三極管的工作原理

三極管的工作原理（詳細、通俗易懂、圖文并茂）三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔?。一、很多初學(xué)者都會認(rèn)為三極管是兩個PN結(jié)的簡單湊合（如圖1）。這種想法是錯誤的，兩個二極管的組合不能形成一個三極管。我們以NPN型三極管為例（見圖2），兩個PN結(jié)共用了一個P區(qū)一一基區(qū)，基區(qū)做得極薄，只有幾微米到幾十微米，正是靠著它把兩個PN結(jié)有機地結(jié)合成一個不可分割的整體，它們之間存在著相互聯(lián)系和相互影響，使三極管完全不同于兩個單獨的PN結(jié)的特性。三極管在外加電壓的作用下，形成基極電流、集電極電流和發(fā)射極電流，成為電流放大器件。T——bPSP乜I)二、三極管的電流放大作用與其物理結(jié)構(gòu)有關(guān)，三極管內(nèi)部進行的物理過程是十分復(fù)雜的，初學(xué)者暫時不必去深入探討。從應(yīng)用的角度來講，可以把三極管看作是一個電流分配器。一個三極管制成后，它的三個電流之間的比例關(guān)系就大體上確定了（見圖3），用式子來表示就是B和a稱為三極管的電流分配系數(shù)，其中B值大家比較熟悉，都管它叫電流放大系數(shù)。三個電流中，有一個電流發(fā)生變化，另外兩個電流也會隨著按比例地變化。例如，基極電流的變化量AIb=10pA，B=50，根據(jù)AIc=pAIb的關(guān)系式，集電極電流的變化量AIc=50x10=500pA，實現(xiàn)了電流放大。三、三極管自身并不能把小電流變成大電流，它僅僅起著一種控制作用，控制著電路里的電源，按確定的比例向三極管提供lb、Ic和Ie這三個電流。為了容易理解，我們還是用水流比喻電流（見圖4）。這是粗、細兩根水管，粗的管子內(nèi)裝有閘門，這個閘門是由細的管子中的水量控制著它的開啟程度。如果細管子中沒有水流，粗管子中的閘門就會關(guān)閉。注入細管子中的水量越大，閘門就開得越大，相應(yīng)地流過粗管子的水就越多，這就體現(xiàn)出“以小控制大，以弱控制強的道理。由圖可見，細管子的水與粗管子的水在下端匯合在一根管子中。三極管的基極b、集電極c和發(fā)射極e就對應(yīng)著圖4中的細管、粗管和粗細交匯的管子。電路見圖5，若給三極管外加一定的電壓，就會產(chǎn)生電流Ib、Ic和Ie。調(diào)節(jié)電位器RP改變基極電流lb，Ic也隨之變化。由于Ic=pIb，所以很小的Ib控制著比它大B倍的Ic。Ic不是由三極管產(chǎn)生的，是由電源VCC在Ib的控制下提供的，所以說三極管起著能量轉(zhuǎn)換作用。

四、如圖5,假設(shè)三極管的B=100,RP=200K，此時的lb=6v/（200k+100k）=0.02mA,lc=BIb=2mA當(dāng)RP=0時，lb=6v/100k=0.06mA,lc=BIb=2mA。以上兩種狀態(tài)都符合lc=plb,我們說，三極管處于"放大區(qū)”。假設(shè)RP=0,Rb=1k，此時，Ib=6v/1k=6mA按lc=plb計算，lc應(yīng)等于600mA，而實際上，由于圖中300歐姆限流電阻（Rc）的存在，實際上lc=（6v/300戶20mA,此時，lc邙Ib,而且，lc不再受lb控制，即處于"飽和區(qū)”，當(dāng)RP和Rb大到一定程度，使Ubev死區(qū)電壓（硅管約0.5V，鍺管約0.3）此時be結(jié)處于不導(dǎo)通狀態(tài)，lb=0,則lc=0，處于"截止區(qū)"。

五、單純從“放大”的角度來看，我們希望B值越大越好。可是，三極管接成共發(fā)射極放大電路（圖6）時，從管子的集電極c到發(fā)射極e總會產(chǎn)生一有害的漏電流，稱為穿透電流Iceo，它的大小與B值近似成正比，B值越大，Iceo就越大。Iceo這種寄生電流不受Ib控制，卻成為集電極電流Ic的一部分，Ic=Blb+Iceo。值得注意的是，Iceo跟溫度有密切的關(guān)系，溫度升高，Iceo急劇變大，破壞了放大電路工作的穩(wěn)定性。所以，選擇三極管時，并不是B越大越好，一般取硅管B為40?150，鍺管取40?80。六、在常溫下，鍺管的穿透電流比較大，一般由幾十微安到幾百微安，硅管的穿透電流就比較小，一般只有零點幾微安到幾微安。Iceo雖然不大，卻與溫度有著密切的關(guān)系，它們遵循著所謂的“加倍規(guī)則”，這就是溫度每升高10°C，Iceo約增大一倍。例如，某鍺管在常溫20C時，Iceo為20pA，在使用中管芯溫度上升到50C，Iceo就增大到160pA左右。測量Iceo的電路很簡單（圖7），三極管的基極開路，在集電極與發(fā)射極之間接入電源VCC（6V），串聯(lián)在電路中的電流表（可用萬用表中的0.1mA擋）所指示的電流值就是Iceo。

七、嚴(yán)格地說，三極管的B值不是一個不變的常數(shù)。在實際使用中，調(diào)整三極管的集電極電流I,B值會隨著發(fā)生變化（圖8）。一般說來，在Ic很?。ɡ鐜资玻┗蚝艽螅唇咏姌O最大允電流ICM）時，B值都比較小，在1mA以上相當(dāng)寬的范圍內(nèi)，小功率管的B值都比較大，所以，同學(xué)們在調(diào)試放大電路時，要確定合適的工作電流Ic，以獲得最佳放大狀態(tài)。另外，B值也和三極管的其它參數(shù)一樣，跟溫度有密切的關(guān)系。溫度升高，B值相應(yīng)變大。一般溫度每升高1°C,B值增加0.5%?1%。letmA、letmA、八、三極管有一個極限參數(shù)叫集電極最大允許電流，用ICM表示。ICM常稱為三極管的額定電流，所以人們常常誤認(rèn)為超過了ICM值，由于過熱會把管子燒壞。實際上，規(guī)定ICM值是為避免集電極電流太大時引起B(yǎng)值下降過多。一般把B值降低到它的最大值一半左右時的集電極電流定為集電極最大允許電流ICM。九、三極管的電流放大系數(shù)B值還與電路的工作頻率有關(guān)。在一定的頻率范圍內(nèi)，可以認(rèn)為B值是不隨頻率變化的（圖9），可是當(dāng)頻率升高到超過某一數(shù)值后，B值就會明顯下降。為了保證三極管在高頻時仍然具有足夠的放大能力，人們規(guī)定：當(dāng)頻率升高到使B值下降到低頻（1000Hz）值B0的0.707倍時，所對應(yīng)的頻率稱為B截止頻率，用fB表示。fB就是三極管接成共發(fā)射極電路時所允許的最高工作頻率。三極管B截止頻率fB是在三極管接成共發(fā)射極放大電路時測定的。如果三極管接成共基極電路，隨著頻率的升高，其電流放大系數(shù)a(a=Ic/Ie)值下降到低頻(1000Hz)值ao的0.707倍時，所對應(yīng)的頻率稱為a截止頻率，用fa表示(圖10)。fa反映了三極管共基極運用時的頻率限制。在三極管產(chǎn)品系列中，常根據(jù)fa的大小劃分低頻管和高頻管。國家規(guī)定，faV3MHz的為低頻管，fa>3MHz的為高頻管。當(dāng)頻率高于fB值后，繼續(xù)升高頻率，B值將隨之下降，直到B=1，三極管就失去了放大能力。為此，人們規(guī)定：在高頻條件下，B=1時所對應(yīng)的頻率，稱為特征頻率，用fT表示。fT常作為標(biāo)志三極管頻率特性好壞的重要參數(shù)。在選擇三極管時，應(yīng)使管子的特征頻率fT