三極管的工作狀態(tài)與應用論文

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三極管的工作狀態(tài)與應用論文

　　三極管的工作狀態(tài)與應用論文【1】

三極管的工作狀態(tài)與應用論文

　　摘要：半導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)下的應用。

　　關鍵詞：三極管工作狀態(tài) 應用

　　半導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)：截止狀態(tài)、放大狀態(tài)和飽和狀態(tài)。

　　1.1 截止狀態(tài)

　　當加在三極管發(fā)射結的電壓小于PN結的導通電壓時，基極電流為零，三極管處于截止狀態(tài)。

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

　　1.2 放大狀態(tài)

　　當三極管的發(fā)射結正向偏置，且加在發(fā)射結的電壓大于PN結的導通電壓，集電結反向偏置時，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)

　　當三極管的發(fā)射結正向偏置，且加在發(fā)射結的電壓大于PN結的導通電壓，集電結也正向偏置時，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，相當于開關的導通狀態(tài)。

　　2 三極管不同狀態(tài)下的應用

　　2.1 三極管放大狀態(tài)下的應用

　　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，而得到廣泛的應用，在多級放大電路中，多用作中間級。

　　在共集電極接法中，負載接在發(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擔，作為輸出級可提高放大電路的帶負載能力，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，一般多用于高頻或寬頻帶放大電路及恒流源電路。

　　2.2 三極管截止和飽和狀態(tài)下的應用

　　三極管處于截止狀態(tài)時相當于開關的斷開狀態(tài)，處于飽和狀態(tài)時相當于開關的導通狀態(tài)，利用這種開關特性，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，因此為了提高開關速度，常使三極管工作在淺飽和區(qū)狀態(tài)。

　　三極管的開關特性常見的具體應用有：用于彩色電視機、通信設備的開關電源;用于驅動電路，驅動發(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;用于開關電路、高頻振蕩電路、模數(shù)轉換電路、脈沖電路、低頻功率放大電路、電流調整等;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]

　　開關三極管因其壽命長、安全可靠、沒有機械磨損、開關速度快、體積小等特點，得到越來越廣泛的應用。

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

　　參考文獻

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

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

　　[3] 于敏，李閩.三極管開關特性探討[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，并指出如何根據晶體三極管的不同工作狀態(tài)時的作用進行實際應用，從而增強學生對晶體三極管的工作狀態(tài)的了解，提高學生分析和解決問題的能力。

　　【關鍵詞】非線性器件;導通角;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)。

　　在實際應用時，可根據它的不同工作狀態(tài)應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用晶體三極管，而且有利于學習和掌握電路的基本知識，這樣在分析和設計電路時就會得心應手，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)射結和集電結施加不同的偏置電壓。

　　而根據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)射結正向偏置、集電結反向偏置，晶體三極管工作在放大區(qū);如果發(fā)射結正向偏置、集電結正向偏置，晶體三極管工作在飽和區(qū)，如果發(fā)射結反向偏置或零偏、集電結反向偏置，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)時都說明它是導通的，放大器在信號的一個周期內的導通情況可用導通角來衡量。

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

　　根據放大器導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用

　　3.1 甲類放大器

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

　　此時，在輸入信號的整個周期內，晶體三極管都是導通的，導通角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，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

　　當晶體三極管放大器的靜態(tài)工作點設置在截止區(qū)時，如果信號為正時三極管導通，信號為負時三極管截止。

　　即三極管在信號的半個周期導通，導通角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)射結存在導通壓降，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)射結偏置電壓為零。

　　當輸入信號小于晶體管的死區(qū)電壓時，管子仍處于截止狀態(tài)。

　　因此，在輸入信號的一個周期內，兩個晶體三極管輪流導通時形成的基極電流波形在過零點附近一個區(qū)域內出現(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)射結導通壓降的電壓，使兩個晶體三極管均處在微導通狀態(tài)，兩管輪流導通時，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

　　當導通角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。

　　丁類放大器的導通角也是900，但是丁類放大器工作在飽和或截止狀態(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。

　　三極管工作在截止狀態(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用時，可以不單單間工作在一種工作狀態(tài)。

　　有時會根據電路的要求，在設計時，當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，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)的很好的應用。

　　4.結束語

　　總之隨著放大器的進一步研究和應用，其分類也越來越多，應用也越來越廣泛。

　　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)與信號頻率的關系。

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

　　參考文獻：

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