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三极管的两个基本应用区别是什么?

时间:2022-11-23 11:58来源:未知 作者:admin 点击:
三极管 的作用 二极管 是控制导线中 电子 的流动方向,而三极管是控制导线中流动电子的多少。 三极管的发明 要想控制一根导线中的 电流 ,首先要把这根导线断开,断开的两端我们

三极管的作用

二极管是控制导线中电子的流动方向,而三极管是控制导线中流动电子的多少。

三极管的发明

要想控制一根导线中的电流,首先要把这根导线断开,断开的两端我们分别叫做C端和E端(C和E实际上是输出回路),如果在C和E之间加个器件,这个器件能使电流从C端流进并能从E端流出来,同时这个电流又能被我们控制住,那么这个器件就成功了。

为了实现上述要求,接下来就在C-E之间放一个NPN(或PNP)结构的半导体,可是,现在的问题是,在这种情况下无论怎样在C和E之间加电源,C-E这根导线始终都不会有电流。

我们又知道,电子流动的方向与人们定义电流的方向相反(这是因为当时人们以为电线里流过的是电流),所以在中间半导体引出一个电极(B极),在B-E之间(实际上是加在发射结上,见PN结特性)加一个正向电压,这时发射区就会向基区发射电子从而形成E极流出的电流。

但是,要想实现这个电流是从C端入、从E端出,则必须要把发射区发射的这些电子都收集到C极去,这样需要在C和E之间加正向电压,使集电结处于反向击穿状态,使电子能顺利收集到C极,这个收集电子的能力要比发射电子的能力强,它就像一个大口袋,发射区发射多少就收多少。

这样就能理解三极管输出特性曲线了,当B极电流一定时,随着C-E电压的增加,C极电流就不再增加了,因为B极电流一定时,发射区发射的电子数量就一定了,收集的能力再强也要不到多余的电子了。这样,三极管可以实现电流从C端到E端(假设它们之间是被断开的导线两端)。

最理想的是流进C端的电流就等于E端流出的电流,同时这个电流又被一个B-E电压(或信号)控制。但是,三极管不是一个理想的器件,因为C端电流不等于E端电流,有一部分电流流过B极,我们尽量使C端电流等于E端电流,所以,这就是为什么在工艺上要使基区浓度要低而且还要薄,同时集电结的面积还要大的根本原因。

Uce电压的作用是收集电子的,它的大小不能决定Ic的大小,从三极管输出特性曲线可以看到,当Ib一定时(也就是Ube一定时),即使Uce增加,Ic就不变了,但是曲线有些上翘,其实这是半导体材料的问题。

实际上,Ie是受从输入端看进去的发射结电压控制的(可以参见三极管高频小信号模型),加Uce电压的时候发射结已经处于导通了,它的影响不在发射结而在集电结。

加Uce电压是为了让Ic基本等于Ie,所以说Ic受发射结电压控制,人们为了计算方便把这种控制折算成受Ib控制,就是因为说成这样,使得人们不太容易理解三极管工作的原理。

从输出回路受输入回路信号控制的角度来看,Ic不是由Ie控制的,但是,Ic其实是由Ie带来的,所以,也可以说Ic受Ie影响的,这也得受三极管制造工艺影响,如果拿两个背靠背二极管的话,怎么也不行。

尽管三极管不是一个理想器件,但是,它的发明已经是具有划时代意义了。由于它的B极还有少量电流,因为这个电流的存在意味着输入回路有耗能,如果不耗能就能控制住输出回路的电流,所以后来人们发明了场效应管。其实,发明场效应管的思想也是与三极管一样的,就是为了用一个电压来控制导线中的电流,只是这回输入回路几乎不耗能了,同时,器件两端的电流相等了。

三极管的应用

三极管的两个基本应用分别是“可控开关”和“信号的线性放大”。

可控开关

C和E之间相当于一个可控开关(当然,这个开关有一定的参数要求),当B-E之间没有加电压时,C-E之间截止(C-E之间断开);而当B-E之间电压加的很大,发射区发射的电子数量就多,C极和E极的电流就很大。

如果输出回路中有负载时(注意,输出回路没有负载C-E之间就不会饱和),由于输出回路的电源电压绝大部分都加到负载上了,C-E之间的电压就会很小,C-E之间就处于饱和状态,C-E之间相当于短路。在饱和情况下,尽管C极电流比基极电流大,但是,C极电流与输入回路的电流(基极电流)不成β的比例关系。

从另一方面看饱和:从输出特性曲线可以看到,Ib一定时Uce电压不用很大,那个输出特性曲线就弯曲变平了,这说明收集电子的电压Uce不用很大就行,其实不到1V就行,但是,实际上我们在输出回路都是加一个电压很大的电源,你再加大Uce也没有用,我们看到,Ib一定时Uce增加后对Ic的大小没有影响(理想情况),所以要想把发射的电子收集过去,Uce根本不用很大电压。

但是,通常情况下,我们会在输出回路加入一个负载,当负载两端电压小于电源电压时,电源电压的其它部分就加在C-E两端,此时三极管处于线性放大状态。但是,负载两端电压的理论值大于电源电压时,则三极管就处于饱和状态,这种情况Ic不用很大也行。

所以不要以为Uce一定很大三极管集电极才能收集到电子,可以看到收集电子的电压很小就行。对于饱和的问题来说,除了上一段文字中说到的电流很大引起饱和外,我们还可以从电压的角度来看,假设三极管b=50,电源电压为12V,基极电流为40微安,则集电极电流就是2毫安,如果集电极接一个3千欧姆电阻,则Uce=6V,而这个电阻换成30千欧姆时,Uce趋于零了,这种情况下三极管也是饱和了。

所以从电压角度来看,集电极电流不一定很大,在选择合适负载电阻的情况下,三极管也可以处于饱和状态,所以,饱和与负载有关,如果电源电压很大,那饱和时Uce就这么一点点电压而言那当然是微不足道的,所以,很多地方就将它约等于零了,但是并不能说它没有电子收集能力。

信号的线性放大

这种情况下,C极电流与B极电流成线性比例关系Ic=βIb(B-E之间电压要大于死区电压,同时Uce不趋于零),而且,C极电流比B极电流大很多,前面已经知道,C极电流的大小受B-E电压控制(人们为了分析问题方便,将这种控制关系说成是C极电流受B极电流控制)。实际上,马路上到处跑的汽车就是一个放大器,它是把驾驶员操作信号给放大了,它也是线性放大,是能量的放大,而多余的能量来自于燃烧的汽油。

以三极管放大电路为例的直流工作点问题,以NPN管子为例,共射、共基、共集电极三个电路的直流都是一个方向。无论三极管电路的哪种接法,它们的直流电流方向都是一样的,输入(发射结)加入微弱交流小信号后,只能使这些输出回路电流发生扰动,总体上不能改变这些电流的方向。

但是,这个输出回路电流中有被输入交流信号影响的扰动信号,我们要的就是这个扰动的信号(输出交流信号),这个扰动的信号比输入信号大,这就是放大,也可以说,放大其实是输出回路电流受输入信号的控制。

如果直流工作点设置合理时,那个扰动信号就与输入交流小信号成比例关系,而且又比输入信号大,我们要的就是这个效果。
       责任编辑:pj

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