全称为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种电流控制电流的半导器件,作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号, 也用作无触点开关。
两个PN结的排列方式有两种:PNP和NPN。
三个端点依序称为射极(emitter, E)、基极(base, B)和集极(collector, C)
1. 区别
NPN 是用 B→E 的电流(IB)控制 C→E 的电流(IC),E极电位最低,且正常放大时通常C极电位最高,即 VC > VB > VE 电流均只跟E极相关;
Vb<Ve 截止状态
Vc>Vb>Ve 放大状态
Vb>Ve Vb>Vc 饱和状态,Ib*β>Ic(max)
PNP 是用 E→B 的电流(IB)控制 E→C 的电流(IC),E极电位最高,且正常放大时通常C极电位最低,即 VC < VB < VE 电流均只跟E极相关;
Vb>Ve 截止状态
Vc<Vb<Ve 放大状态
Vb<Ve Vb<Vc 饱和状态
2. 作用
放大:把微弱的电信号变成一定强度的信号,把电源的能量转换成信号的能量。
开关:工作在饱和和截止区,作为电子开关用;
振荡:配合其他电子元器件构成振荡器电路。
3. 分类
按照结构分:NPN 和 PNP
按照工作频率分:小于3MHz为低频
3MH< Ft<30MHz 为中频
大于30MHz为高频
按照输出功率分:功率小于1W的为小功率管
1W< P<2W 为中功率
大于2W的为大功率
4. 基本参数
特征频率fT:当f=fT时,三极管完全失去电流放大功能。
工作频率大于fT,电路将不正常工作。
工作电压/电流:用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围。
hFE:电流放大倍数β。
VCEO:集电极发射极反向击穿电压,表示临界饱和时的饱和电压;
PCM:最大允许耗散功率。
5. 放大电路分析
如下共射放大电路分析如下:
- 分析各个元件的作用
- 理解放大电路的放大原理
- 分析计算电路的静态工作点
- 理解静态工作点的设置目的和方法,先静态再动态
C1 C2为耦合电容,起到交流信号传递的作用,将直流分量隔离,交流信号从前级传递到
后级;
R1 R2为直流偏置电阻,电路要工作,电源一定要是直流电源,所以叫直流偏置。三极管
的三种工作状态“截止、放大、饱和”由直流偏置决定,上图由R1 R2电阻决定。
Uce电压接近电源电压VCC,截止状态,三极管基本不工作Ic电流基本为0;
Uce电压接近0V,饱和状态,Ic达到最大值,Ib增大Ic也不能再增大了因为饱和了;
除了上述两种状态,就是第三种放大状态,Ic的大小受到Ib控制,一般Uce接近VCC的
一半。 这样设置目的分析:
这是为了使信号正负能有对称的变化空间,在没有信号输入时,Uce为电源的一半,作为
一条水平线,作为参考点;
当输入信号增大,则Ib增大,Ic电流增大,则电阻R2的电压U2=Ic&TImes;R2会随之增
大,Uce=VCC-U2,会变小。U2最大理论上能达到等于VCC,则Uce最小会达到0V,
这是说,在输入信增加时,Uce最大变化是从1/2的VCC变化到0V.
当输入信号减小,则Ib减小,Ic电流减小,则电阻R2的电压U2=Ic&TImes;R2会随之减
小,Uce=VCC-U2,会变大。在输入信减小时,Uce最大变化是从1/2的VCC变化到
VCC。这样,在输入信号一定范围内发生正负变化时,Uce以1/2VCC为准的话就有一个
对称的正负变化范围,所以一般图1静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半。
如何设置:
小功率管:Ic为零点几毫安到几个毫安;
中功率管:Ic为几个毫安到几十毫安;
大功率管:Ic为几十毫安到几安;
假设Ic为2mA,R2=VCC/2/2mA=3K,Ib由β=100~400,则R1=(VCC-0.7)/Ib=56K;
实际上管子的放大倍数可能远远大于100,同时温度会影响Ic的大小,按照上面计算可
能处于饱和状态,故上述电路稳定性差,实际使用较少,改成如下小结描述的分压式偏
置电路,分析计算与实际测量会更加吻合。
6. 偏置电路解说
放大电路中,通常使用电流负反馈偏置电路,下面讲讲偏置电路稳定工作原理。
R1 R2为基极分压电阻为放大器提供基极电流;当Ib变化时Ub(R2电压)基本不变;
R4为发射极电阻,也叫反馈电阻,属于放大电路关键元件;通过电流负反馈作用稳定直
流工作点,当三极管放大电路由于温度上升等因素,使集电极电流Ic保持稳定,稳定原理如下:
适当加大R4的值,反馈越大,稳定性越好;为了减小交流能量在R4上的损耗,增加C3
电容让交流旁路到地,可以提高放大电路的交流增益。
电流负反馈偏置电路具有良好的温度稳定性,选择好合适的偏置电阻阻值,设计好直流
工作点,就可以让放大电路稳定可靠的工作。
具体取值关系:Ic=2mA Uce=0.5Vcc R4=100 推出 R3=2.7K
β=100 推出 Ib=20uA IR1=10Ib=200uA
UR2=Ube+UR4 推出R1=56K R2=4.7K
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