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三极管电路分析

小编-林清悦 网络 229 2023-04-26 08:46:23

三极管是一种重要的电子器件,被广泛应用于电子电路中。三极管可以作为放大器、开关、稳压器等元件使用。本文将详细介绍三极管电路分析。

一、三极管基本结构和工作原理 

三极管是由三个掺杂不同的半导体材料构成的,通常为P型半导体、N型半导体和P型半导体,这三个区域分别称为发射区、基区和集电区。

三极管的主要作用是将控制信号(基极电流)转换成输出信号(集电极电流)。 三极管的工作原理是基于PN结的反向击穿效应。当PN结正向偏置时,电流会从P区流入N区,此时PN结处形成一个耗尽区。当PN结反向偏置时,耗尽区变宽,电流几乎为零。但是,当反向偏置电压达到一定值时,PN结会出现击穿现象,使得电流突然增加。这种击穿现象在三极管中被利用来控制集电极电流。

二、三极管放大器电路分析 

三极管放大器是一种重要的电子电路,可以将小信号放大到大信号。三极管放大器电路可以分为共射极、共基极和共集极三种类型。 

1. 共射极放大器电路 

共射极放大器电路如下图所示: 


   共射极放大器电路
在这个电路中,三极管的发射极接地,基极通过一个输入电容与信号源相连,集电极通过一个输出电容与负载相连。 在共射极放大器电路中,三极管的基极电流变化会导致集电极电流的变化。当输入信号为正弦波时,基极电流也会随之变化。在每个周期的上升沿,基极电流逐渐增加,直到达到饱和电流。此时,三极管的PN结被击穿,集电极电流开始增加。在每个周期的下降沿,基极电流逐渐减小,三极管恢复正常工作状态,集电极电流开始减小。 共射极放大器电路的放大倍数由三极管的静态工作点决定。静态工作点是指三极管在正常工作状态下的电压和电流值。为了保证静态工作点的稳定性,需要在电路中加入偏置电路。 

2. 共基极放大器电路 

共基极放大器电路如下图所示:


在这个电路中,三极管的基极接地,发射极通过一个输入电容与信号源相连,集电极通过一个输出电容与负载相连。 在共基极放大器电路中,输入信号被直接输入到三极管的发射极,然后从集电极输出。由于基极与发射极之间是正向偏置的,因此输入信号不会对三极管的静态工作点产生影响。 共基极放大器电路的放大倍数由三极管的反向传输系数决定。反向传输系数是指集电极电流变化与基极电流变化之间的比值。为了保证电路的稳定性,需要在电路中加入负反馈。 

3. 共集极放大器电路 

共集极放大器电路如下图所示:


在这个电路中,三极管的集电极接地,发射极通过一个输入电容与信号源相连,基极通过一个输出电容与负载相连。 在共集极放大器电路中,输入信号被直接输入到三极管的基极,然后从发射极输出。由于集电极与地之间是正向偏置的,因此输出信号的幅度可以接近电源电压。 共集极放大器电路的放大倍数由三极管的反向传输系数和负载阻抗决定。为了保证电路的稳定性,需要在电路中加入偏置电路。 

三、三极管开关电路分析 

三极管开关电路是一种将控制信号转换成开关动作的电路。三极管开关电路可以分为单极性开关电路和双极性开关电路。 

1. 单极性开关电路 

单极性开关电路如下图所示

              +Vcc
               |
               |
              R1
               |
Switch ---+----|<|---- Output
         |     |
        C1    GND
         |
        GND

其中,+Vcc表示正电源电压,GND表示地,Switch表示开关,R1表示限流电阻,C1表示滤波电容,Output表示输出信号

在这个电路中,三极管的基极通过一个输入电阻与信号源相连,集电极通过一个负载与电源相连。 在单极性开关电路中,当基极电压高于某一阈值时,三极管的PN结被击穿,集电极电流开始增加,此时三极管处于导通状态。当基极电压低于某一阈值时,三极管的PN结恢复正常工作状态,集电极电流减小到零,此时三极管处于截止状态。 单极性开关电路可以应用于交流电源和直流电源,但是由于三极管处于导通状态时会产生大量热量,因此需要加入散热器。 

2. 双极性开关电路 

双极性开关电路如下图所示

               +Vcc
                |
                |
              R1|
                |
Switch1 ---+----|<|--+
          |     |      |
         C1    GND   R2|
          |           |
         GND  -------|<|-- Output
          |        R3|
          |          |
Switch2 --+----------+

其中,+Vcc表示正电源电压,GND表示地,Switch1和Switch2表示两个开关,R1、R2、R3分别表示限流电阻,C1表示滤波电容,Output表示输出信号。

在这个电路中,三极管的基极通过一个输入电容与信号源相连,集电极通过一个输出电容与负载相连,同时通过一个二极管与电源相连。 在双极性开关电路中,当基极电压高于某一阈值时,三极管的PN结被击穿,集电极电流开始增加,此时三极管处于导通状态。当基极电压低于某一阈值时,二极管开始导通,负载电流开始通过二极管,此时三极管处于截止状态。 双极性开关电路只能应用于交流电源,但是由于负载电流通过二极管,因此二极管需要具有足够的承受电流能力。 

四、三极管稳压器电路分析 

 三极管稳压器电路是一种将不稳定的输入电压转换成稳定的输出电压的电路。三极管稳压器电路可以分为基本稳压器电路和精密稳压器电路。 

1. 基本稳压器电路 

基本稳压器电路如下图所示:

               +Vin
                |
                |
              R1|
                |
               --- C1 --- GND
                |
                |
                +Vout
                |
                |
              R2|
                |
               GND
在这个电路中,三极管的发射极通过一个调整电阻与输入电压相连,基极通过一个固定电阻与输出负载相连,集电极通过一个负载电阻与地相连。 在基本稳压器电路中,当输入电压增加时,三极管的发射极电压也会增加,此时三极管的PN结被击穿,集电极电流开始增加,通过负载电阻产生降压效果。当输入电压减小时,三极管的发射极电压也会减小,此时三极管恢复正常工作状态,输出电压保持不变。 基本稳压器电路可以应用于低功率电源,但是输出电压的稳定性不高。 

2. 精密稳压器电路 

精密稳压器电路如下图所示:


               +Vin
                |
                |
              R1|
                |
               --- C1 --- GND
                |
                |
          +Vref--+--R2--+--Vout
                |      |
              R3|     ---
                |      |
               GND    GND
在这个电路中,三极管的发射极通过一个调整电阻与输入电压相连,基极通过一个固定电阻和一个二极管与输出负载相连,集电极通过一个负载电阻与地相连。 在精密稳压器电路中,二极管的反向击穿效应被利用来控制输出电压。当输入电压增加时,三极管的发射极电压也会增加,此时三极管的PN结被击穿,集电极电流开始增加,同时二极管的反向击穿电流也开始增加,通过二极管产生降压效果。当输入电压减小时,三极管的发射极电压也会减小,此时三极管恢复正常工作状态,输出电压保持不变。 精密稳压器电路可以应用于高精度电源,但是电路复杂度较高,制作难度较大。 


总之,三极管是一种重要的电子器件,被广泛应用于电子电路中。三极管可以作为放大器、开关、稳压器等元件使用。三极管电路分析需要对其基本结构和工作原理有深入的了解,才能更好地设计和调试电路。

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