三极管

Posted 2023-02-22 summer_fhb

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。这也是“电子技术”的根本。理论搞明白了实验就简单了。

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CE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，CE之间的电压就会很小，CE之间就处于饱和状态，CE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VCE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VCE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VCE也没有用，我们看到，IB一定时VCE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，VCE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CE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VCE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，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3K电阻，则VCE=6V，而这个电阻换成30K时，VCE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VCE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（BE之间电压要大于死区电压，同时，VCE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BE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。

模电这门课从三极管小信号模型开始的绝大多数内容都是讲小信号放大问题，共射极、共集电极、共基极的4个电路是基本，其它的是由他们组合而成的，它们的电路组成、电路交直流分析、电路性能分析是关键。

其它的就是功率放大的问题、模拟集成运算放大器内部结构设计问题、运放的应用、如何减少非线性失真和放大稳定问题（负反馈）、正弦波产生（正反馈）等等。

再谈可控开关：

三极管要工作在饱和或截止状态，此时C和E之间相当于可控开关，B极加输入信号，为了防止三极管损坏，B极要接限流电阻，余下的问题就是，所控制的负载应接在C极还是E极？它的功率有多大？驱动电压多大？电流多大？你选的三极管能否胜任？不胜任怎么办？改用什么器件？低压和高压如何隔离？等等。

再谈信号的线性放大：

这种情况下，C极电流是B极电流的β倍，以三极管放大电路为例：
（1）

直流工作点问题

，为什么要有直流工作点？什么原因引起工作点不稳定？采取什么措施稳定直流工作点？

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。

（2）

交流信号放大问题

，共射极、共集电极、共基极电路的作用、优点和缺点是什么？如何克服电路的非线性？为什么共射--共基电路能扩展频带？为什么共集电极放大电路要放在多级放大电路的最后一级？多级放大电路的输入级有什么要求？人们在集成电路中设计电流源的目的是什么？它的作用是什么？如何克服直接耦合带来的零点漂移？为什么要设计成深负反馈？其优点和问题是什么？深负反馈自激的原因是什么？什么是电路的结构性相移？什么是电路的附加相移？什么情况下电路输出信号与输入信号之间出现附加相移？等等。

（3）集成运算放大器

，为了克服半导体器件的非线性问题（不同幅度信号的放大倍数不一样），人们有意制成了高增益的集成运算放大器，外接两个电阻就构成了同相或反向比例放大电路，这时整个电路的电压放大倍数就近似与半导体特性无关了（深负反馈条件下），放大倍数只与外接的两个电阻有关，而电阻材料的温度特性比半导体材料好，同时线性特性也改善了。在计算的时候注意运用“虚短”和“虚断”就行了，模电学到这里那就太简单了，所以，如果不考虑成本时谁还会用三极管分立元件组成的放大电路，还得调直流工作点。集成运算放大器的其它应用还很多，如有源滤波器、信号产生电路等。

负反馈自激振荡与正弦波产生电路的区别

负反馈自激振荡是由于某个未知频率信号在反馈环路中产生了额外的180度的附加相移，负反馈电路对这个频率信号来讲就变成了正反馈，同时，对这个频率信号的环路增益又大于1，这种情况下，负反馈电路就自激了（对其它频率信号，此电路还是负反馈）。而正弦波振荡电路是人们有意引入的正反馈，可以说对无数个频率信号都是正反馈，既然这样，环路中就不用有附加相移了，但是，这样的信号太多了，所以，人们需要在反馈环路中设计一个选频电路来选择某一个频率信号，当然，对被选取的信号来讲，这个选频电路就不需要有额外相移了。
以上大致总结了一些问题，仅供参考。