三极管的偏置电路

三极管的偏置电路

摘要:本文首先概述了晶体管的发展历程和重要性,继而讨论了三极管作为晶体管的重要组成部分在电子电路中发挥的放大作用,最后以典型的三极管的偏置电路为例介绍了其电路原理,从而指出了在三极管的应用中设置偏置电路的重要意义。

关键词:三极管放大作用集电极偏置电路

晶体管作为20世纪的一项重大发明开启了微电子革命的先声[1],其重要性方面可以与印刷术,汽车和电话等的发明相提并论。晶体管实际上是所有现代电器的关键活动元件,其在当今社会的重要性主要表现它可以使高度自动化过程进行大规模生产的能力,所以可以不可思议的降低单位成本。由于晶体管的低成本,灵活性和可靠性使其成为非机械任务的通用器件,所以能否正确的使用晶体管是一个电路的关键。

1 三极管概述

三极管即半导体三极管[2],主要由两个反相连接的PN结构成,三极管包括三个电极,其中共用的电极称为三极管的基极(base,B),其他的两个电极称为集电极(collector,C)和发射极(emitter,E)。三个杂质半导体区域之间形成两个PN结,发射区与基区的PN结成为发射结(BE 结),集电区与基区之间的PN结称为集电结(CE结)。三极管根据组合不同又分为两类:NPN型三极管和PNP型三极管。一般在市场的三极

管在其外表面都有相应的箭头指示电流的流经方向来表明发射极与集电极的方向。

2 三极管的放大作用

对于NPN型硅二极管,从基极电流至发射极的电流叫做基极电流Ib,从集电极流至发射极的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流入发射极的。三极管的放大作用本质就是基极的电流能够有效地控制集电极的电流,当基极电流有较小的变化都会给集电极电流带来较大的影响,并且电流的变化服从一定的比例:Ic=β*Ib(β一般远大于1)。若将一个小信号加到发射极与基极之间,就会引起基极电流的变化,由于Ib的变化会被放大,那么与此同时就会导致Ic发生很大的变化,若在集电极一段接一点电阻R,由计算公式U=I*R就可以算出电阻两端的电压发生很大的变化,那么经放大后的电压信号就是从这个电阻上取出来的电压。

3 三极管偏置电路设置的原因

三极管的内部结构有发射结和集电结[2～3],由于发射结的非线性,基极电流必须在输入电压达到一定数值时才能产生(硅管常取0.7 V,锗管常取0.3 V)。对于硅管而言,当Vbe小于0.7 V时,基极电流几乎为0,而在实际的应用当中,待放大的信号一般情况下都要远小于0.7 V,如果不加偏置电路的话,如此小的信号就不足以引起基极电流的变化。若在基极加一个小电流,当一个小信号与这个偏置电流叠加在一

起时,小信号会引起基极电流改变,基极电流的变化量就会被放大并在集电极输出;第二个原因是由于对输出信号范围的要求,若电路中未加偏置,那么对减小的信号无效只会对增加的信号放大,这是由于集电极电流在无偏置时是0,从而不能再减小了。集电极在加上偏置的情况下有一定的电流,当输入的积极电流变化时,集电极的电流就会相应的变化,这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。

4 三极管的固定偏置电路

图1所示的为基本的固定偏置电路。

图1所示的为NPN型共发射极放大电路,接下来的分析静态工作点的过程中将以硅管为例,由于集电极的电流收到基极电流的控制,基极电流的一个很小的变化都会对集电极电流有很大的影响,并且满足一定的电流关系:Ic=β*Ib,(β一般是远大于1的数)。如果集电极的电流是流过电阻Rc的电流,由电压计算公式:U=Ic*Rc可以算得电阻Rc上的电压发生的变化。若想得到放大后的电压信号,只需将电阻上的电压取出即可。若将共发射极放大电路中集电极的静态电压设计为电源电压的一半,此时就可以获得最大的输出电压的动态范围,此原则即是设计共发射极放大电路的基本原则。

上面所介绍的偏置电路是最基本的固定偏置电路,在实际的放大电路中,加合适的偏置电路是保证放大电路正常工作的重要条件,但是

这种电路也存在一定的缺点,当环境温度升高时就会导致电路的温度稳定性较差,所以这种电路只适用于温度变化不大,要求不高的场合。

参考文献

[1]魏佳,张沙.三极管的应用[J].

[2]康华光,陈大钦,张林.电子技术基础模拟部分[M].5版.北京:高等教育出版社,2006.

[3]华成英.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2006.