(笔记)电路设计（九）之三极管的应用

 

背景：为统筹电路设计较全面的知识点，本人将在近期推出电路设计中各种常用器件与设计理念，如基本元器件电阻、电容、电感、二极管保护，存储器件SDRAM、FLASH，PCB设计工艺DCDC电源、PCB板布线设计工艺等，希望能为大家提供些许参考。

 

一、三极管

半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。

注：以上两个两极管背靠背接起来时，仅仅起示意作用，否则如何来的三极管的放大功能呢。也就是说，三极管与背靠背接起来的两个两极管不一样！

 

二、三极管的作用分析

1、开关作用

注：所有的三极管均能起开关作用，控制一段回路的断开与闭合。三极管工作在开关状态时，一定是在饱和和截至区之间转换，不会在放大区。

分析：从NPN三极管管等效示意图可知，BE之间就是一个二极管，以硅二极管导通电压0.7V为例，只要VB>0.7V即可使BE间导通。

即当MCU输出高电平时，三极管处于饱和状态，此时发射结与集电结均为正偏置，此时CE间电压很小，比PN结的导通电压还要低（硅管在0.5伏以下，标准为0.2伏），CE间相当“短路”，即呈“开”的状态。

当MCU输出低电平时，三极管在截止状态，发射结与集电结均为反偏置，此时CE极间的电流极小（硅管基本量不到），相当于“断开”，呈现“关的状态”。

注：其中R2的作用起下拉作用，给予B端一个固定的电平，默认使三极管处于断开状态。

三极管开关电路的特点：

① 开关速度极快，远远比机械开关快；

② 没有机械接点，不产生电火花；

③ 开关的控制灵敏，对控制信号的要求低；

④ 导通时开关的电压降比机械开关大，关断时开关的漏电流比机械开关大；

⑤ 不宜直接用于高电压、强电流的控制

 

2、放大作用

放大电路的功能是利用三极管的电流控制作用，或场效应管电压控制作用，把微弱的电信号（简称信号，指变化的电压、电流、功率）不失真地放大到所需的数值，实现将直流电源的能量部分地转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。

放大电路的实质，是一种用较小的能量去控制较大能量转换的能量转换装置。

放大电路组成的原则：

① 必须有直流电源，而且电源的设置应保证三极管或场效应管工作在线性放大状态；

② 元件的安排要保证信号的传输，即保证信号能够从放大电路的输入端输入，经过放大电路放大后从输出端输出；

③ 元件参数的选择要保证信号能不失真地放大，并满足放大电路的性能指标要求。

注：要使三极管能够正常放大信号，发射结应加正向电压，集电结应加反向电压。

在此仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。在实际放大电路中，除了共发射极联接方式外，还有共集电极和共基极联接方式。 

共发射极接法                                    共基极接法                              共集电极接法

① 三极管其射极放大电路

共发射极基本放大电路

 

② 各元件作用 

  (1)  三极管V：实现电流放大。

  (2)  集电极直流电源UCC：确保三极管工作在放大状态。

  (3)  集电极负载电阻RC ：将三极管集电极电流变化转变为电压变化，以实现电压放大。 

  (4) 基极偏置电阻RB ：为放大电路提供静态工作点。

  (5) 耦合电容C1和C2 ：隔直流通交流。

 

③ 工作原理

  (1) ui直接加在三极管V的基极和发射极之间，引起基极电流iB作相应的变化 。

  (2) 通过V的电流放大作用，V的集电极电流iC也将变化 。

  (3) iC的变化引起V的集电极和发射极之间的电压uCE变化。

  (4) uCE中的交流分量uce经过C2畅通地传送给负载RL，成为输出交流电压uo,，实现了电压放大作用。

 

④ 静态分析

静态分析就是要找出一个合适的静态工作点,通常由放大电路的直流通路来确定。如图7.2所示。

                共发射极放大电路的直流通路和静态工作点

 

 

作者：tdyizhen1314

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