三极管的基本用法

三极管的基本用法摘要：三极管通常也称双极型晶体管（BJT），简称晶体管或三极管。

三极管在电路中常用字母T来表示。

因三极管内部的两个PN结相互影响，使三极管呈现出单个PN结所没有的电流放大的功能，开拓了PN结应用的新领域，促进了电子技术的发展。

它的主要的应用是用作电流放大和开关。

还能够做成一些可独立使用的两端或三端器件，把三极管的集电极断路和把集电极和基极短路可作为二极管来使用。

关键词：三极管电流放大二极管1 三极管的电流放大作用三极管的最基本的一种应用，是把微弱的电信号加以放大，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量,这是三极管最基本和最重要的特性。

三极管的电流放大作用与三极管内部PN结的特殊结构有关。

三极管犹如两个反向串联的PN结，如果孤立地看待这两个反向串联的PN结，或将两个普通二极管串联起来组成三极管，是不可能具有电流的放大作用的。

具有电流放大作用的三极管，PN结内部结构的特殊性是：（1）为了便于发射结发射电子，发射区半导体的掺杂溶度远高于基区半导体的掺杂溶度，且发射结的面积较小。

（2）发射区和集电区虽为同一性质的掺杂半导体，但发射区的掺杂溶度要高于集电区的掺杂溶度，且集电结的面积要比发射结的面积大，便于收集电子。

（3）联系发射结和集电结两个PN结的基区非常薄，且掺杂溶度也很低。

上述的结构特点是三极管具有电流放大作用的内因。

要使三极管具有电流的放大作用，除了三极管的内因外，还要有外部条件，三极管的发射结为正向偏置，集电结为反向偏置是三极管具有电流放大作用的外部条件，即对于NPN型三极管而言要满足Ue<Ub<Uc,对于PNP型三极管而言则刚好相反。

2 放大器三种基本组态利用BJT组成的放大电路，其中一个电极作为信号输入端，一个电极作为输出端，另一个电极作为输入，输出回路的共同端。

根据共同端的不同，BJT可有三种连接方式,也叫三种组态：共发射极，共基极和共集电极接法。

2.1 共发射极放大电路共射极放大电路以基极电流i作为输入控制电流，用B i作为控制B电流的好处是信号源消耗的功率很小。

共发射极电路主要研究的是集电极电流与基极电流之间的关系，I= B I。

由于c i>>B i，故共发射极C电路不但能得到电压放大，而且还可以得到电流放大，所以共射极电路是目前应用最广泛的一种基本组态。

共发射极放大电路的原理图如图1所示，待放大的输入电压Vi 通过电容C加到BJT的发射结，从而引起基极电流B i的变化，B i的变1b化使集电极电流i随之变化，c i的变化量在集电极电阻C R上产生压降，c集电极电压v=C C V—c i C R，当c i的瞬时值增加时，C E v就要减小，C E v中C E的变化量经过电容C传送到输出端成为输出电压0v。

选择合适的电b2路参数值，0v 的变化将比i v 大的多，从而达到放大的目的。

图1 共发射极基本放大电路BJT 的基本特点是通过电流控制实现放大作用，但这种放大作用并不是在任何情况下都能实现的，如果静态工作点Q 过高，BJT 就会从放大转换为饱和，而Q 点过低时，BJT 又会从放大转化为截止。

饱和现象的产生是由于工作点上移使C E v 减小到一定程度后，集电结收集载流子的能力减弱，发射极发射有余，而集电极收集不足，这时使B I 增加，但C I 却不能增加即不服从C I = β B I 的规律了，在截止区的时候BJT 如同工作在断开状态。

因此在放大电路中要尽量避免工作到饱和区和截止区，以免产生饱和失真和截止失真，甚至失去放大作用。

而在脉冲数字电路中可以利用BJT 工作在饱和，截止状态使BJT 作为一个可以控制的无触点开关。

共发射极放大电路的偏流是“固定”的（B I ≈Vcc/b R ），当更换管子或是环境温度变化引起管子参数变化时，电路的工作点往往会移动，甚至移动到不适合饿位置而使放大电路无法正常工作，为此必须要设计能够自动调整工作点位置的偏置电路，以使工作点能稳定在合适的位置，故引进了射极偏置电路，如图2所示。

图2 射极偏置电路 当温度上升时，C I （E I ）将增加，由于E I 的增加，在E R 上产生的压降E I E R 也要增加，E I E R 的增加部分回送到基极-发射极回路去控制B E V ，使外加于管子的B E V 减小，结果牵制了C I 的增加，从而使C I 基本恒定，利用的是反馈控制的原理。

2.2 共集电极电路共集电极电路的输入电压加在基极和地即集电极之间，输出从发射极和集电极两端取出，因为是从发射极把信号输出去，所以共集电极电路又称为射极输出器。

其原理图如图3所示。

图3 共集电极电路 共集电极电路的特点是：电压增益小于1而近似为1，输出电压与输入电压同相，输入电阻高，输出电阻很低。

它的输入电阻高可减小放大电路对信号源（或前级）所取的信号电流，同时由于它的输出电阻低，可减小负载变动对电压增益的影响，另它对电流有放大作用。

由于它存在这些优点，在多级电子电路中，常用作中间级以隔离前后级之间的影响，常称为缓冲级，在电路中起着阻抗变换的作用。

由于它具有较低的输出电阻以及较大的电流增益， 所以也常用作多级放大器的输出级。

我们还可以采用复合管一进一步提高输入电阻，其等效输入电阻为1be r +1β2be r ，如图4中，由于T1，T2两管的工作电流不同，所以他们的参数也有较大的差异。

T1管的工作电流小，因而1β的值较低，为了克服这一缺点，有时在T1管的射极到共同端之间，外接一个数百千欧姆的电阻，以便让T1管的射极电流从此电阻漏过，从而可以调整T1管的Q 点，改善其性能，在继承电路中，常用电流源代替电阻。

图4 复合管电压跟随器 除了采用两个同类型的管子组成符合管外，还可以用两个不同类型的管子组成互补型复合管，如图5所示。

图5 互补型复合管2.3 共基极电路共基极电路的原理图如图6所示，输入电压加在发射极和基极之间，而输出电压从集电极和基极两端取出，基极是输入与输出的共同端点，该电路的电流放大系数接近于1，但小于1，故又称其为电流跟随器。

一般应用在宽频带或高频情况下，稳定性很好。

图6 共基极电路3 功率放大电路工作在乙类的放大电路，虽然管耗小，有利于提高效率，但存在严重的失真，使得输入信号的半个波形被削掉了。

如果用两个管子，使之都工作在乙类放大状态，但一个在正半周工作，一个在负半周工作，同时使这两个输出波形都能加到负载上，从而在负载上得到一个完整的波形，这样就能解决效率与失真的矛盾。

这样就引入了互补对称电路，图7基本互补对称电路实现了再静态时管子不取电流，而在有信号时，T1和T2轮流导电，组成推挽式电路。

图7 两射极输出器组成的基本互补对称电路实际上这种电路并不能使输出波形很好地反映输入的变化，由于没有直流偏置，管子的i必须在BE v大于某一个数值（即门槛电压，BNPN硅管约为0.6V，PNP锗管约为0.2V）时才有显著变化。

当输入信号v低于这个数值时，T1和T2都截止，1c i和2c i基本为零，负载L R上i无电流通过，出现一段死区，产生交越失真。

为了克服交越失真我们可以采用利用二极管进行偏置的互补对称电路，如图8所示，T3组成前置放大级，T1和T2组成互补输出级。

图8 利用二极管进行偏置的互补对称电路静态时，在D1，D2上产生的压降为T1，T2提供了一个合适的偏压，使之处于微导通状态，由于电路对称，静态时1c i =2c i ，L i =0， 0v =0。

有信号时，由于电路工作在甲乙类，即使I v 很小（D1和D2的交流电阻也小），基本上可线性地进行放大。

该电路的缺点是它的偏置电压不易调整，故可用如图9所示的电路。

利用T4管的4BE V 基本为一固定值，只要适当调节R1，R2的比值，就可改变T1，T2的偏压值。

图9 利用BE v 扩大电路进行偏置的互补对称电路图10为采用一个电源的互补对称电路，T3组成前置放大级，T2和T1组成互补对称电路输出级。

图10 采用一个电源的互补对称电路的偏置电路在输入信号i v =0时，一般只要R1，R2有适当的数值，就可使3C I ，2B V 和1B V 达到所需的大小，给T2和T1提供一个合适的偏置，从而使K 点电位K V =C V =C C V /2。

当有信号i v 时，在信号的负半周，T1导电，有电流通过负载L R ，同时向C 充电；在信号的正半周，T2导电，则已充电的电容C 起着电源-C C V 的作用，通过负载L R 放电。

只要选择时间常数L R C 足够大（比信号的最长周期还打的多），就可以认为用电容C 和一个电源C C V 可代替原来的+C C V 和-C C V 两个电源的作用。

为了提高电路工作点的稳定性能，常将K 点通过电阻分压器（R1,R2）与前置放大电路中T3的基极相连，以引入负反馈使K V 趋于稳定，R1，R2还引入了交流负反馈，使放大电路的动态性能指标得到改善。

该电路存在着一些问题，当i v 为负半周时，T1导电，因而1B i 增加，由于3C R 上的压降和1B E v 的存在，当K 点电位向+C C V 接近时，T1的基流将受限制而不能增加很多，因而也就限制了T1输向负载的电流，使L R 两端得不到足够的电压变化量，致使om V 明显小于C C V /2。

为了解决这个问题，我们引入自举电路，如图11所示，图11 带自举的单电源互补对称电路当i v =0时，D v =D V =2C C V -3C I 3R ，而K v =K V =2C C V ，因此电容C3两端电压被充电到3C V =2C C V -3C I 3R 。

当时间常数R3C3足够大时，3C V 将基本为常数，不随i v 而改变。

这样，当i v 为负时，T1导电，K v 将由2C C V 向更正方向变化，考虑到D v =3C v +K v =3C V +K v ，显然，随着K 点电位升高，D 点电位D v 也自动升高。

因而，即使输出电压幅度生的很高，也有足够的电流1B i ，使T1充分导电。

4 三极管的特殊用法半导体三极管除了构成放大器和作开关元件使用外，还能够做成一些可独立使用的两端或三端器件。

1 扩流把一只小功率可控硅和一只大功率三极管组合，就可得到一只大功率可控硅，其最大输出电流由大功率三极管的特性决定，利用三极管的电流放大作用，将电容容量扩大若干倍。

这种等效电容和一般电容器一样，可浮置工作，适用于在长延时电路中作定时电容。

用稳压二极管构成的稳压电路虽具有简单、元件少、制作经济方便的优点，但由于稳压二极管稳定电流一般只有数十毫安，因而决定了它只能用在负载电流不太大的场合。

2代换两只三极管串联可直接代换调光台灯中的双向触发二极管，还可以代替稳压管。