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晶体三极管的电流放大作用及其电路探析

职称驿站所属分类:电子技术论文发布时间:2022-03-17 09:07:37浏览:

通过分析三极管放大电路,在此基础上讲解了不同组态的三极管放大电路,探讨了单管放大电路设计,帮助有关人员充分熟悉并了解晶体三极管在电路中的作用,并且可以有效提高放大电路的性能。最后分析了晶体三极管的放大原理和作用以及晶体管内部载流子的运动和分配情况,希望可以为有关人员提供一定的参考和帮助。

  摘 要:  通过分析三极管放大电路,在此基础上讲解了不同组态的三极管放大电路,探讨了单管放大电路设计,帮助有关人员充分熟悉并了解晶体三极管在电路中的作用,并且可以有效提高放大电路的性能。最后分析了晶体三极管的放大原理和作用以及晶体管内部载流子的运动和分配情况,希望可以为有关人员提供一定的参考和帮助。

  关键词 : 晶体三极管;电力;放大电路;

电子设计技术

  《电子设计技术》(月刊)成立于1994年,由中国电子报主办。该出版物的目的是成为中国电子设计行业的领先出版物。读者:电子设计行业的工程师和技术经理。2001年获信息产业部1999-2000年电子科技期刊出版质量奖,2004年获信息产业部2003-2004年电子科技期刊申报选题奖。

  三极管是电子电路设计中的重要元件,其电路起着电压电流放大的作用。三极管中有3个工作区,在放大区选择合适的静态工作点q,使输入信号失真并稳定放大。同时,三极管对不同的信号频率有不同的响应,高频电子电路主要工作在三极管的饱和区。

  1 、三极管放大电路概述

  半导体晶体管被称为双极晶体管,三极是发射极、集电极以及基极。在三极NPN的情况下,通过在硅片上生长的掺杂工艺在三极管上形成两个PN结,并在不同的偏压下控制两个PN结的开关控制。电压和电流放大效应大大加快了电子技术的发展。

  晶体的三极管分为不同的类型,根据制造材料分为锗管和硅管,根据结构不同可分为PNP管和NPN管。把微弱的电信号按一定倍数放大。它还具有开关作用,用来构成多种脉冲与数字电路。它体积小、能耗低、价格便宜,已广泛应用于电子线路中。

  2、 不同组态的三极管放大电路

  根据三极管电路中的连接方式可知,三极管有多种不同的电路设计模式。在电路设计中,三极管的工作方式有放大、饱和以及截止,这与三极管的外部偏置电压有关。当集流结反向偏置时,发光结正向偏置,三极管在放大区工作。当发光结和集电极结同时被正向偏压时,三极管会产生饱和应变。当发光结反向偏压时,即使三极管的集流结偏压,三极管也处于关断状态。晶体三极管有两种类型,一种是NPN型(多为硅管,硅管比较稳定,应用较广泛),另一种是PNP型(多为锗管)。每种类型都有两个PN结(发射结和集电结),三个区(发射区,基区和集电区)。发射区和集电区虽然半导体类型相同,但发射结比集电结的面积小,发射区比集电区掺杂浓度大,所以两区的作用是不同的。使用时发射极与极电极一般不能互换。两种类型三极管工作原理相似,仅使用时外加电源的极性不同。外加电源的极性,根据发射极上边的箭头方向来决定,NPN型发射极接负,PNP型发射极接正极。

  3 、晶体三极管的电流放大作用

  NPN型三极管的实验电路如图所示,有两个电流回路。输入回路(又称基极回路),输出回路(又称集电极回路)。其中发射极是公共端,这种接法就称为三极管的共发射极接法。

  NPN型三极管集电极回路电源电压要大于基极回路电源电压,这样才有可能是发射结正偏,集电结反偏,三极管起到放大作用。改变基极电流,集电极电流和发射极电流都发生变化。

  对于NPN型三极管,实验得出如下结论:(1)发射极电流等于基极电流和集电极电流之和。(2)基极电流很小,集电极电流与发射极电流接近相等。(3)较小的基极电流变化能引起较大的集电极电流变化。而且比值在一定范围内基本不变,这一变化规律称之为三极管的电流放大作用。集电极电流的变化量与对应基极电流的变化量的比值叫做三极管的电流放大系数。用符号β表示。当β值不在保持基本不变而是下降较大时,基极电流对集电极电流就失控了,这时三极管是处于饱和状态。对于PNP型三极管具有电流放大作用,同样必须使其发射结加上正向偏置,集电结加上反向偏置。

  4、 晶体三极管的特性曲线

  4.1、 输入特性

  主要可从以下几个层面做好简要分析:

  (1)当集射极电压为固定值时,输入回路中基极电流与基射极电压之间的关系。(1)当集射极电压为零伏时,三极管的输入特性与二极管的正向伏安特性相似。(2)当集射极电压≥1v时,输入特性右移。大于1V和等于1V的输入特性曲线接近重合。

  (2)当基极电流为恒定值时,输出电路中集电极电流与集射极电压之间的关系。(1)放大区。输出特性曲线的近于水平部分是放大区。在放大区集电极电流受基极电流的控制而与集射极电压几乎无关,具有电流放大的作用。在不同的基极电流值下,各条输出特性曲线近乎平行。当所取的基极电流值间隔相同时,所得的输出特性曲线的间隔的大小反映了管子的电流放大系数β值的大小。此时集电极电流与基极电流成正比关系,故放大区又称为线性区。三极管工作在放大状态时,发射结处于正向偏置,集电结处于反向偏置。(2)截止区。基极电流等于零的曲线以下的区域称为截止区。基极电流等于零,集电极电流不等于零,而是一个较小值,通常称它为穿透电流I CEO。在常温下穿透电流数值很小,三极管极射极间接近开路,处于截止状态。(3)饱和区。集射极电压很小(硅管约小于0.5v)的区域称为饱和区(饱和区跟集电极电压相关)。在饱和区集电极电流的大小几乎只决定于集电极的外部电路,基极电流的进一步增大不会引起集电极电流的显着增大。一般称三级管处于饱和状态。此时三极管在输出回路中相当于接通状态下的开关。在饱和区发射结集电结均处于正向偏置。三极管组成放大电路是工作在放大区处于放大状态,组成数字电路是工作在饱和区和截止区,处于饱和与截止状态。

  5、 基本放大电路

  5.1、 原理

  三极管:能量较小的输入信号是通过三极管的控制作用去控制电源所提供的能量,以便在输出端获得一个能量较大的输出信号。三极管也可以说是一个以小电流控制大电流的控制元件。

  集电极负载电阻Rc:主要是将集电极电流的变化变换为电压的变化,以实现电压放大。阻值一般为几千欧到几十千欧。

  直流电压源:为放大电路提供能量,并使集电结处于反向偏置,发射结处于正向偏置。三极管工作在放大区时直流电压源一般为几伏到几十伏。

  基极偏置电阻Rb:电源通过基极偏置电阻使三极管的发射结处于正偏。改变基极偏置电阻的数值就可以改变三极管的基极电流,从而相应的改变集电极电流和管压降,使放大电路建立起合适的直流工作状态,并工作于三极管的线性区,通常这种工作状态称为静态工作点。即基极电阻是确定放大电路静态工作点的关键元件,通常称之为偏置电阻。

  耦合电容:(隔直电容)交流信号可以顺利的通过耦合电容,而放大电路的直流静态工作电流却被耦合电容隔断,使三者之间无直流联系。在放大电路工作频率范围内,耦合电容的容抗很小,对交流信号视作短路。耦合电容的电容值要取的较大,低频放大时一般使用几微法到几十微法的电解电容器,连接时注意电解电容器的极性。

  5.2 、估算法

  (1)概述。(1)静态估算主要是对电路中的直流分量—基极电流、集电极电流以及集射极电压的计算,即对静态工作点的计算。(2)动态是指有交流信号输入放大电路时该电路的传输特性。动态估算是在静态工作点确定后进行的。它可以给出放大电路的交流输出电压,放大倍数,输入电阻和输出电阻等的估算值。用简化微变等效电路(在小信号微变量的条件下,在静态工作点附近的小范围内,近似的用直线来代替曲线,将三极管线性化)分析法进行动态估算。

  (2)输入电阻的计算:一个放大电路总是要与其他电路相联系的,输入端或是连接信号源或是连接上一级放大电路。输出端或是连接负载,或是连接下一级放大电路。放大电路和它们之间是相互联系、相互影响的。放大电路对于信号源来说是一个负载,可以用一个电阻,等效代替这个电阻就是放大电路的输入电阻。放大电路的输入电阻基本上等于三极管的输入电阻。通常希望放到电路的输入电阻大一些。第一,电阻大从信号源取较小的电流,减轻信号源的负担。第二,输入电阻分压使实际加到放大电路的输入电压增大,从而增大电路的输出电压。第三,后级放大电路的输入电阻大(前级负载电阻大),将会提高前级放大电路的电压放大倍数。

  (3)输出电阻的计算。放大电路对于负载来说,可将它等效为一个理想电压源与内阻相串联的电路。这个内阻就是放大电路的输出电阻。一个信号源,它的内阻越小,损耗越小,输出特性越强。所以一般希望放大电路的输出电阻越小越好。输出电阻可以这样来计算,将负载端开路求出放大电路的开路电压。再将负载端短路,求出放大电路的短路电流。然后用开路电压除以短路电流就得到内阻输出电阻。求输出电阻的另一种方法是在放大电路的信号源短路和负载开路的条件下,在放大电路的输出端加一个已知电压。计算出流入放大电路的电流,然后通过电压除电流计算出内阻。应用简化为变等效电路分析法,可以方便的估算放大电路的电压放大倍数,输入电阻和输出电阻。微变等效电路只能作为交流信号的动态分析,不适用于静态分析。

  6 、结语

  综上所述,现阶段相关部门逐步重视晶体三极管的放大电路分析工作,为进一步保障工作实效,需要根据实际情况明确其整体情况,制定有效的举措,促进各项工作的持续性开展。

  参考文献

  [1]谢凤英-种贴片晶体三极管: 11430311A[P] 2020-07-17.

  [2]张宏强王勇,刘乃安晶体三极管开关混频电路研究[0].电子技术应用,2020,46(9):127-131.

《晶体三极管的电流放大作用及其电路探析》

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