三极管的放大效应怎么理解?

宋衍vlog


首先我们应该知道三极管有三个状态。

分别为截止状态、饱和状态和放大状态。

三极管在饱和状态和截止状态时都具有放大效应。

接下来我们以NPN型三极管为例,分别讲解一下这三个状态。

这三个状态你都明白了,三极管的放大效应你自然会明白是怎么回事了。

电路符号

如下图所示为NPN型三极管的电路符号。

它有的三个引脚B、C和E,分别对应三极管的基极、集电极和发射极。

B极是控制引脚。

C极是给三极管供电的引脚。

E极是电流流出引脚。

截止状态

简单来说,我们可以把B极断开看做是截止状态,如下图所示的这种状态,此时三极管不导通,C极电位和电源电压一样是12V。

截止状态很好理解,我在这里不再多做阐述。

饱和状态

由于每一个三极管的放大倍数都不一样,每一种型号的三极管都有差别,所以现在我们不指定某一型号的三极管,只是阐述它们都遵守的这个原理,这样,你原理搞明白了,再去看的话,都就懂了。

这时候我们给B极接上5V电源,然后中间串联一个阻值很大的电阻,你可以把这个电阻想象成无穷大。

然后我们然电阻R1的阻值慢慢变小,这时候流过的电流就会慢慢的变大,直到这个三极管被唤醒。

被唤醒之后,三极管的CE极就会有电流通过,但是比流过BE极的要大的多,比如说BE流过的电流是1ma,这时候CE极流过的就是100ma,这也是三极管放大效应一种。

然后我们继续让BE间的电流增大,那么CE极会跟着放大吗?

答案是会的,但不是一直放大,因为把12V都给了上面那个电阻是这个电路可以得到的最大的值。

直到BE极间的电流增大到某一个值之后,CE极间电流不再变化,我们就称三极管此时达到了饱和状态。

就像盐水一样,最开始我们把盐放到水里面,盐会溶于水,但是随着我们盐投入的越来越多,直到某一时刻,盐不再溶于水了,水里面出现结晶了,我们就说盐水饱和了,三极管的饱和和这个道理是一样的。

放大状态

我们这时候固定R1不变,也就是流过B极的电流不变。

我们把12V慢慢变大,最开始由于电源的增大,流过CE的电流慢慢变大。

如果一直增大的,后面会有一个值,无论我们怎么增大电源,这一路的电流都不会变化了,为什么呢?

因为三极管让电源增大的电压,施加给了它自己,此时CE之间电压会增大,它之所以增大,是为了保持整个电路的电流保持不变,,比如说电源从12V-20V之间变化时,流过这一路的电流会保持恒定,这就是三极管的放大状态。

再往后就不能再增大电源了,因为三极管是有耐压的,比如说增大到40V,这时候三极管可能会被击穿,造成永久性的损坏!


爱上半导体


电子三极管早就被淘汰了,现在是晶体三极管的天下,它是芯片的核心元件,而要说透晶体三极管的放大效应,非得从微电子学角度入手不可。

下面以N沟道型MOS三极管(简称NMOS三极管)为例说明。

NMOS三极管的基本结构是,在P型硅半导体基材表面设计有岛状N+型区域,输入电子的N+型区域叫“源”,排出电子的N+型区域叫“漏”,在源和漏两区域之间的P型硅半导体基材表面设有二氧化硅绝缘膜,这一绝缘膜叫“栅绝缘膜”。在栅绝缘膜上设有栅电极,简称“栅极”,同时分别在“源”和“漏”上也分别引出电极,即“源极”和“漏极”。

同时在P型硅半导体基材上也引出电极,简称基板电极。

为方便理解NMOS三极管的放大效应,我以大家熟知的水龙头作类比。一般水龙头有三个结构,进水管(相当于源极),水龙开关(相当于栅极),出水管(相当于漏极)。水龙头关闭后,我们拧水龙开关,开始几圈,出水管不会有水流出,但拧的圈数多了,出水管会有水流出,当拧到一定圈数时,出水管的水流会大幅增加。

NMOS三极管的放大效应与水龙头排水类似。

当源极有电子涌入时,栅极的电压会升高(相当于开始拧水龙开关),但漏极并不会有电流(相当于出水管没有水流出),随着栅极的电压升高到某一值(即阈值电压,threshold voltage),源区与漏区之间的半导体基材表面会立即形成电子沟道,电子随之从从源极向漏极运动,这个过程相当于水龙开关拧到某一圈(阈值电压)时,刚好让水开始通过。

此后,随着栅极电压的继续升高,漏极的电流随之增加,这就是晶体三极管的放大效应。

可以看出,晶体三极管的工作原理有两大特点:

  1. 源极电压影响栅极电压,栅极电压影响漏极电流大小;

  2. 只有栅极电压达到阈值电压并继续升高时,漏极电流才会增大,产生放大作用;

晶体三极管的电流-电压之间的关系详见下图。

感觉晶体三极管放大效应的微电子解释过程比较难懂的网友,记住水龙头控制水流的原理即可以理解:

刚开始拧水龙头开关,不会有水通过;拧到一定圈数,出水管有水出现,此时随着拧动开关圈数的增加,出水管的出水量也增加。

最后特别说明一下,电子的运动方向和电流方向相反(中学物理知识),所以电子从源极向漏极运动,电流却是从漏极流向源极,这就是源极要接地的原因。


魔铁的世界


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三极管又叫半导体三极管与晶体三极管,是一种控制电流的半导体器件,起作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号,也可以用作开关功能。


对于三极管来说,是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,有PNP和NPN两种类型。
NPN型:可简称N型,N表示信号端为负电压输出;内部开关连接于信号端与负极。

PNP型:可简称P型,P表示信号端为正电压输出;内部开关连接于信号端与正极。

NPN型与PNP型都有基区、发射区和集电区三部分。


根据上面图示,我们可以得出PNP与NPN二者的结构区别如下:

1.PNP型三极管是由2块P型半导体中间夹着1块N型半导体所组成的三极管。

2.NPN型三极管由三块半导体构成,其中两块N型和一块P型半导体组成,P型半导体在中间,两块N型半导体在两侧。

三极管有三种工作状态:放大状态、截止状态和饱和状态。

这里重点介绍三极管的放大状态:

三极管放大原理过程解说:

我们看如下三极管图示:
根据上图我们来分阶段来描述三极管放大过程
,以NPN三极管为例:


1、发射区向基区发射电子

电源Ub经过电阻Rb加在发射结上,发射结正偏,发射区的多数载流子(自由电子)不断地越过发射结进入基区,形成发射极电流Ie。同时基区多数载流子也向发射区扩散,但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度,可以不考虑这个电流,因此可以认为发射结主要是电子流。

2、基区中电子的扩散与复合

电子进入基区后,先在靠近发射结的附近密集,渐渐形成电子浓度差,在浓度差的作用下,促使电子流在基区中向集电结扩散,被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。也有很小一部分电子(因为基区很薄)与基区的空穴复合,扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。

3、集电区收集电子

由于集电结外加反向电压很大,这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散,同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。

三极管的电流放大作用实际上是利用基极电流的微小变化去控制集电极电流的巨大变化。三极管是一种电流放大器件,但在实际使用中常常通过电阻将三极管的电流放大作用转变为电压放大作用。

以上答案仅供参考,欢迎大家关注交流!


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三极管的信号放大可以理解为“小信号控制大信号”

三极管是最为常见的电子元器件器之一,应用十广泛。三极管有截止、放大和饱和导通三个工作区,利用三极管的截止和饱和导通可以实现负载的开和关的控制,利用三极管的放大区可以实现电流、电压信号的放大,微弱的信号输入就可以较弱的信号输出。

三极管类型

三极管分NPN三极管和PNP三极管,NPN三极管由两块N型半导体夹住一块P型半导体组成,PNP三极管则由两块P型半导体夹住一块N型半导体组成

NPN型三极管电流由B(基极)和C(集电极)极流入,E(发射极)极流出;PNP型三极管电流由B(基极)和C(集电极)流出入,E(发射极)极流入。

三极管电流信号放大分析

以NPN三极管信号放大为例,当三极管工作在放大区时,Ic=β*Ib,其中β是三极管的放大倍数。三极管基极的电流Ib和基极的偏置电压Ub由基极的偏压电源提供,三极管集电极的电流Ic和集电极的偏置电压Uc则由另外一个系统电源提供。

虽然三极管集电极的电流Ic受基极电流Ib控制,但明显三极管并没有把输入的电流信号Ib“变大”。

当然我们设计三极管放大电路时不会同时使用两个电源,一般会通过设置偏置电组让三极管工作在放大区,如下面的电路。

Vs:微弱信号源,比如,可以是麦克风。

Cb1:信号耦合输入电容,Vs得到的微弱信号通过此电容耦合输入到三极管放大电路。

Rb1/Rb2:三极管基极偏置电阻,给三极管基极提供合适合的偏置电压。

Rc:三极管集电极偏置电阻,给三极管集电极提供合适合的偏置电压。

Re:三极管发射极偏置电阻,给三极管发射极提供合适合的偏置电压。

Cb2:信号耦合输出电容,经过放大的信号通过此电容输出到负载端。

Vo:输出信号。

RL:负载。

Vcc:供电电源。

只要设计好偏置电阻Rb1/Rb2/Rc/Re的阻值,三极管就会工作在放大区,信号源(Vs)的微弱变化信号,经过Cb1耦合到三极管的基极,引起Ib的微弱变化,根据Ic=β*Ib,Ib的变化就会得到β倍的放大。

因为三极管集电极的电压Uc=Vcc-Ic*Rc=Vcc-β*Ib*Rc,所以信号源(Vs)微弱信号的变化将在三极管的集电极发生β倍变化,这个变化反映在Uc上,放大后的电压变化信号经过Cb2耦合输出得到Vo。

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1、三极管可以起到放大电压的作用,也可以起到放大电流的作用。

2、三极管作用的判定:

a、只要是看采取什么形式的放大电路,三极管放大器有三种形式,共发射极、共基极、共集电极,前两种是电压放大用途,后面的是电流放大用途。

b、被放大的信号源情况,例如,一个MP3输出信号要接喇叭听音乐,就需要电压放大和电流放大同时都有,先进行电压放大(把MP3的毫伏级别的信号输入到共发射极放大器前级,经过2-3级的电压放大达到1-2伏电压级别),再送到共集电极组成的电流放大器(也就是俗称功放)中,最后输出到喇叭。

3.、两者的区别:电流放大器在放大电流时同时也有功率放大作用,电压放大器没有功率放大作用。


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我是电子及工控技术,我来回答这个问题。三极管在电子电路中是随处可见的一种器件,它在电路中充当着各种各样的“角色”。比如在各种放大电路里少不了它、在振荡电路中也会用到、在变换电路里可作为反相器使用,在驱动电路里可以驱动较大的负载,甚至数字电路中所组成的各种门电路里也是核心器件。所有这一切都与它的特性有关。下面我们就对三极管的一些特性做个剖析。

对三极管放大特性的理解

电流放大是三极管重要特性之一,要能够“驾驭”三极管的使用必须深刻理解三极管的放大原理。三极管的放大我想从两个方面谈谈我的理解,第一点我想从三极管内部说起。三极管要有电流放大作用首先在外部给它提供一个适合的环境,那就是给它提供一个“集电极要处于反偏,发射极要处于正偏”这样一个环境条件,这时在三极管内部就会发生电流的分配:首先是三极管内部的发射区向基区和集电区发出电子,由于特殊的制作工艺“故意”使基区能容纳的电子有限,因此形成了微弱的基极电流Ib,大部分电子都被集电区所容纳这样就形成了较大的集电极电流Ic。

第二点从外部看,由于内部发射区发射的电子分配“不均”就造成了三极管外部基极电流Ib很微弱,集电极电流Ic很“强大”。这样我们就会粗略地理解成发射极发的电流等于基极电流和集电极电流之和,用式子表达为Ie=Ic+Ib。如果我们把三极管作为一个“暗盒”的话,只考虑电流的流进和流出,那么就会得出在发射极输出电流一定的情况下基极电流的“减小”就相当于集电极电流的“增加”,这就相当于以基极的小电流去“控制”集电极的大电流。

我们从能量守恒的观点来看,三极管的基极电流的以小“控”大其实质是发射结的电子“分配”不均造成的结果,其电流不会无缘无故地产生。

三极管的电流“放大”如何反应在电压上

我们知道三极管具有电流“放大”作用,如何把它反映在电压上呢?其实解决这个问题就需要电阻来帮忙,我们在基极和集电极分别接一个合适的电阻,那么接在集电极上的电阻就会产生压降,当基极电流Ib去“控制”集电极电流Ic时,只要在三极管的放大区域,集电极的电流Ic增大电阻Rc 上的压降就会增高,三极管的输出电压Uce就会降低。反之若集电极的电流Ic减小电阻Rc 上的压降就会减小,三极管的输出电压Uce就会增高。由此可见三极管在放大时就是一个“电压反相器”。

三极管的其它特性

三极管除了具有放大的特点外,其实它还可以工作在其它的状态。所以在剖析三极管的工作状态时常常把三极管分成三个工作区域,其别是截止区域、放大区域和饱和区域。在模拟电路中我们常用三极管的放大区域而在数字电路或脉冲电路中常用在截止和饱和状态。

以上就是我对这个问题的解答,欢迎朋友们参与讨论,敬请关注电子及工控技术,感谢点赞。


电子及工控技术


三极管放大状态:UB>UC(发射结正偏)& UC>UB(集电结反偏)

三极管截止状态:UB<=UE(发射结反偏或UBE=0)

三极管饱和状态:UB>UC(发射结正偏) & UB>UC(集电结正偏)

三极管的放大是通过电流信号控制的,比如共射极放大电路,通过基极的小电流放大输出的电流与之对应的是MOS管是通过电压信号控制放大输出的。


半导体爱好者


三极管的放大效应可以如下理解。首先你把三极管理解成一个教练,一个教练可以教会很多人来和自己做同样的动作,但是教练不能把自己变成很多人。当一个教练在自己的房间内教5个人时5个人听从教练的号令一起做同样的动作时这时教练的放大倍数就是5倍。当教练下面这些人同样在每个人再教5个人时这就是2级放大,一级放大和2级放大的人都在教练房间里放不下就需要到广场上去,这就是功率放大。放大管只能让另外一个电源按照放大管的指令进行变化而不能无中生有,三级管的放大倍数也不是一加一的算法就像我们刚才讲的一个教练带5个人是放大5倍加上2级放大就是5x5=25而不是5+5=10三极管有高频管,低频管,和功率放大管之分,高频管可以替代低频管用低频管不可以代替高频管用。这就好比耐压高的电容器可以替代耐压低的电容器,耐压低的不能替代耐压高的电容器一样。低频三极管替代高频管时高频电流会在低频管的p一N结上产生涡流烧毁三极管。


陈继垣


所谓"放大效应",既为小功率控制大功率,并将辅控输入和主回路输出加以隔离。


用户9637091432284


小电流控制大电流


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