三极管基本电路原理和检修

三极管基本电路原理和检修

三极管是三端、电流控制器件。较低的输入阻抗（发射结可等效为一只电阻，需有实实在在的电流流通，三极管才能导通，因而要求信号源有电流输出能力），挑信号源；较高的输出阻抗（挑负载，要求负载阻抗＞＞电路本身输出阻抗，输出电压降才能落实到负载上）。在Ic受控于Ib的受控区内，工作于可变电阻区，为线性放大器（模拟电路）；在Ic不受Ib控制的开关区，为开关电路（数字电路）。

上文中Ic指三极管集电极电流；Ib指三极管基极电流。

1三极管基本工作原理

三极管是个简称，全称为晶体三体管，早期以锗材料制作的为多，因其热稳定性差漏电流（电磁噪声）大而被淘汰，现在应用的都是硅材料晶体三体管。随着电子技术的进步，由三极管分立元件构成的放大器、逻辑电路已近于绝迹，但做为执行电路的末级驱动器件，如直流继电器线圈和风扇的驱动、IGBT的末级驱动（此处三极管仅仅作为开关来应用，如控制风扇的运转、继电器的动作等）等，大部分电路仍然继续采用三极管器件。所以由三极管构成的线性放大器，已经无须多加关注，仅需关注其开关应用即可以了。其原因为，当一片四运放集成电路的价格与单只小功率三极管的价格相接近时，恐怕已经没有人再愿意用数只甚至更加庞大数量的三极管来搭接线性放大器了，从性价比、电路性能、体积等任何一点考虑，三极管都貌似是永远失掉了它的优势。

2电路示例1——原理分析

虽然如此，为了更好地理解由三极管为核心构成的放大或开关电路，我带领大家设计一款最基本的三极管偏置电路，由对此简易电路的分析，找到分析三极管电路原理的关键所在。

已知：供电电源电压Vcc=10V；三极管β＝100；

要求：静态Ic＝1mA；静态Vc（三极管集电极电压）＝5V。可知这是一款简易单电源供电

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的小信号放大器。为了不失真输出信号电压（有较好的动态范围），通常将静态Vc设置为Vcc 的1/2，那么动态输出则是以5V为零点的上、下浮动的变化电压（如图1所示）。

图一固定偏置放大器电路及IN 、OUT信号变化趋势示意图

电路设计：由电源电压=10V和Vc＝5V、Ic＝1mA三个条件，得出Rc值。10V-5V/1mA＝5k；由β＝100，第一步得出Ib=10µA；第二步若忽略发射结0.5V左右电压降，则10V/10µA=100 k。即RC决定了Ic，Rb决定了Ib。由两只电阻完成了静态工作点的建立。

1）静态工作点

拣要点，三个明要素：Ib=10µA；Ic＝1mA；Vc＝5V。

一个暗要素：我们将Q1的c、e极之间，看作一个电阻，暂命名其为Rce。此时在静态偏置状态下，Vc即为Rce和Rc的分压值，当然可看出Rce = 5k，此为第四个要素。

在输入信号作用下，其实是Rce的变化导致了输出电压Vc的变化。

需要注意：静态工作点即零信号时的工作偏置状态。此处的零信号并不一定是零电压值。参见图1的曲线图，IN端即Q1的Vb约为0.5V；Vc=5V。

图二 IN输入信号使Ib变大时的I、V变化及等效电路

2）当IN输入信号使Ib在静态基础上有所上升时，必然导致Ic的同步上升。我们可以给出一个确定值以便进行定量分析。此时Ib↑=15µA；Ic↑＝1.5mA（Rce↓）；Vc↓＝2.5V （这都是据欧姆定律加减乘除算出来的，Rc两端电压降7.5V，Rce两端当然为2.5V）。

Ic↑的使Rc两端的电压降增大，Vc下降，从暗要素考虑，此时是Rce的变小，导致了Vc 分压点的电压降低，那么可见Rce为一只可变电阻，而实际上，在放大区内，三极管工作

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于可变电阻区，其c、e极之间，确实呈现一只可变电阻的特性！当Vc=2.5V时，可知Rce 由静态时的5k变为现在的2k.。因而我在图2干脆画出这只电阻来，并标示出各点电压和电流值。

需要说明一下，三极管的控制特性为电流控制器件，此处在输入回路关注的是输入电流的变化而Vb值。这是因为：三极管的发射（PN结）结导通电压是一个相对稳态的值（称门坎电压如0.6V左右），而在此相对变化极小的Vb电压范围以内，其流通电流值Ib却有较大范围以内的变化。因而此时只关注Ib对Ic的影响。而从根本上来说，三极管是个电流控制器件或者为电流放大器，而电压放大，是个间接的结果——接入负载电阻Rc的目的，即是将Ic变化转化为Vc的变化。

可见，IN信号电压上升使Ib在静态基础上往正方向变化时，Vc呈现反方向变化，从IN和OUT的关系看，为反相关系，由此可确定该放大器为反相放大器。

图三 IN输入信号使Ib变小时的I、V变化及等效电路

3）当IN输入信号使Ib在静态基础上有所下降时，必然导致Ic的同比例下降。我们也可以给出一个确定值以便进行定量分析。此时Ib↓=5µA；Ic↓＝0.5mA（Rce↑）；Vc↑＝7.5V。Ic↓的使Rc两端的电压降减小，Vc上升。从暗要素考虑，此时是Rce的变大，导致了Vc 分压点的电压上升。当Vc=7.5V时，可知Rce由静态时的5k变为现在的15k。

图四Ib≥20μA时的I、V变化及等效电路

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