03.03 三极管放大原理,深入通俗易懂一点。另外,关于三极管上拉电阻下拉电阻原理及选用是怎样的?

走着猫步的猫


三极管放大其实是利用三极管基极的小流控制集电极的大电流

三极管有基极(b)、集电极(c)、发射极(e)三个引脚,由两个PN结组成,按不同的排列分为NPN三极管和PNP三极管两种。

以NPN三极管为例进行信号放大分析:

三极管的BE极之间其实是一个PN结(相当于一个二极管),BE极之间的电压必须大于一定的电压(硅三极管通常是0.7V)才能产生基极电流Ib,所以要给三极管的基极(b)加入偏置电压来产生偏置电流Ib。输入的微弱信号通过与偏置电流Ib叠加进入三极管,引起偏置电流Ib发生变化。

Ic=β*Ib,其中β是三极管的放大倍数,Ut=U-Ic*Rc=U-β*Ib*Rc ,由此可见,输出的信号Ut得到了放大,并且输出信号受Ib控制,此时三极管工作在放大区。

因为Rc是固定的,IcIc时,Ic将不受Ib控制了,此时三极管工作在饱和导通区,三极管工作在饱和导通区用于开关导通控制,不能用作信号放大。

三极管上拉电阻和下拉电阻作用分析

与电源正极(VCC)连接的电阻我们称为上拉电阻,与电源负极(GND)连接的电阻我们称为上拉电阻

  • 在三极管放大电路中,基极偏置电流Ib需要由基极的偏置电压产生,想让基极得到一定的电压,必须加入上拉电阻。如下图的三极管放大电路,三极管的偏置电压由上拉电阻Rb1和下拉电阻Rb2分压得到。所以,在三极管放大电路中,上拉电阻是必不可少的。上拉电阻的大小,我们可以根据Vcct和Ib的需求计算得到。

  • 在三极管开关控制电路中或者电平转换电路中,我们往往会加入下拉电阻(R2)或者上拉电阻(R4)来钳制基极的电位,阻值一般是几十K。
  • NPN三极管驱动电路:当没有驱动信号DR时,三极管的基极受下拉电阻(R2)钳制,电平为零,可以有效的防止三极管意外导通或者微导通,可以提高电路的可靠性。
  • PNP三极管驱动电路:当没有驱动信号DR时,三极管的基极受上拉电阻(R4)钳制,电平为高,可以有效的防止三极管意外导通或者微导通,可以提高电路的可靠性。

有的朋友可能会问:为什么NPN三极管驱动电路不需要加入上拉电阻?

因为在驱动电路中,驱动引脚有一定的电压和电流驱动能力,比如接到5V工作的单片机GPIO时,DR为高电平时,DR会有5V的电压,所以,并不需要加入上拉电阻,同时还需要在三极管的基极加入一个限流电阻(R1)来限定基极电流Ib。

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提问者问了关于三极管电路的三个问题,下面我们来分别回答一下。

1、三极管是如何放大信号的

▲ 三极管放大器等效电路。

不少电子初学者搞不明白三极管为何能放大信号?这里我们忽略大家都知道的偏置电路,以通俗易懂的语言介绍一下三极管是如何放大信号的。不考虑三极管的偏置电路之后,三极管放大器可以等效为上图所示电路。也就是说,三极管在放大信号时,可以视为一个阻值受输入端小信号控制的可变电阻,在三极管的Vin端输入一个幅度较小的交流信号,三极管c-e两极之间的等效电阻便会随着输入信号的变化而变化,并且两者呈良好的线性关系。由于三极管的集电极电阻RL与三极管c-e两极之间的等效电阻Rce为串联关系,它们串联后对+6V直流电压进行分压,这样三极管的Rce发生变化时,三极管的集电极电压便会跟着发生变化,并且三极管集电极电压的变化是完全按照输入信号的变化而变化的,只是集电极电压的幅度比输入信号电压的幅度大,这就是三极管的放大原理。

2、三极管的上拉电阻

▲ 三极管的上拉电阻。

在三极管作为线性放大元件时,一般没有上拉电阻与下拉电阻这种叫法,但有些初学者(包括一个经常答题自称为电子爱好者的老电工)常将下图电路中的上偏置电阻Rb2称为上拉电阻,下偏置电阻Rb1称为下拉电阻。这种叫法是不合适的。▲ 三极管偏置电路中的上偏置电阻和下偏置电阻。

三极管的上拉电阻常见于LM339、LM567这些采用集电极开路输出的IC中,像上面LM339电压比较器的输出级就是一个NPN型三极管的集电极,这种输出级结构在使用时必须在其输出引脚与电源正极之间接一个电阻(即上拉电阻)才会输出高电平信号。这种集电极开路输出结构的好处是与后级电路接口很方便。譬如上面电路中,后级的CMOS六非门CD4069采用12V电源时,其输入端要求高电平的最小幅度为8.4V,此时只要将上拉电阻R的上端接+12V电源,即使前级的比较器LM339采用5V电源照样可以驱动后级电路工作。至于上拉电阻的取值视电源电压及工作频率而定,一般选用几千欧到数十千欧即可。

3、三极管的下拉电阻

▲ 锗三极管电路中的下拉电阻。

三极管的下拉电阻很少见,不过在锗三极管构成的开关电路中却较常用。因为锗三极管的导通电压约为0.1V,并且其穿透电流Iceo也较大,为了使之能够充分截止,经常接一个下拉电阻R2,该电阻的下端接一个负电压,使管子截止时发射结处于反偏状态。


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三极管放原理,深入通俗易懂一点。另外关于三极管上拉电阻下拉电阻原理及选用是怎样的?

答;三极管要工作信号放大状态时,基极必须在一个正向偏值状态,才能够进行信号放大,一般硅材料的三极管,在基极电位高于发射极电位0.65V。如下图所示。


上图中的R1为三极管基极的偏值电阻。三极管放大就是基极电流微弱变化,会引起集电极电流很大的变化。如果没有R1基极偏值电阻,那么接在交流信号的输入端的信号电压就要增加幅值;由于接在基极上的电容C1,具有隔直流通交流作用,当输入信号比较高时,三极管才能够进行放大,而这种电路显然达不到要求,会产生信号交越失真现象。

三极管基极与集电极不是成倍增长的,它与三极管的放大倍数有关系。也不是电压将其放大的,它是基极微小的电流变化会引起集电极电流较大的变化:即晶体三极管的基极对集电极有控制作用。

关于三极管上拉电阻下拉电阻,实际上是“电流反馈法”。如下图所示。

电路中的R1、R2串联后并联在直流电源上,它们串联只是给三极管的基极b分压,而得到临界导体电压,锗材料三极管0.25V,硅材料三极管0.65V偏值电压。就是提供工作点;串联后在发射极的Re是一只起反馈作用的电阻,用来稳定工作点的。

为了分析方便,暂时把基极电流Ib忽略不计,那么R1(上拉电阻)、R2(下拉电阻)上流过同一电流,其数值根据欧姆定律为:I2=I1=Ec/R1+R2,于是在R2上的压降为:UR2=I2×R2=Ec/R1+R2×R2;它相当于三极管基极电源电压,工作点就由R2上的分压所决定的。调节R1就可以改变R2上的分压电压,即调节了工作点。

Re和三极管e、b极是串联的,它们和R2又是并联的。因此它们的端电压和R2的压降是相等的。

常用的三极管放大电路的偏置电路分为固定偏置法。如下图所示。


电压反馈法,如下图所示。

对于采用上拉电阻下拉电阻的电流反馈法,下面举一个例子;某三极管交流放大器,用PNP9012管,它的放大倍数为50倍,已知负载电阻Rc=2KΩ,电源Ec=6V。设要求集电极工作电流Ic=1mA。试求三种偏置电路中的偏置电阻各应取多少?

《解》①固定偏流法时;

Rb=Ec/Ic×β=6v×50/1mA=300KΩ;

②电压反馈法;

Rb=Ec-IcRc/Ic×β=6-1×2/1=200KΩ;

③电流反馈法;如下图所示。

如果URe=2V,则Re=URe/Ic

=2/1=2KΩ,如取A=10,则R1=β/A(Ec/Ic-Re)=50/10(6/1-2)=20KΩ,

R2=β/A×Re=50/10×2=10KΩ

三极管发射极的电解电容器是交流放大是的旁路电容,这里就不进行技术了。

以上为个人几十年前在学校里学习的东西,估计现在还是可以借鉴的。这里仅供提问者和头条上有类似需要了解的阅读者们参考,希望对大家有一点帮助。

知足常乐2019.4.17日于上海


知足常乐0724


三极管在合适的工作条件下,基极小电流控制集电极大电流。两个电流的比值大于1,就实现了信号放大。在开关电路中,输出端如果用共发电路,集电极电阻就是上拉电阻,意思是在三极管截止时把输出电位拉到电源正。如果是推挽输出级,不需要上拉电阻。如果是集电极开路门,必须外接上拉电阻。对于数字集成芯片的输入端,如果设置固定高电平输入,要接上拉电阻。下拉电阻相似,略。


散居猎人


三极管的基极与发射极相当于一个二极管,它的开启电压约0.6伏(硅材料做的三极管,锗开启电压在约0.1伏,现在很少见)。

当基极输入一个>0.6伏的输入信号,则基极与发射极之间就有电流(这个电流大家叫基极电流),发射极与集电极之间就会有很大的电流(这个特性是晶体三极管本身具备的。放大的倍数用β表示。这个电流大家都叫集电极电流),这个很大的电流在集电极与电源之间接的电阻(大家都叫它负载电阻)产生电压(很大的电流X很大的电阻=输出电压),这个输出电压比输入电压大多了!这就是晶体三极管的方法原理。

你问的上拉下拉电阻,可能是三极管的偏置电阻。由于三极管基极有一个0.60伏的开启电压,输入电压小于0.6伏三极管就不工作为了消除这个拦路虎,就把基极的电压,设置一个合适的电压(大于0.6伏)。基极对电源正极接的电阻叫上偏置电阻(可能就是你说的上拉电阻。其实你说的上拉,下拉是不正确的,上拉下拉在开关电路中使用,它们的作用不同)。只设置一个上拉电阻,三极管工作不稳定,且对输入的信号有影响,所以就有了下偏置电阻。

这两个电阻(上,下偏置)取值,一般情况下是:流过它俩的电流大于基极电流(正常放大状态)的三倍!


假冒帅哥


三极管实际应用中还是饱和区作为开关管用的多,不过放大态也会有些应用。

我从电路设计的电流角度给你简单讲解下,根据三极管c或e端的串阻,计算当c和e短路时Ic的最大电流Icmax,然后再根据b端的串阻,计算当b端对e端的pn结导通时(b点电压按0.7v算)的电流,Ib=(vcc-0.7v)/rb串。根据三极管规格书找到响应的放大倍数β,只要β*Ib<icmax>


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