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电子电路中 三极管的基本知识
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更新于2023-03-16
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三极管 基本知识. 有许多图片说明. 如: 三极管的特性曲线,晶体三极管(NPN)的结构
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三极管的特性曲线
三极管是电流放大器件,有三个极,分别叫做集电极 C,基极 B,发射极 E。分成 NPN 和 PNP
两种。我们仅以 NPN 三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。
下面的分析仅对于 NPN 型硅三极管。如上图所示,我们把从基极 B 流至发射极 E 的电流叫做
基极电流 Ib;把从集电极 C 流至发射极 E 的电流叫做集电极电流 Ic。 这两个电流的方向都是流
出发射极的,所以发射极 E 上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是:集
电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提 供给集电极足够大的电流的话),并且基极电流
很小的变化,会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系:集电极电流的变化
量是基极电流变化量的 β 倍,即电流变化被放大了 β 倍,所以我们把 β 叫做三极管的放大倍数
(β 一般远大于 1,例如几十,几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之 间,
这就会引起基极电流 Ib 的变化,Ib 的变化被放大后,导致了 Ic 很大的变化。如果集电极电流
Ic 是流过一个电阻 R 的,那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得,这电阻上电压就会发生很大
的变化。我们将这个电阻上的电压取出来,就得到了放大后的电压信号了。
三极管在实际的放大电路中使用时,还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首 先是由于三
极管 BE 结的非线性(相当于一个二极管),基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生
(对于硅管,常取 0.7V)。当基极与发射极之间的电 压小于 0.7V 时,基极电流就可以认为是
0。但实际中要放大的信号往往远比 0.7V 要小,如果不加偏置的话,这么小的信号就不足以引
起基极电流的改变(因 为小于 0.7V 时,基极电流都是 0)。如果我们事先在三极管的基极上
加上一个合适的电流(叫做偏置电流,上图中那个电阻 Rb 就是用来提供这 个电流的,所以它
被叫做基极偏置电阻),那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时,小信号就会导致基
极电流的变化,而基极电流的变化,就会被放大并在 集电极上输出。另一个原因就是输出信号
范围的要求,如果没有加偏置,那么只有对那些增加的信号放大,而对减小的信号无效(因为
没有偏置时集电极电流为 0, 不能再减小了)。而加上偏置,事先让集电极有一定的电流,当

输入的基极电流变小时,集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时,集电极电流就增
大。这 样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。
下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图,因为受到电阻 Rc 的限制(Rc 是固定值,那么
最大电 流为 U/Rc,其中 U 为电源电压),集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的
增大,不能使集电极电流继续增大时,三极管就进入了饱和状态。一般判断 三极管是否饱和的
准则是:Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后,三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小,可以理
解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极 管来当作开关使用:当基极电流为 0 时,三极管
集电极电流为 0(这叫做三极管截止),相当于开关断开;当基极电流很大,以至于三极管饱
和时,相当于开关闭 合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态,那么这样的三极管我们一般
把它叫做开关管。
如果我们在上面这个图中,将电阻 Rc 换成一个灯泡,那 么当基极电流为 0 时,集电极电流为
0,灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数 β),三极管
就饱和,相当于开关闭合,灯泡 就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的 β 分之一大一点就
行了,所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从 0 慢慢增加,那么
灯泡的亮 度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。
对于 PNP 型三极管,分析方法类似,不同的地方就是电流方向跟 NPN 的刚好相反,因此发射
极上面那个箭头方向也反了过来--变成朝里的了。
发射极
三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结,两个 PN 结把正块半导体分成三部分,中间部分是基区,
两侧部分是发射区和集电区,排列方式有 PNP 和 NPN 两种。三极管的结构示意图如图 1 所示,电路符号如图 2 所
示。
从三个区引出相应的电极,分别为基极 b,发射极 e 和集电极 c。发射区和基区之间的 PN 结叫发射结,集电区和
基区之间的 PN 结叫集电极。 共发射极放大电路
输入信号加在三极管的基极, 输出信号由集电极取出,发射极作输入回路和输出回路的公共电极时的放大电路,

称为共发射极放大电路,图 2.1.1 为基本共发射极放大电路。在电子 设备中,它主要用于电压放大
(a) NPN 型管 (b) PNP 型管
图 2.1.1 基本共发射极放大电路
图 2.1.1(a)虚线框内为选用 NPN 型三极管的共发射极放大电路,VCC 为正直流电压源。 Rb1 和 Rb2 为基极上偏
置电阻和下偏置电阻,作用是保证三极管基极有合适的直流电压 VBQ, 这种偏置电路称为分压式偏置电路。Rc
为集电极电阻,作用是将三极管的集电极信号电流 Ic 变换成集 电极信号电压 Vc。Re 为发射极电阻,具有稳定直
流工作点的作用,因此,这种偏置电路又称为射极偏 置电路。Rb1、Rb2、Rc 和 Re 的选择必须保证三极管工作
在放大区,即发射结 正偏,集电结反偏,还要保证输出电压不进入三极管的饱和区和截止区,即不产生饱和、截
止失真。
Vs 为信号源电压有效值,并设 vs=Vsm ,Rs 为信号源内阻。Vi 和 Vo 分别为放大电路的输入电压和输出
电压的有效值。 RL 为放大电路的负载。
Ce 为发射极旁路电容,作用是使三极管集电极的输出信号电流 Ic 不在 Re 上产生交流压降而直接入地。Cb1 和
Cb2 分别为输入和输出耦合电容,作用 是传送交流,隔离直流,又称为隔直电容。这三个电容在使用频率不很高
(几十千赫兹以下)时,都应选容量较大的电解 电容。
如果三极管选用 PNP 型,VCC 选用负直流电压源,以保证发射结正偏,集电结反偏。 三个外接电解电容也应反接,
如图 2.1.1(b)所示。 共发射极放大电路直流分析(静态分析):
直流分析就是计算三极管各电极的直流电压和直流电流,是保证三极管工作在放大区的先决条件。 由于直流确定
以后是不变化的,又称为静态分析,直流电压和直流电流又称为静态电压和静态电流。在分析直流时先画 出直流
通路,因为电容不能通过直流,所以直流通路就是将图 2.1.1 基本放大电路中的所有外接电容开路,
图 2.1.2 共发射极放大电路的直流通路
静态工作点的计算
在图 2.1.2(b)中
(2.2.1)
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