三極體放大電路的基本原理
分類： 51微控制器
2009-04-16 16:13
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工作c三極體是電流放大器件，有三個極，分別叫做集電極
c，基極
b，發射極
e。分成
npn和
pnp兩種。我們僅以
npn三極體的共發射極放大電路為例來說明一下三極體放大電路的基本原理。
下面的分析僅對於
npn型矽三極體。如上圖所示，我們把
從基極b
流至發射極
e的電流
叫做基極電流
ib；把
從集電極
c流至發射極
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射極的，所以發射極
e上就用了乙個箭頭來表示電流的方向。三極體的放大作用就是：
集電極電流
受基極電流
的控制（假設電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話），
並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係：
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叫做三極體的放大倍數
（β一般遠大於
1，例如幾十，幾百）。如果我們將乙個變化的小訊號加到基極跟發射極之間，這就會引起基極電流
ib的變化，
ib的變化被放大後，導致了
ic很大的變化。如果集電極電流
ic是流過乙個電阻
r的，那麼根據電壓計算公式
u=r*i
可以算得，這電阻上電壓就會發生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大後的電壓訊號了。
三極體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
由於三極體
be結的非線性
（相當於乙個二極體），
基極電流必須在輸入電壓大到一定程度後才能產生
（對於矽管，常取
0.7v
）。當基極與發射極之間的電壓小於
0.7v
時，基極電流就可以認為是
0。但實際中要放大的訊號往往遠比
0.7v
要小，如果不加偏置的話，這麼小的訊號就不足以引起基極電流的改變（因為小於
0.7v
時，基極電流都是
0）。如果我們事先在三極體的基極上加上乙個合適的電流（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
），那麼當乙個小訊號跟這個偏置電流疊加在一起時，小訊號就會導致基極電流的變化，而基極電流的變化，就會被放大並在集電極上輸出。另乙個原因就是輸出訊號範圍的要求，如果沒有加偏置，那麼只有對那些增加的訊號放大，而對減小的訊號無效（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，當輸入的基極電流變小時，集電極電流就可以減小；當輸入的基極電流增大時，集電極電流就增大。這樣減小的訊號和增大的訊號都可以被放大了。
下面說說三極體的飽和情況。像上面那樣的圖，因為受到電阻
rc的限制（
rc是固定值，那麼最大電流為
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。
當基極電流的增大，不能使集電極電流繼續增大時，三極體就進入了飽和狀態
。一般判斷三極體是否飽和的準則是：
ib*β〉
ic。進入飽和狀態之後，三極體的集電極跟發射極之間的電壓將很小，可以理解為乙個開關閉合了。這樣我們就可以拿三極體來當作開關使用：當基極電流為
0時，三極體集電極電流為
0（這叫做
三極體截止
），相當於開關斷開；當基極電流很大，以至於三極體飽和時，相當於開關閉合。如果三極體主要工作在截止和飽和狀態，那麼這樣的三極體我們一般把它叫做開關管。
如果我們在上面這個圖中，將電阻
rc換成乙個燈泡，那麼當基極電流為
0時，集電極電流為
0，燈泡滅。如果基極電流比較大時（大於流過燈泡的電流除以三極體的放大倍數β），三極體就飽和，相當於開關閉合，燈泡就亮了。由於控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了，所以就可以用乙個小電流來控制乙個大電流的通斷。如果基極電流從
0慢慢增加，那麼燈泡的亮度也會隨著增加（在三極體未飽和之前）。
對於pnp型三極體，分析方法類似，不同的地方就是電流方向跟
npn的剛好相反，因此發射極上面那個箭頭方向也反了過來——變成朝里的了。
vo = vcc-ic*rc是直流訊號，用乙個隔直電容將直流電壓,也就是vcc隔離掉，輸出就只剩下vo = -ic*rc了。注意這裡的ic實際上不是真正的ic,而是δic,即由輸入交流訊號導致ic變化的那部分. 輸出電壓跟輸入電壓反向,所以它是反向放大 器
對三極體放大作用的理解，切記一點：能量不會無緣無故的產生，所以，三極體一定不會產生能量，。
但三極體厲害的地方在於：它可以通過小電流控制大電流
放大的原理就在於：通過小的交流輸入，控制大的靜態直流。
假設三極體是個大壩，這個大壩奇怪的地方是，有兩個閥門，乙個大閥門，乙個小閥門。小閥門可以用人力開啟，大閥門很重，人力是打不開的，只能通過小閥門的水力開啟。
所以，平常的工作流程便是，每當放水的時候，人們就開啟小閥門，很小的水流涓涓流出，這涓涓細流衝擊大閥門的開關，大閥門隨之開啟，洶湧的江水滔滔流下。
如果不停地改變小閥門開啟的大小，那麼大閥門也相應地不停改變，假若能嚴格地按比例改變，那麼，完美的控制就完成了。
在這裡，ube就是小水流，uce就是大水流，人就是輸入訊號。當然，如果把水流比為電流的話，會更確切，因為三極體畢竟是乙個電流控制項。
如果某一天，天氣很旱，江水沒有了，也就是大的水流那邊是空的。管理員這時候開啟了小閥門，儘管小閥門還是一如既往地衝擊大閥門，並使之開啟，但因為沒有水流的存在，所以，並沒有水流出來。這就是三極體中的截止區。
飽和區是一樣的，因為此時江水達到了很大很大的程度，管理員開的閥門大小已經沒用了。如果不開閥門江水就自己沖開了，這就是二極體的擊穿。
在模擬電路中，一般閥門是半開的，通過控制其開啟大小來決定輸出水流的大小。沒有訊號的時候，水流也會流，所以，不工作的時候，也會有功耗。
而在數位電路中，閥門則處於開或是關兩個狀態。當不工作的時候，閥門是完全關閉的，沒有功耗。
你後面的那些關於飽和區、截止區的比喻描述的有點問題，但是你肯定是知道這些原理的，呵呵。
引用你的比喻，我修改一下吧：
截止區：應該是那個小的閥門開啟的還不夠，不能開啟打閥門，這種情況是截止區。
飽和區：應該是小的閥門開啟的太大了，以至於大閥門裡放出的水流已經到了它極限的流量，但是 你關小 小閥門的話，可以讓三極體工作狀態從飽和區返回到線性區。
線性區：就是水流處於可調節的狀態。
擊穿區：比如有水流存在乙個水庫中，水位太高（相應與vce太大），導致有缺口產生，水流流出。而且，隨著小閥門的開啟，這個擊穿電壓變低，就是更容易擊穿了.
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