三极管的工作原理00958教学教材.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。三极管的工作原理00958-三极管的工作原理（详细、通俗易懂、图文并茂）一、很多初学者都会认为三极管是两个PN结的简单凑合（如图1）。这种想法是错误的，两个二极管的组合不能形成一个三极管。我们以NPN型三极管为例（见图2），两个PN结共用了一个P区基区，基区做得极薄，只有几微米到几十微米，正是靠着它把两个PN结有机地结合成一个不可分割的整体，它们之间存在着相互联系和相互影响，使三极管完全不同于两个单独的PN结的特性。三极管在外加电压的作用下，形成基极电流、集电极电流和发射极电流，成为电流放大器件。二、三

2、极管的电流放大作用与其物理结构有关，三极管内部进行的物理过程是十分复杂的，初学者暂时不必去深入探讨。从应用的角度来讲，可以把三极管看作是一个电流分配器。一个三极管制成后，它的三个电流之间的比例关系就大体上确定了（见图3），用式子来表示就是和称为三极管的电流分配系数，其中值大家比较熟悉，都管它叫电流放大系数。三个电流中，有一个电流发生变化，另外两个电流也会随着按比例地变化。例如，基极电流的变化量Ib10A，50，根据IcIb的关系式，集电极电流的变化量Ic5010500A，实现了电流放大。三、三极管自身并不能把小电流变成大电流，它仅仅起着一种控制作用，控制着电路里的电源，按确定的比例向三极管提供

3、Ib、Ic和Ie这三个电流。为了容易理解，我们还是用水流比喻电流（见图4）。这是粗、细两根水管，粗的管子内装有闸门，这个闸门是由细的管子中的水量控制着它的开启程度。如果细管子中没有水流，粗管子中的闸门就会关闭。注入细管子中的水量越大，闸门就开得越大，相应地流过粗管子的水就越多，这就体现出“以小控制大，以弱控制强”的道理。由图可见，细管子的水与粗管子的水在下端汇合在一根管子中。三极管的基极b、集电极c和发射极e就对应着图4中的细管、粗管和粗细交汇的管子。电路见图5，若给三极管外加一定的电压，就会产生电流Ib、Ic和Ie。调节电位器RP改变基极电流Ib，Ic也随之变化。由于IcIb，所以很小的Ib

4、控制着比它大倍的Ic。Ic不是由三极管产生的，是由电源VCC在Ib的控制下提供的，所以说三极管起着能量转换作用。四、如图5，假设三极管的=100，RP=200K，此时的Ib=6v/(200k+100k)=0.02mA,Ic=Ib=2mA当RP=0时，Ib=6v/100k=0.06mA，Ic=Ib=2mA。以上两种状态都符合Ic=Ib，我们说，三极管处于放大区。假设RP=0,Rb=1k,此时，Ib=6v/1k=6mA按Ic=Ib计算，Ic应等于600mA，而实际上，由于图中300欧姆限流电阻（Rc）的存在，实际上Ic=(6v/300)20mA,此时，IcIb，而且，Ic不再受Ib控制，即处于饱和

5、区，当RP和Rb大到一定程度，使Ube死区电压(硅管约0.5V，锗管约0.3）此时be结处于不导通状态，Ib=0，则Ic=0，处于截止区。五、单纯从“放大”的角度来看，我们希望值越大越好。可是，三极管接成共发射极放大电路（图6）时，从管子的集电极c到发射极e总会产生一有害的漏电流，称为穿透电流Iceo，它的大小与值近似成正比，值越大，Iceo就越大。Iceo这种寄生电流不受Ib控制，却成为集电极电流Ic的一部分，IcIbIceo。值得注意的是，Iceo跟温度有密切的关系，温度升高，Iceo急剧变大，破坏了放大电路工作的稳定性。所以，选择三极管时，并不是越大越好，一般取硅管为40150，锗管取4

6、080。六、在常温下，锗管的穿透电流比较大，一般由几十微安到几百微安，硅管的穿透电流就比较小，一般只有零点几微安到几微安。Iceo虽然不大，却与温度有着密切的关系，它们遵循着所谓的“加倍规则”，这就是温度每升高10，Iceo约增大一倍。例如，某锗管在常温20时，Iceo为20A，在使用中管芯温度上升到50，Iceo就增大到160A左右。测量Iceo的电路很简单（图7），三极管的基极开路，在集电极与发射极之间接入电源VCC（6V），串联在电路中的电流表（可用万用表中的0.1mA挡）所指示的电流值就是Iceo。七、严格地说，三极管的值不是一个不变的常数。在实际使用中，调整三极管的集电极电流I，值会

7、随着发生变化（图8）。一般说来，在Ic很小（例如几十微安）或很大（即接近集电极最大允电流ICM）时，值都比较小，在1mA以上相当宽的范围内，小功率管的值都比较大，所以，同学们在调试放大电路时，要确定合适的工作电流Ic，以获得最佳放大状态。另外，值也和三极管的其它参数一样，跟温度有密切的关系。温度升高，值相应变大。一般温度每升高1，值增加0.51。八、三极管有一个极限参数叫集电极最大允许电流，用ICM表示。ICM常称为三极管的额定电流，所以人们常常误认为超过了ICM值，由于过热会把管子烧坏。实际上，规定ICM值是为避免集电极电流太大时引起值下降过多。一般把值降低到它的最大值一半左右时的集电极电流

8、定为集电极最大允许电流ICM。九、三极管的电流放大系数值还与电路的工作频率有关。在一定的频率范围内，可以认为值是不随频率变化的（图9），可是当频率升高到超过某一数值后，值就会明显下降。为了保证三极管在高频时仍然具有足够的放大能力，人们规定：当频率升高到使值下降到低频（1000Hz）值0的0.707倍时，所对应的频率称为截止频率，用f表示。f就是三极管接成共发射极电路时所允许的最高工作频率。三极管截止频率f是在三极管接成共发射极放大电路时测定的。如果三极管接成共基极电路，随着频率的升高，其电流放大系数（IcIe）值下降到低频（1000Hz）值o的0.707倍时，所对应的频率称为截止频率，用f表示

9、（图10）。f反映了三极管共基极运用时的频率限制。在三极管产品系列中，常根据f的大小划分低频管和高频管。国家规定，f3MHz的为低频管，f3MHz的为高频管。当频率高于f值后，继续升高频率，值将随之下降，直到1，三极管就失去了放大能力。为此，人们规定：在高频条件下，1时所对应的频率，称为特征频率，用fT表示。fT常作为标志三极管频率特性好坏的重要参数。在选择三极管时，应使管子的特征频率fT比实际工作频率高出35倍。f与f的物理意义是相同的，仅仅是放大电路连接方式不同。理论分析和实验都可以证明，同一只三极管的f值远比f值要小，它们之间的关系为f（1）f这就说明了共发射极电路的极限工作频率比共基极电路低得多。所以，高频放大和振荡电路大多采用共基极连接。-