三極體工作原理詳解 看完這4點懂了!

2020-12-04 房天下

三極體，全稱應為半導體三極體，也稱雙極型電晶體、晶體三極體，是一種電流控制電流的半導體器件·其作用是把微弱信號放大成輻值較大的電信號,也用作無觸點開關。下面介紹的是三極體工作原理，不了解的朋友跟小編一起來看看吧。

三極體工作原理

一、電流放大

下面的分析僅對於NPN型矽三極體.我們把從基極B流至發射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發射極E的電流叫做集電極電流 Ic.這兩個電流的方向都是流出發射極的,所以發射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向.三極體的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制(假設電源 能夠提供給集電極足夠大的電流的話),並且基極電流很小的變化,會引起集電極電流很大的變化,且變化滿足一定的比例關係：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叫做三極體的放大倍數(β一般遠大於1,例如幾十,幾百).如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發射 極之間,這就會引起基極電流Ib的變化,Ib的變化被放大後,導致了Ic很大的變化.如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的,那麼根據電壓計算公式 U=R*I 可以算得,這電阻上電壓就會發生很大的變化.我們將這個電阻上的電壓取出來,就得到了放大後的電壓信號了.

二、偏置電路

三極體在實際的放大電路中使用時,還需要加合適的偏置電路.這有幾個原因.首先是由於三極體BE結的非線性(相當於一個二極體),基極電流必須在輸入電壓 大到一定程度後才能產生(對於矽管,常取0.7V).當基極與發射極之間的電壓小於0.7V時,基極電流就可以認為是0.但實際中要放大的信號往往遠比 0.7V要小,如果不加偏置的話,這麼小的信號就不足以引起基極電流的改變(因為小於0.7V時,基極電流都是0).如果我們事先在三極體的基極上加上一 個合適的電流(叫做偏置電流,上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的,所以它被叫做基極偏置電阻),那麼當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時,小 信號就會導致基極電流的變化,而基極電流的變化,就會被放大並在集電極上輸出.另一個原因就是輸出信號範圍的要求,如果沒有加偏置,那麼只有對那些增加的 信號放大,而對減小的信號無效(因為沒有偏置時集電極電流為0,不能再減小了).而加上偏置,事先讓集電極有一定的電流,當輸入的基極電流變小時,集電極 電流就可以減小;當輸入的基極電流增大時,集電極電流就增大.這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了.

三、開關作用

下面說說三極體的飽和情況.像上面那樣的圖,因為受到電阻 Rc的限制(Rc是固定值,那麼大電流為U/Rc,其中U為電源電壓),集電極電流是不能無限增加下去的.當基極電流的增大,不能使集電極電流繼續增大 時,三極體就進入了飽和狀態.一般判斷三極體是否飽和的準則是：Ib*β〉Ic.進入飽和狀態之後,三極體的集電極跟發射極之間的電壓將很小,可以理解為 一個開關閉合了.這樣我們就可以拿三極體來當作開關使用：當基極電流為0時,三極體集電極電流為0(這叫做三極體截止),相當於開關斷開;當基極電流很 大,以至於三極體飽和時,相當於開關閉合.如果三極體主要工作在截止和飽和狀態,那麼這樣的三極體我們一般把它叫做開關管.

四、工作狀態

如果我們在上面這個圖中,將電阻Rc換成一個燈泡,那麼當基極電流為0時,集電極電流為0,燈泡滅.如果基極電流比較大時(大於流過燈泡的電流除以三極體 的放大倍數 β),三極體就飽和,相當於開關閉合,燈泡就亮了.由於控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了,所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通 斷.如果基極電流從0慢慢增加,那麼燈泡的亮度也會隨著增加(在三極體未飽和之前).

三極體開關電路工作原理

三極體開關電路由開關三極體VT，電動機M，控制開關S，基極限流電阻器R和電源GB組成。VT採用NPN型小功率矽管8050，其集電極大允許電流ICM可達1.5A，以滿足電動機起動電流的要求。M選用工作電壓為3V的小型直流電動機，對應電源GB亦為3V。

VT基極限流電阻器R如何確定呢?

根據三極體開關電路的電流分配作用，在基極輸入一個較弱的電流IB，就可以控制集電極電流IC有較強的變化。

假設VT電流放大係數hfe≈250，電動機起動時的集電極電流IC=1.5A，經過計算，為使三極體飽和導通所需的基極電流IB≥(1500mA/250)×2=12mA。

在圖1電路中，電動機空載時運轉電流約為500mA，此時電源(用兩節5號電池供電)電壓降至2.4V，VT基極-發射極之間電壓VBE≈0.9V。

根據歐姆定律，VT基極限流電阻器的電阻值R=(2.4-0.9)V/12mA≈0.13kΩ。考慮到VT在IC較大時，hfe要減小，電阻值R還要小一些，實取100Ω。

為使電動機更可靠地啟動，R甚至可減少到51Ω。在調試三極體開關電路時，接通控制開關S，電動機應能自行啟動，測量VT集電極—發射極之間電壓VCE≤0.35V，說明三極體已飽和導通，三極體開關電路工作正常，否則會使VT過熱而損壞。

以上就是小編為您介紹的三極體工作原理，希望能夠幫助到您。

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