三極管的作用

二極管是控制導(dǎo)線中電子的流動(dòng)方向，而三極管是控制導(dǎo)線中流動(dòng)電子的多少。

三極管的發(fā)明

要想控制一根導(dǎo)線中的電流，首先要把這根導(dǎo)線斷開，斷開的兩端我們分別叫做C端和E端（C和E實(shí)際上是輸出回路），如果在C和E之間加個(gè)器件，這個(gè)器件能使電流從C端流進(jìn)并能從E端流出來，同時(shí)這個(gè)電流又能被我們控制住，那么這個(gè)器件就成功了。

為了實(shí)現(xiàn)上述要求，接下來就在C-E之間放一個(gè)NPN（或PNP）結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，可是，現(xiàn)在的問題是，在這種情況下無論怎樣在C和E之間加電源，C-E這根導(dǎo)線始終都不會(huì)有電流。

我們又知道，電子流動(dòng)的方向與人們定義電流的方向相反（這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)人們以為電線里流過的是電流），所以在中間半導(dǎo)體引出一個(gè)電極（B極），在B-E之間（實(shí)際上是加在發(fā)射結(jié)上，見PN結(jié)特性）加一個(gè)正向電壓，這時(shí)發(fā)射區(qū)就會(huì)向基區(qū)發(fā)射電子從而形成E極流出的電流。

但是，要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)電流是從C端入、從E端出，則必須要把發(fā)射區(qū)發(fā)射的這些電子都收集到C極去，這樣需要在C和E之間加正向電壓，使集電結(jié)處于反向擊穿狀態(tài)，使電子能順利收集到C極，這個(gè)收集電子的能力要比發(fā)射電子的能力強(qiáng)，它就像一個(gè)大口袋，發(fā)射區(qū)發(fā)射多少就收多少。

這樣就能理解三極管輸出特性曲線了，當(dāng)B極電流一定時(shí)，隨著C-E電壓的增加，C極電流就不再增加了，因?yàn)锽極電流一定時(shí)，發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子數(shù)量就一定了，收集的能力再強(qiáng)也要不到多余的電子了。這樣，三極管可以實(shí)現(xiàn)電流從C端到E端（假設(shè)它們之間是被斷開的導(dǎo)線兩端）。

最理想的是流進(jìn)C端的電流就等于E端流出的電流，同時(shí)這個(gè)電流又被一個(gè)B-E電壓（或信號(hào)）控制。但是，三極管不是一個(gè)理想的器件，因?yàn)镃端電流不等于E端電流，有一部分電流流過B極，我們盡量使C端電流等于E端電流，所以，這就是為什么在工藝上要使基區(qū)濃度要低而且還要薄，同時(shí)集電結(jié)的面積還要大的根本原因。

Uce電壓的作用是收集電子的，它的大小不能決定Ic的大小，從三極管輸出特性曲線可以看到，當(dāng)Ib一定時(shí)（也就是Ube一定時(shí)），即使Uce增加，Ic就不變了，但是曲線有些上翹，其實(shí)這是半導(dǎo)體材料的問題。

實(shí)際上，Ie是受從輸入端看進(jìn)去的發(fā)射結(jié)電壓控制的（可以參見三極管高頻小信號(hào)模型），加Uce電壓的時(shí)候發(fā)射結(jié)已經(jīng)處于導(dǎo)通了，它的影響不在發(fā)射結(jié)而在集電結(jié)。

加Uce電壓是為了讓Ic基本等于Ie，所以說Ic受發(fā)射結(jié)電壓控制，人們?yōu)榱擞?jì)算方便把這種控制折算成受Ib控制，就是因?yàn)檎f成這樣，使得人們不太容易理解三極管工作的原理。

從輸出回路受輸入回路信號(hào)控制的角度來看，Ic不是由Ie控制的，但是，Ic其實(shí)是由Ie帶來的，所以，也可以說Ic受Ie影響的，這也得受三極管制造工藝影響，如果拿兩個(gè)背靠背二極管的話，怎么也不行。

盡管三極管不是一個(gè)理想器件，但是，它的發(fā)明已經(jīng)是具有劃時(shí)代意義了。由于它的B極還有少量電流，因?yàn)檫@個(gè)電流的存在意味著輸入回路有耗能，如果不耗能就能控制住輸出回路的電流，所以后來人們發(fā)明了場(chǎng)效應(yīng)管。其實(shí)，發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)管的思想也是與三極管一樣的，就是為了用一個(gè)電壓來控制導(dǎo)線中的電流，只是這回輸入回路幾乎不耗能了，同時(shí)，器件兩端的電流相等了。

三極管的應(yīng)用

三極管的兩個(gè)基本應(yīng)用分別是“可控開關(guān)”和“信號(hào)的線性放大”。

可控開關(guān)

C和E之間相當(dāng)于一個(gè)可控開關(guān)（當(dāng)然，這個(gè)開關(guān)有一定的參數(shù)要求），當(dāng)B-E之間沒有加電壓時(shí)，C-E之間截止（C-E之間斷開）；而當(dāng)B-E之間電壓加的很大，發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子數(shù)量就多，C極和E極的電流就很大。

如果輸出回路中有負(fù)載時(shí)（注意，輸出回路沒有負(fù)載C-E之間就不會(huì)飽和），由于輸出回路的電源電壓絕大部分都加到負(fù)載上了，C-E之間的電壓就會(huì)很小，C-E之間就處于飽和狀態(tài)，C-E之間相當(dāng)于短路。在飽和情況下，盡管C極電流比基極電流大，但是，C極電流與輸入回路的電流（基極電流）不成β的比例關(guān)系。

從另一方面看飽和：從輸出特性曲線可以看到，Ib一定時(shí)Uce電壓不用很大，那個(gè)輸出特性曲線就彎曲變平了，這說明收集電子的電壓Uce不用很大就行，其實(shí)不到1V就行，但是，實(shí)際上我們?cè)谳敵龌芈范际羌右粋€(gè)電壓很大的電源，你再加大Uce也沒有用，我們看到，Ib一定時(shí)Uce增加后對(duì)Ic的大小沒有影響（理想情況），所以要想把發(fā)射的電子收集過去，Uce根本不用很大電壓。

但是，通常情況下，我們會(huì)在輸出回路加入一個(gè)負(fù)載，當(dāng)負(fù)載兩端電壓小于電源電壓時(shí)，電源電壓的其它部分就加在C-E兩端，此時(shí)三極管處于線性放大狀態(tài)。但是，負(fù)載兩端電壓的理論值大于電源電壓時(shí)，則三極管就處于飽和狀態(tài)，這種情況Ic不用很大也行。

所以不要以為Uce一定很大三極管集電極才能收集到電子，可以看到收集電子的電壓很小就行。對(duì)于飽和的問題來說，除了上一段文字中說到的電流很大引起飽和外，我們還可以從電壓的角度來看，假設(shè)三極管b=50，電源電壓為12V，基極電流為40微安，則集電極電流就是2毫安，如果集電極接一個(gè)3千歐姆電阻，則Uce=6V，而這個(gè)電阻換成30千歐姆時(shí)，Uce趨于零了，這種情況下三極管也是飽和了。

所以從電壓角度來看，集電極電流不一定很大，在選擇合適負(fù)載電阻的情況下，三極管也可以處于飽和狀態(tài)，所以，飽和與負(fù)載有關(guān)，如果電源電壓很大，那飽和時(shí)Uce就這么一點(diǎn)點(diǎn)電壓而言那當(dāng)然是微不足道的，所以，很多地方就將它約等于零了，但是并不能說它沒有電子收集能力。

信號(hào)的線性放大

這種情況下，C極電流與B極電流成線性比例關(guān)系Ic=βIb（B-E之間電壓要大于死區(qū)電壓，同時(shí)Uce不趨于零），而且，C極電流比B極電流大很多，前面已經(jīng)知道，C極電流的大小受B-E電壓控制（人們?yōu)榱朔治鰡栴}方便，將這種控制關(guān)系說成是C極電流受B極電流控制）。實(shí)際上，馬路上到處跑的汽車就是一個(gè)放大器，它是把駕駛員操作信號(hào)給放大了，它也是線性放大，是能量的放大，而多余的能量來自于燃燒的汽油。

以三極管放大電路為例的直流工作點(diǎn)問題，以NPN管子為例，共射、共基、共集電極三個(gè)電路的直流都是一個(gè)方向。無論三極管電路的哪種接法，它們的直流電流方向都是一樣的，輸入（發(fā)射結(jié)）加入微弱交流小信號(hào)后，只能使這些輸出回路電流發(fā)生擾動(dòng)，總體上不能改變這些電流的方向。

但是，這個(gè)輸出回路電流中有被輸入交流信號(hào)影響的擾動(dòng)信號(hào)，我們要的就是這個(gè)擾動(dòng)的信號(hào)（輸出交流信號(hào)），這個(gè)擾動(dòng)的信號(hào)比輸入信號(hào)大，這就是放大，也可以說，放大其實(shí)是輸出回路電流受輸入信號(hào)的控制。

如果直流工作點(diǎn)設(shè)置合理時(shí)，那個(gè)擾動(dòng)信號(hào)就與輸入交流小信號(hào)成比例關(guān)系，而且又比輸入信號(hào)大，我們要的就是這個(gè)效果。
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