三極管的工作狀態(tài)與應(yīng)用論文

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　　三極管的工作狀態(tài)與應(yīng)用論文【1】

三極管的工作狀態(tài)與應(yīng)用論文

　　摘要：半導(dǎo)體三極管是電子電路的重要元件，它在不同的外部條件下表現(xiàn)出不同的工作狀態(tài)，從而具有多種不同的功能，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

　　本文主要闡述了三極管的工作狀態(tài)及其在不同狀態(tài)下的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：三極管工作狀態(tài) 應(yīng)用

　　半導(dǎo)體三極管是電子電路的重要元件，它在不同的外部條件下表現(xiàn)出不同的工作狀態(tài)，從而具有多種不同的功能，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

　　1 三極管的工作狀態(tài)

　　三極管在電路中一般表現(xiàn)出三種工作狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)、放大狀態(tài)和飽和狀態(tài)。

　　1.1 截止?fàn)顟B(tài)

　　當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓時，基極電流為零，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。

　　實際上為了使三極管可靠地截止，常使UBE≤0，此時發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于反向偏置狀態(tài)，[1]集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)。

　　1.2 放大狀態(tài)

　　當(dāng)三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，且加在發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，集電結(jié)反向偏置時，三極管處于放大狀態(tài)。

　　這時基極電流的微小變化，會引起集電極電流的較大變化，三極管具有電流放大作用。

　　1.3 飽和狀態(tài)

　　當(dāng)三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，且加在發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，集電結(jié)也正向偏置時，三極管處于飽和狀態(tài)。

　　這時基極電流較大，集電極電流也較大，但集電極電流不再隨著基極電流的變化而變化，三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。

　　2 三極管不同狀態(tài)下的應(yīng)用

　　2.1 三極管放大狀態(tài)下的應(yīng)用

　　三極管處于放大狀態(tài)時具有電流放大作用，利用這一特點，三極管常用在模擬放大電路中。

　　三極管對小信號實現(xiàn)放大作用時，基本放大電路有三種不同的連接方式：共發(fā)射極接法、共基極接法和共集電極接法。

　　在共發(fā)射極接法中，常用的放大電路有固定式偏置電路、分壓式偏置電路和帶有射極電阻的固定式偏置電路。

　　固定式偏置電路靜態(tài)工作點不太穩(wěn)定，受溫度的影響，輸出信號容易產(chǎn)生失真，故在實際中常采用分壓式偏置電路以穩(wěn)定靜態(tài)工作點。

　　電路如圖1所示。

　　共發(fā)射極接法放大電路因其電壓放大倍數(shù)比較高，而得到廣泛的應(yīng)用，在多級放大電路中，多用作中間級。

　　在共集電極接法中，負(fù)載接在發(fā)射極，輸出電壓從發(fā)射極輸出，因此，叫射極輸出器。

　　因輸出電壓與輸入電壓同相，輸出信號跟隨輸入信號的變化而變化，因此，射極輸出器又稱為射極跟隨器或電壓跟隨器。

　　射極跟隨器的電壓放大倍數(shù)略小于1，沒有電壓放大作用，但有一定的電流放大作用和功率放大作用。

　　在多級放大電路中，射極輸出器作為輸入級可減輕信號源的負(fù)擔(dān)，作為輸出級可提高放大電路的帶負(fù)載能力，作為中間級起阻抗變換作用，使前后級共發(fā)射極放大電路阻抗匹配，實現(xiàn)信號的最大功率傳輸。[2]

　　在共基極接法中，交流信號從發(fā)射極輸入，從集電極輸出。

　　該電路沒有電流放大作用，但具有電壓放大作用，而且其頻率特性比較好，一般多用于高頻或?qū)掝l帶放大電路及恒流源電路。

　　2.2 三極管截止和飽和狀態(tài)下的應(yīng)用

　　三極管處于截止?fàn)顟B(tài)時相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，處于飽和狀態(tài)時相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，利用這種開關(guān)特性，三極管常用在數(shù)字電路中。

　　在穩(wěn)定狀態(tài)下，三極管只能工作在飽和區(qū)或截止區(qū)，它的輸出端要么處于高電位，要么處于低電位，即要么有信號輸出，要么無信號輸出。

　　實際應(yīng)用時，由于三極管需要頻繁地在斷開和閉合狀態(tài)之間進行切換，因此為了提高開關(guān)速度，常使三極管工作在淺飽和區(qū)狀態(tài)。

　　三極管的開關(guān)特性常見的具體應(yīng)用有：用于彩色電視機、通信設(shè)備的開關(guān)電源;用于驅(qū)動電路，驅(qū)動發(fā)光二極管、蜂鳴器、繼電器等器件;用于彩色電視機行輸出管;用于開關(guān)電路、高頻振蕩電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、脈沖電路、低頻功率放大電路、電流調(diào)整等;在冶金、機械、紡織等工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，光電開關(guān)可作指示信號，指示加工工件是否存在或存在的位置。[3]

　　開關(guān)三極管因其壽命長、安全可靠、沒有機械磨損、開關(guān)速度快、體積小等特點，得到越來越廣泛的應(yīng)用。

　　掌握了三極管的各種工作狀態(tài)，了解了三極管的基本應(yīng)用，在分析和設(shè)計更復(fù)雜電路時，就能靈活運用。

　　參考文獻

　　[1] 袁明文，謝廣坤.電子技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2013：11.

　　[2] 李仁華，馮�.電子技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2010：44.

　　[3] 于敏，李閩.三極管開關(guān)特性探討[J].硅谷，2012(1)：24.

　　晶體三極管在不同工作狀態(tài)下的應(yīng)用【2】

　　【摘要】本文提出了晶體三極管的在不同工作狀態(tài)下的分類和特性，并指出如何根據(jù)晶體三極管的不同工作狀態(tài)時的作用進行實際應(yīng)用，從而增強學(xué)生對晶體三極管的工作狀態(tài)的了解，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。

　　【關(guān)鍵詞】非線性器件;導(dǎo)通角;正向偏置;反向偏置

　　1.引言

　　晶體三極管是電子電路中非常重要的元器件，每一種電子電路幾乎都離不開它。

　　它是一種非線性器件，在不同的外部條件下會呈現(xiàn)出不同的工作狀態(tài)。

　　在實際應(yīng)用時，可根據(jù)它的不同工作狀態(tài)應(yīng)用到不同的電子電路中，從而有效地發(fā)揮它的作用。

　　為了更好地在電路中發(fā)揮晶體三極管的作用就要掌握不同工作狀態(tài)下它的分類和特性，這樣不但有利于很好地應(yīng)用晶體三極管，而且有利于學(xué)習(xí)和掌握電路的基本知識，這樣在分析和設(shè)計電路時就會得心應(yīng)手，避免出現(xiàn)錯誤。

　　2.晶體三極管在不同工作狀態(tài)下的分類

　　晶體三極管是有源器件，它在電路中工作時，要在它發(fā)射結(jié)和集電結(jié)施加不同的偏置電壓。

　　而根據(jù)它的基極和集電極偏置電壓的不同，晶體三極管呈現(xiàn)不同的工作狀態(tài)。

　　此時可把晶體三極管的工作狀態(tài)劃分成不同的區(qū)域。

　　即如果發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置，晶體三極管工作在放大區(qū);如果發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)正向偏置，晶體三極管工作在飽和區(qū)，如果發(fā)射結(jié)反向偏置或零偏、集電結(jié)反向偏置，晶體三極管工作在截止區(qū)。

　　晶體三極管工作在飽和區(qū)和放大區(qū)時都說明它是導(dǎo)通的，放大器在信號的一個周期內(nèi)的導(dǎo)通情況可用導(dǎo)通角來衡量。

　　放大器的導(dǎo)通角用θ來表示，定義為晶體三極管一個信號周期內(nèi)導(dǎo)通時間乘以角頻率ω的一半。

　　根據(jù)放大器導(dǎo)通角的不同可晶體三極管放大器分為甲類、乙類、丙類、丁類等放大器。

　　3.各類放大器的特性和應(yīng)用

　　3.1 甲類放大器

　　當(dāng)晶體三極管放大器的靜態(tài)工作點設(shè)置在放大區(qū)時，即發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置時，放大器工作在放大狀態(tài)。

　　此時，在輸入信號的整個周期內(nèi)，晶體三極管都是導(dǎo)通的，導(dǎo)通角θ為1800，此時晶體三極管放大器稱為甲類放大器。

　　其工作波形如圖a所示。

　　它的工作特性是：靜態(tài)工作點電流比較大，非線性失真小、管耗大、效率低、輸出功率小。

　　甲類放大器有電壓放大的作用，可應(yīng)用到電壓放大和小功率放大電路中。

　　另外由于它的失真小，所以在寬帶功率放大器中，晶體三極管也工作在甲類狀態(tài)，但由于它的效率低、輸出功率小，不能滿足功率放大器對輸出功率的要求，所以常采用功率合成技術(shù)，實現(xiàn)多個功率放大器的聯(lián)合工作，獲得大功率的輸出。

　　3.2 乙類放大器

　　當(dāng)晶體三極管放大器的靜態(tài)工作點設(shè)置在截止區(qū)時，如果信號為正時三極管導(dǎo)通，信號為負(fù)時三極管截止。

　　即三極管在信號的半個周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角θ為900，此時放大器為乙類放大器，它放大的信號缺少半個周期，是失真的。

　　但是在乙類互補推挽放大電路中，用兩個互補的三極管輪流推挽導(dǎo)通就可以彌補這種失真的不足，從而輸出完整的信號波形，電路如圖b所示。

　　乙類放大器由于管耗小，效率大大提高。

　　3.3 甲乙類放大器

　　在實際功率放大電路中，由于晶體三級管發(fā)射結(jié)存在導(dǎo)通壓降，所以在乙類互補功率放大器中，由于V1、V2管沒有基極偏流，靜態(tài)時兩個管的發(fā)射結(jié)偏置電壓為零。

　　當(dāng)輸入信號小于晶體管的死區(qū)電壓時，管子仍處于截止?fàn)顟B(tài)。

　　因此，在輸入信號的一個周期內(nèi)，兩個晶體三極管輪流導(dǎo)通時形成的基極電流波形在過零點附近一個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)失真。

　　即在兩管輸出波形的交接處存在失真，這種失真稱為“交越”失真。

　　這時需要在兩個晶體三極管的基極加上等于發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降的電壓，使兩個晶體三極管均處在微導(dǎo)通狀態(tài)，兩管輪流導(dǎo)通時，交替得比較平滑，這樣就消除了交越失真。

　　電路如圖c所示。

　　3.4 丙類放大器

　　當(dāng)導(dǎo)通角θ小于900時，晶體三極管放大器稱為丙類放大器。

　　丙類放大器又因工作狀態(tài)的不同可分為欠壓、臨界和飽和三種工作狀態(tài)。

　　當(dāng)放大器工作在放大區(qū)和截止區(qū)時為欠壓狀態(tài)，如果晶體三極管工作剛好不進入飽和區(qū)時，則稱為臨界工作狀態(tài)。

　　晶體三極管工作進入飽和區(qū)時為過壓狀態(tài)。

　　三種狀態(tài)時集電極輸出的波形分別為尖頂余弦脈沖、略微平緩的余弦脈沖和頂端凹陷的余弦脈沖。

　　由于這幾種余弦脈沖都可以分解出基波分量和各次諧波分量，又由于諧振回路具有濾波作用，晶體三極管放大器的輸出電壓仍為沒有失真的余弦波形。

　　所以丙類放大器可和諧振回路共同構(gòu)成丙類諧振功率放大器或丙類倍頻器。

　　丙類放大器工作在欠壓狀態(tài)時，放大器輸出功率小，管耗大，效率低。

　　工作在過壓狀態(tài)時，放大器輸出功率較大，管耗小，效率高。

　　工作在臨界狀態(tài)時，放大器輸出功率大，管耗小，效率高。

　　3.5 丁類放大器

　　丙類放大器可以通過減小電流導(dǎo)通角θ來提高放大器的效率，但是為了讓輸出功率符合要求又不使輸入激勵電壓太大，導(dǎo)通θ就不能太小，因而放大器效率的提高就受到了限制。

　　丁類放大器的導(dǎo)通角也是900，但是丁類放大器工作在飽和或截止?fàn)顟B(tài)。

　　由于三極管工作在飽和狀態(tài)時集電極電流ic最大，但集電極和發(fā)射極之間的電壓uce最小。

　　三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)時集電極電流ic最小，但集電極和發(fā)射極之間的電壓uce最大。

　　所以丁類放大器在工作時，ic和uce的乘積最小，理想情況下它們的乘積可接近于零。

　　在積分區(qū)間不變時，即導(dǎo)通角θ不變時，ic和uce的乘積越小，晶體管集電極的耗散功率起小，晶體管放大器集電極的效率就越高，輸出功率就越大。

　　因此，在這兩種狀態(tài)時集電極損耗很小，三極管的效率高，即丁類放大器的效率比丙類放大器要高。

　　3.6 振蕩電路中的放大器

　　晶體三極管放大器在具體電路中應(yīng)用時，可以不單單間工作在一種工作狀態(tài)。

　　有時會根據(jù)電路的要求，在設(shè)計時，當(dāng)電路中的輸入信號發(fā)生變化時，放大器的工作狀態(tài)也發(fā)生變化，從而滿足電路的實際要示。

　　比如在振蕩電路中，起振時，電路工作于小信號狀態(tài)，即三極管工作在甲類狀態(tài)，因此可將振蕩電路作為線性電路來處理，用小信號等效電路求出振蕩環(huán)路的傳輸系數(shù)。

　　隨著振蕩幅度的增大，輸入信號的幅度也越來越大，放大器的工作由線性狀態(tài)進入非線性狀態(tài)，再加上電路中偏置電路的自給偏壓效應(yīng)，使得晶體管的基極偏置電壓隨著輸入信號的增大而減小，這樣使三極管的工作狀態(tài)進入乙類或丙類非線性工作狀態(tài)，相應(yīng)的放大倍數(shù)隨之減小，直到振蕩進入平衡狀態(tài)。

　　在振蕩電路的起振到平衡的過程中，電路由小信號工作到大信號工作，放大器的工作狀態(tài)也由甲類、乙類過渡到丙類，從而滿足了振蕩電路對放大器的要求。

　　這正是放大器各種工作狀態(tài)的很好的應(yīng)用。

　　4.結(jié)束語

　　總之隨著放大器的進一步研究和應(yīng)用，其分類也越來越多，應(yīng)用也越來越廣泛。

　　現(xiàn)在又出現(xiàn)了效率比丁類放大器還高的戊類放大器。

　　在實際電路中，要根據(jù)電路對放大器的要求來選用放大器的不同狀態(tài)。

　　比如電壓放大時要求電壓放大倍數(shù)要高，就要選用電壓放大器。

　　功率放大時就要選擇功率放大倍數(shù)高的功率放大器。

　　在輸入信號頻率不同時，還要考慮電路中的參數(shù)與信號頻率的關(guān)系。

　　只有掌握了放大器的各類狀態(tài)，才能很好地把知識應(yīng)用到實際電路中。

　　參考文獻：

　　[1]胡宴如.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2004：95-97.