（搭兩下）就可以知道了。
3、電路示例2——故障檢修
3.1電路檢修基本要點(diǎn)和次序：
先電源；后信號(hào)；電路本身。
3.2而對(duì)于采用MCU或DSP構(gòu)成的電路系統(tǒng)，通常應(yīng)首先考慮到軟件或數(shù)據(jù)的問(wèn)題，然后才落實(shí)到硬件電路本身。如上電風(fēng)扇不轉(zhuǎn)。
3.2.1 查看參數(shù)設(shè)置，風(fēng)扇運(yùn)行一般有三種模式，1）上電運(yùn)轉(zhuǎn)；2）啟動(dòng)后運(yùn)轉(zhuǎn)；3）檢測(cè)模塊溫度至一定值后運(yùn)轉(zhuǎn)。 若設(shè)置處于第3）項(xiàng)，當(dāng)然風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，與硬件電路沒(méi)有一毛錢(qián)的關(guān)系。修改相關(guān)參數(shù)即能運(yùn)行了。
3.2.2查找硬件電路的故障
具體到該電路（見(jiàn)圖6）。可用“短路法”實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的故障判斷。
1） 用金屬鑷子短接Q1的c、e極，此動(dòng)作意義：確定供電電源和風(fēng)扇好壞。若風(fēng)扇運(yùn)行正常，說(shuō)明供電電源和風(fēng)扇均正常。反之，檢查電源和風(fēng)扇好壞，對(duì)于風(fēng)扇可單獨(dú)施加24V直流電源驗(yàn)其好壞。檢測(cè)故障，不見(jiàn)得全盤(pán)依賴(lài)萬(wàn)用表啊。
2） 測(cè)量Q1的Vbe電壓，確定電路本身或信號(hào)異常與否。可能會(huì)出現(xiàn)以下幾種測(cè)量結(jié)果：
a）Vbe等于R1、R2的分壓值，約為1.7V左右。結(jié)論是Q1的發(fā)射結(jié)開(kāi)路（發(fā)射結(jié)為二極管特性，導(dǎo)通電壓約0.6V左右）。
b）Vbe＝0.7V，控制信號(hào)正常，結(jié)論是Q1的集電結(jié)開(kāi)路。
c）Vbe＝0V，有以下三種可能：
?。?） 測(cè)R1左端也為0V，信號(hào)未到來(lái)，故障無(wú)關(guān)乎本電路，查前級(jí)信號(hào)傳送電路；
（2） 測(cè)R1左端為5V?；鶚O電阻R1斷路，可用電阻測(cè)量法確定；
（3） 測(cè)R1左端為5V。Q1的發(fā)射結(jié)短路，可用電阻測(cè)量法確定。