03.07 三極管放大原理,深入通俗易懂一點。另外,關於三極管上拉電阻下拉電阻原理及選用是怎樣的?

走著貓步的貓


提問者問了關於三極管電路的三個問題,下面我們來分別回答一下。

1、三極管是如何放大信號的

▲ 三極管放大器等效電路。

不少電子初學者搞不明白三極管為何能放大信號?這裡我們忽略大家都知道的偏置電路,以通俗易懂的語言介紹一下三極管是如何放大信號的。不考慮三極管的偏置電路之後,三極管放大器可以等效為上圖所示電路。也就是說,三極管在放大信號時,可以視為一個阻值受輸入端小信號控制的可變電阻,在三極管的Vin端輸入一個幅度較小的交流信號,三極管c-e兩極之間的等效電阻便會隨著輸入信號的變化而變化,並且兩者呈良好的線性關係。由於三極管的集電極電阻RL與三極管c-e兩極之間的等效電阻Rce為串聯關係,它們串聯後對+6V直流電壓進行分壓,這樣三極管的Rce發生變化時,三極管的集電極電壓便會跟著發生變化,並且三極管集電極電壓的變化是完全按照輸入信號的變化而變化的,只是集電極電壓的幅度比輸入信號電壓的幅度大,這就是三極管的放大原理。

2、三極管的上拉電阻

▲ 三極管的上拉電阻。

在三極管作為線性放大元件時,一般沒有上拉電阻與下拉電阻這種叫法,但有些初學者(包括一個經常答題自稱為電子愛好者的老電工)常將下圖電路中的上偏置電阻Rb2稱為上拉電阻,下偏置電阻Rb1稱為下拉電阻。這種叫法是不合適的。▲ 三極管偏置電路中的上偏置電阻和下偏置電阻。

三極管的上拉電阻常見於LM339、LM567這些採用集電極開路輸出的IC中,像上面LM339電壓比較器的輸出級就是一個NPN型三極管的集電極,這種輸出級結構在使用時必須在其輸出引腳與電源正極之間接一個電阻(即上拉電阻)才會輸出高電平信號。這種集電極開路輸出結構的好處是與後級電路接口很方便。譬如上面電路中,後級的CMOS六非門CD4069採用12V電源時,其輸入端要求高電平的最小幅度為8.4V,此時只要將上拉電阻R的上端接+12V電源,即使前級的比較器LM339採用5V電源照樣可以驅動後級電路工作。至於上拉電阻的取值視電源電壓及工作頻率而定,一般選用幾千歐到數十千歐即可。

3、三極管的下拉電阻

▲ 鍺三極管電路中的下拉電阻。

三極管的下拉電阻很少見,不過在鍺三極管構成的開關電路中卻較常用。因為鍺三極管的導通電壓約為0.1V,並且其穿透電流Iceo也較大,為了使之能夠充分截止,經常接一個下拉電阻R2,該電阻的下端接一個負電壓,使管子截止時發射結處於反偏狀態。


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三極管放原理,深入通俗易懂一點。另外關於三極管上拉電阻下拉電阻原理及選用是怎樣的?

答;三極管要工作信號放大狀態時,基極必須在一個正向偏值狀態,才能夠進行信號放大,一般硅材料的三極管,在基極電位高於發射極電位0.65V。如下圖所示。


上圖中的R1為三極管基極的偏值電阻。三極管放大就是基極電流微弱變化,會引起集電極電流很大的變化。如果沒有R1基極偏值電阻,那麼接在交流信號的輸入端的信號電壓就要增加幅值;由於接在基極上的電容C1,具有隔直流通交流作用,當輸入信號比較高時,三極管才能夠進行放大,而這種電路顯然達不到要求,會產生信號交越失真現象。

三極管基極與集電極不是成倍增長的,它與三極管的放大倍數有關係。也不是電壓將其放大的,它是基極微小的電流變化會引起集電極電流較大的變化:即晶體三極管的基極對集電極有控制作用。

關於三極管上拉電阻下拉電阻,實際上是“電流反饋法”。如下圖所示。

電路中的R1、R2串聯後並聯在直流電源上,它們串聯只是給三極管的基極b分壓,而得到臨界導體電壓,鍺材料三極管0.25V,硅材料三極管0.65V偏值電壓。就是提供工作點;串聯後在發射極的Re是一隻起反饋作用的電阻,用來穩定工作點的。

為了分析方便,暫時把基極電流Ib忽略不計,那麼R1(上拉電阻)、R2(下拉電阻)上流過同一電流,其數值根據歐姆定律為:I2=I1=Ec/R1+R2,於是在R2上的壓降為:UR2=I2×R2=Ec/R1+R2×R2;它相當於三極管基極電源電壓,工作點就由R2上的分壓所決定的。調節R1就可以改變R2上的分壓電壓,即調節了工作點。

Re和三極管e、b極是串聯的,它們和R2又是並聯的。因此它們的端電壓和R2的壓降是相等的。

常用的三極管放大電路的偏置電路分為固定偏置法。如下圖所示。


電壓反饋法,如下圖所示。

對於採用上拉電阻下拉電阻的電流反饋法,下面舉一個例子;某三極管交流放大器,用PNP9012管,它的放大倍數為50倍,已知負載電阻Rc=2KΩ,電源Ec=6V。設要求集電極工作電流Ic=1mA。試求三種偏置電路中的偏置電阻各應取多少?

《解》①固定偏流法時;

Rb=Ec/Ic×β=6v×50/1mA=300KΩ;

②電壓反饋法;

Rb=Ec-IcRc/Ic×β=6-1×2/1=200KΩ;

③電流反饋法;如下圖所示。

如果URe=2V,則Re=URe/Ic

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

R2=β/A×Re=50/10×2=10KΩ

三極管發射極的電解電容器是交流放大是的旁路電容,這裡就不進行技術了。

以上為個人幾十年前在學校裡學習的東西,估計現在還是可以借鑑的。這裡僅供提問者和頭條上有類似需要了解的閱讀者們參考,希望對大家有一點幫助。

知足常樂2019.4.17日於上海


知足常樂0724


三極管的基極與發射極相當於一個二極管,它的開啟電壓約0.6伏(硅材料做的三極管,鍺開啟電壓在約0.1伏,現在很少見)。

當基極輸入一個>0.6伏的輸入信號,則基極與發射極之間就有電流(這個電流大家叫基極電流),發射極與集電極之間就會有很大的電流(這個特性是晶體三極管本身具備的。放大的倍數用β表示。這個電流大家都叫集電極電流),這個很大的電流在集電極與電源之間接的電阻(大家都叫它負載電阻)產生電壓(很大的電流X很大的電阻=輸出電壓),這個輸出電壓比輸入電壓大多了!這就是晶體三極管的方法原理。

你問的上拉下拉電阻,可能是三極管的偏置電阻。由於三極管基極有一個0.60伏的開啟電壓,輸入電壓小於0.6伏三極管就不工作為了消除這個攔路虎,就把基極的電壓,設置一個合適的電壓(大於0.6伏)。基極對電源正極接的電阻叫上偏置電阻(可能就是你說的上拉電阻。其實你說的上拉,下拉是不正確的,上拉下拉在開關電路中使用,它們的作用不同)。只設置一個上拉電阻,三極管工作不穩定,且對輸入的信號有影響,所以就有了下偏置電阻。

這兩個電阻(上,下偏置)取值,一般情況下是:流過它倆的電流大於基極電流(正常放大狀態)的三倍!


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三極管在合適的工作條件下,基極小電流控制集電極大電流。兩個電流的比值大於1,就實現了信號放大。在開關電路中,輸出端如果用共發電路,集電極電阻就是上拉電阻,意思是在三極管截止時把輸出電位拉到電源正。如果是推輓輸出級,不需要上拉電阻。如果是集電極開路門,必須外接上拉電阻。對於數字集成芯片的輸入端,如果設置固定高電平輸入,要接上拉電阻。下拉電阻相似,略。


散居獵人


三極管放大其實是利用三極管基極的小流控制集電極的大電流

三極管有基極(b)、集電極(c)、發射極(e)三個引腳,由兩個PN結組成,按不同的排列分為NPN三極管和PNP三極管兩種。

以NPN三極管為例進行信號放大分析:

三極管的BE極之間其實是一個PN結(相當於一個二極管),BE極之間的電壓必須大於一定的電壓(硅三極管通常是0.7V)才能產生基極電流Ib,所以要給三極管的基極(b)加入偏置電壓來產生偏置電流Ib。輸入的微弱信號通過與偏置電流Ib疊加進入三極管,引起偏置電流Ib發生變化。

Ic=β*Ib,其中β是三極管的放大倍數,Ut=U-Ic*Rc=U-β*Ib*Rc ,由此可見,輸出的信號Ut得到了放大,並且輸出信號受Ib控制,此時三極管工作在放大區。

因為Rc是固定的,IcIc時,Ic將不受Ib控制了,此時三極管工作在飽和導通區,三極管工作在飽和導通區用於開關導通控制,不能用作信號放大。

三極管上拉電阻和下拉電阻作用分析

與電源正極(VCC)連接的電阻我們稱為上拉電阻,與電源負極(GND)連接的電阻我們稱為上拉電阻

  • 在三極管放大電路中,基極偏置電流Ib需要由基極的偏置電壓產生,想讓基極得到一定的電壓,必須加入上拉電阻。如下圖的三極管放大電路,三極管的偏置電壓由上拉電阻Rb1和下拉電阻Rb2分壓得到。所以,在三極管放大電路中,上拉電阻是必不可少的。上拉電阻的大小,我們可以根據Vcct和Ib的需求計算得到。

  • 在三極管開關控制電路中或者電平轉換電路中,我們往往會加入下拉電阻(R2)或者上拉電阻(R4)來鉗制基極的電位,阻值一般是幾十K。
  • NPN三極管驅動電路:當沒有驅動信號DR時,三極管的基極受下拉電阻(R2)鉗制,電平為零,可以有效的防止三極管意外導通或者微導通,可以提高電路的可靠性。
  • PNP三極管驅動電路:當沒有驅動信號DR時,三極管的基極受上拉電阻(R4)鉗制,電平為高,可以有效的防止三極管意外導通或者微導通,可以提高電路的可靠性。

有的朋友可能會問:為什麼NPN三極管驅動電路不需要加入上拉電阻?

因為在驅動電路中,驅動引腳有一定的電壓和電流驅動能力,比如接到5V工作的單片機GPIO時,DR為高電平時,DR會有5V的電壓,所以,並不需要加入上拉電阻,同時還需要在三極管的基極加入一個限流電阻(R1)來限定基極電流Ib。

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三極管實際應用中還是飽和區作為開關管用的多,不過放大態也會有些應用。

我從電路設計的電流角度給你簡單講解下,根據三極管c或e端的串阻,計算當c和e短路時Ic的最大電流Icmax,然後再根據b端的串阻,計算當b端對e端的pn結導通時(b點電壓按0.7v算)的電流,Ib=(vcc-0.7v)/rb串。根據三極管規格書找到響應的放大倍數β,只要β*Ib<icmax>


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