解析三極管的基本放大電路設(shè)計

三極管是電流放大器件，有三個極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。

下面的分析僅對于NPN型硅三極管。如上圖所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)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(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制(假設(shè)電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話)，并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(guān)系：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叫做三極管的放大倍數(shù)(β一般遠(yuǎn)大于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(fā)射極之間，這就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)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，那么根據(jù)電壓計算公式U=R*I 可以算得，這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。

三極管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。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性(相當(dāng)于一個二極管)，基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生(對于硅管，常取0.7V)。當(dāng)基極與發(fā)射極之間的電壓小于0.7V時，基極電流就可以認(rèn)為是0。但實際中要放大的信號往往遠(yuǎn)比 0.7V要小，如果不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流的改變(因為小于0.7V時，基極電流都是0)。如果我們事先在三極管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)，那么當(dāng)一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時，小信號就會導(dǎo)致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會被放大并在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號范圍的要求，如果沒有加偏置，那么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(dāng)輸入的基極電流變小時，集電極電流就可以減小；當(dāng)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。

下面說說三極管的飽和情況。像上面那樣的圖，因為受到電阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大電流為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(dāng)基極電流的增大，不能使集電極電流繼續(xù)增大時，三極管就進(jìn)入了飽和狀態(tài)。一般判斷三極管是否飽和的準(zhǔn)則是：Ib*β〉Ic。進(jìn)入飽和狀態(tài)之后，三極管的集電極跟發(fā)射極之間的電壓將很小，可以理解為一個開關(guān)閉合了。這樣我們就可以拿三極管來當(dāng)作開關(guān)使用：當(dāng)基極電流為0時，三極管集電極電流為 0(這叫做三極管截止)，相當(dāng)于開關(guān)斷開；當(dāng)基極電流很大，以至于三極管飽和時，相當(dāng)于開關(guān)閉合。如果三極管主要工作在截止和飽和狀態(tài)，那么這樣的三極管我們一般把它叫做開關(guān)管。

如果我們在上面這個圖中，將電阻Rc換成一個燈泡，那么當(dāng)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(大于流過燈泡的電流除以三極管的放大倍數(shù)β)，三極管就飽和，相當(dāng)于開關(guān)閉合，燈泡就亮了。由于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，那么燈泡的亮度也會隨著增加(在三極管未飽和之前)。

但是在實際使用中要注意，在開關(guān)電路中，飽和狀態(tài)若在深度飽和時會影響其開關(guān)速度，飽和電路在基極電流乘放大倍數(shù)等于或稍大于集電極電流時是淺度飽和，遠(yuǎn)大于集電極電流時是深度飽和。因此我們只需要控制其工作在淺度飽和工作狀態(tài)就可以提高其轉(zhuǎn)換速度。

對于PNP型三極管，分析方法類似，不同的地方就是電流方向跟NPN的剛好相反，因此發(fā)射極上面那個箭頭方向也反了過來——變成朝里的了。