三極管的放大效應怎麼理解?

宋衍vlog


電子三極管早就被淘汰了,現在是晶體三極管的天下,它是芯片的核心元件,而要說透晶體三極管的放大效應,非得從微電子學角度入手不可。

下面以N溝道型MOS三極管(簡稱NMOS三極管)為例說明。

NMOS三極管的基本結構是,在P型硅半導體基材表面設計有島狀N+型區域,輸入電子的N+型區域叫“源”,排出電子的N+型區域叫“漏”,在源和漏兩區域之間的P型硅半導體基材表面設有二氧化硅絕緣膜,這一絕緣膜叫“柵絕緣膜”。在柵絕緣膜上設有柵電極,簡稱“柵極”,同時分別在“源”和“漏”上也分別引出電極,即“源極”和“漏極”。

同時在P型硅半導體基材上也引出電極,簡稱基板電極。

為方便理解NMOS三極管的放大效應,我以大家熟知的水龍頭作類比。一般水龍頭有三個結構,進水管(相當於源極),水龍開關(相當於柵極),出水管(相當於漏極)。水龍頭關閉後,我們擰水龍開關,開始幾圈,出水管不會有水流出,但擰的圈數多了,出水管會有水流出,當擰到一定圈數時,出水管的水流會大幅增加。

NMOS三極管的放大效應與水龍頭排水類似。

當源極有電子湧入時,柵極的電壓會升高(相當於開始擰水龍開關),但漏極並不會有電流(相當於出水管沒有水流出),隨著柵極的電壓升高到某一值(即閾值電壓,threshold voltage),源區與漏區之間的半導體基材表面會立即形成電子溝道,電子隨之從從源極向漏極運動,這個過程相當於水龍開關擰到某一圈(閾值電壓)時,剛好讓水開始通過。

此後,隨著柵極電壓的繼續升高,漏極的電流隨之增加,這就是晶體三極管的放大效應。

可以看出,晶體三極管的工作原理有兩大特點:

  1. 源極電壓影響柵極電壓,柵極電壓影響漏極電流大小;

  2. 只有柵極電壓達到閾值電壓並繼續升高時,漏極電流才會增大,產生放大作用;

晶體三極管的電流-電壓之間的關係詳見下圖。

感覺晶體三極管放大效應的微電子解釋過程比較難懂的網友,記住水龍頭控制水流的原理即可以理解:

剛開始擰水龍頭開關,不會有水通過;擰到一定圈數,出水管有水出現,此時隨著擰動開關圈數的增加,出水管的出水量也增加。

最後特別說明一下,電子的運動方向和電流方向相反(中學物理知識),所以電子從源極向漏極運動,電流卻是從漏極流向源極,這就是源極要接地的原因。


魔鐵的世界


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三極管又叫半導體三極管與晶體三極管,是一種控制電流的半導體器件,起作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號,也可以用作開關功能。

對於三極管來說,是在一塊半導體基片上製作兩個相距很近的PN結,兩個PN結把整塊半導體分成三部分,中間部分是基區,兩側部分是發射區和集電區,有PNP和NPN兩種類型。


NPN型:可簡稱N型,N表示信號端為負電壓輸出;內部開關連接於信號端與負極。

PNP型:可簡稱P型,P表示信號端為正電壓輸出;內部開關連接於信號端與正極。

NPN型與PNP型都有基區、發射區和集電區三部分。


根據上面圖示,我們可以得出PNP與NPN二者的結構區別如下:

1.PNP型三極管是由2塊P型半導體中間夾著1塊N型半導體所組成的三極管。

2.NPN型三極管由三塊半導體構成,其中兩塊N型和一塊P型半導體組成,P型半導體在中間,兩塊N型半導體在兩側。

三極管有三種工作狀態:放大狀態、截止狀態和飽和狀態。

這裡重點介紹三極管的放大狀態:

三極管放大原理過程解說:

我們看如下三極管圖示:
根據上圖我們來分階段來描述三極管放大過程


,以NPN三極管為例:

1、發射區向基區發射電子

電源Ub經過電阻Rb加在發射結上,發射結正偏,發射區的多數載流子(自由電子)不斷地越過發射結進入基區,形成發射極電流Ie。同時基區多數載流子也向發射區擴散,但由於多數載流子濃度遠低於發射區載流子濃度,可以不考慮這個電流,因此可以認為發射結主要是電子流。

2、基區中電子的擴散與複合

電子進入基區後,先在靠近發射結的附近密集,漸漸形成電子濃度差,在濃度差的作用下,促使電子流在基區中向集電結擴散,被集電結電場拉入集電區形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子(因為基區很薄)與基區的空穴複合,擴散的電子流與複合電子流之比例決定了三極管的放大能力。

3、集電區收集電子

由於集電結外加反向電壓很大,這個反向電壓產生的電場力將阻止集電區電子向基區擴散,同時將擴散到集電結附近的電子拉入集電區從而形成集電極主電流Icn。

三極管的電流放大作用實際上是利用基極電流的微小變化去控制集電極電流的巨大變化。三極管是一種電流放大器件,但在實際使用中常常通過電阻將三極管的電流放大作用轉變為電壓放大作用。

以上答案僅供參考,歡迎大家關注交流!


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三極管的信號放大可以理解為“小信號控制大信號”

三極管是最為常見的電子元器件器之一,應用十廣泛。三極管有截止、放大和飽和導通三個工作區,利用三極管的截止和飽和導通可以實現負載的開和關的控制,利用三極管的放大區可以實現電流、電壓信號的放大,微弱的信號輸入就可以較弱的信號輸出。

三極管類型

三極管分NPN三極管和PNP三極管,NPN三極管由兩塊N型半導體夾住一塊P型半導體組成,PNP三極管則由兩塊P型半導體夾住一塊N型半導體組成

NPN型三極管電流由B(基極)和C(集電極)極流入,E(發射極)極流出;PNP型三極管電流由B(基極)和C(集電極)流出入,E(發射極)極流入。

三極管電流信號放大分析

以NPN三極管信號放大為例,當三極管工作在放大區時,Ic=β*Ib,其中β是三極管的放大倍數。三極管基極的電流Ib和基極的偏置電壓Ub由基極的偏壓電源提供,三極管集電極的電流Ic和集電極的偏置電壓Uc則由另外一個系統電源提供。

雖然三極管集電極的電流Ic受基極電流Ib控制,但明顯三極管並沒有把輸入的電流信號Ib“變大”。

當然我們設計三極管放大電路時不會同時使用兩個電源,一般會通過設置偏置電組讓三極管工作在放大區,如下面的電路。

Vs:微弱信號源,比如,可以是麥克風。

Cb1:信號耦合輸入電容,Vs得到的微弱信號通過此電容耦合輸入到三極管放大電路。

Rb1/Rb2:三極管基極偏置電阻,給三極管基極提供合適合的偏置電壓。

Rc:三極管集電極偏置電阻,給三極管集電極提供合適合的偏置電壓。

Re:三極管發射極偏置電阻,給三極管發射極提供合適合的偏置電壓。

Cb2:信號耦合輸出電容,經過放大的信號通過此電容輸出到負載端。

Vo:輸出信號。

RL:負載。

Vcc:供電電源。

只要設計好偏置電阻Rb1/Rb2/Rc/Re的阻值,三極管就會工作在放大區,信號源(Vs)的微弱變化信號,經過Cb1耦合到三極管的基極,引起Ib的微弱變化,根據Ic=β*Ib,Ib的變化就會得到β倍的放大。

因為三極管集電極的電壓Uc=Vcc-Ic*Rc=Vcc-β*Ib*Rc,所以信號源(Vs)微弱信號的變化將在三極管的集電極發生β倍變化,這個變化反映在Uc上,放大後的電壓變化信號經過Cb2耦合輸出得到Vo。

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1、三極管可以起到放大電壓的作用,也可以起到放大電流的作用。

2、三極管作用的判定:

a、只要是看採取什麼形式的放大電路,三極管放大器有三種形式,共發射極、共基極、共集電極,前兩種是電壓放大用途,後面的是電流放大用途。

b、被放大的信號源情況,例如,一個MP3輸出信號要接喇叭聽音樂,就需要電壓放大和電流放大同時都有,先進行電壓放大(把MP3的毫伏級別的信號輸入到共發射極放大器前級,經過2-3級的電壓放大達到1-2伏電壓級別),再送到共集電極組成的電流放大器(也就是俗稱功放)中,最後輸出到喇叭。

3.、兩者的區別:電流放大器在放大電流時同時也有功率放大作用,電壓放大器沒有功率放大作用。


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首先我們應該知道三極管有三個狀態。

分別為截止狀態、飽和狀態和放大狀態。

三極管在飽和狀態和截止狀態時都具有放大效應。

接下來我們以NPN型三極管為例,分別講解一下這三個狀態。

這三個狀態你都明白了,三極管的放大效應你自然會明白是怎麼回事了。

電路符號

如下圖所示為NPN型三極管的電路符號。

它有的三個引腳B、C和E,分別對應三極管的基極、集電極和發射極。

B極是控制引腳。

C極是給三極管供電的引腳。

E極是電流流出引腳。

截止狀態

簡單來說,我們可以把B極斷開看做是截止狀態,如下圖所示的這種狀態,此時三極管不導通,C極電位和電源電壓一樣是12V。

截止狀態很好理解,我在這裡不再多做闡述。

飽和狀態

由於每一個三極管的放大倍數都不一樣,每一種型號的三極管都有差別,所以現在我們不指定某一型號的三極管,只是闡述它們都遵守的這個原理,這樣,你原理搞明白了,再去看的話,都就懂了。

這時候我們給B極接上5V電源,然後中間串聯一個阻值很大的電阻,你可以把這個電阻想象成無窮大。

然後我們然電阻R1的阻值慢慢變小,這時候流過的電流就會慢慢的變大,直到這個三極管被喚醒。

被喚醒之後,三極管的CE極就會有電流通過,但是比流過BE極的要大的多,比如說BE流過的電流是1ma,這時候CE極流過的就是100ma,這也是三極管放大效應一種。

然後我們繼續讓BE間的電流增大,那麼CE極會跟著放大嗎?

答案是會的,但不是一直放大,因為把12V都給了上面那個電阻是這個電路可以得到的最大的值。

直到BE極間的電流增大到某一個值之後,CE極間電流不再變化,我們就稱三極管此時達到了飽和狀態。

就像鹽水一樣,最開始我們把鹽放到水裡面,鹽會溶於水,但是隨著我們鹽投入的越來越多,直到某一時刻,鹽不再溶於水了,水裡面出現結晶了,我們就說鹽水飽和了,三極管的飽和和這個道理是一樣的。

放大狀態

我們這時候固定R1不變,也就是流過B極的電流不變。

我們把12V慢慢變大,最開始由於電源的增大,流過CE的電流慢慢變大。

如果一直增大的,後面會有一個值,無論我們怎麼增大電源,這一路的電流都不會變化了,為什麼呢?

因為三極管讓電源增大的電壓,施加給了它自己,此時CE之間電壓會增大,它之所以增大,是為了保持整個電路的電流保持不變,,比如說電源從12V-20V之間變化時,流過這一路的電流會保持恆定,這就是三極管的放大狀態。

再往後就不能再增大電源了,因為三極管是有耐壓的,比如說增大到40V,這時候三極管可能會被擊穿,造成永久性的損壞!


愛上半導體


我是電子及工控技術,我來回答這個問題。三極管在電子電路中是隨處可見的一種器件,它在電路中充當著各種各樣的“角色”。比如在各種放大電路里少不了它、在振盪電路中也會用到、在變換電路里可作為反相器使用,在驅動電路里可以驅動較大的負載,甚至數字電路中所組成的各種門電路里也是核心器件。所有這一切都與它的特性有關。下面我們就對三極管的一些特性做個剖析。

對三極管放大特性的理解

電流放大是三極管重要特性之一,要能夠“駕馭”三極管的使用必須深刻理解三極管的放大原理。三極管的放大我想從兩個方面談談我的理解,第一點我想從三極管內部說起。三極管要有電流放大作用首先在外部給它提供一個適合的環境,那就是給它提供一個“集電極要處於反偏,發射極要處於正偏”這樣一個環境條件,這時在三極管內部就會發生電流的分配:首先是三極管內部的發射區向基區和集電區發出電子,由於特殊的製作工藝“故意”使基區能容納的電子有限,因此形成了微弱的基極電流Ib,大部分電子都被集電區所容納這樣就形成了較大的集電極電流Ic。

第二點從外部看,由於內部發射區發射的電子分配“不均”就造成了三極管外部基極電流Ib很微弱,集電極電流Ic很“強大”。這樣我們就會粗略地理解成發射極發的電流等於基極電流和集電極電流之和,用式子表達為Ie=Ic+Ib。如果我們把三極管作為一個“暗盒”的話,只考慮電流的流進和流出,那麼就會得出在發射極輸出電流一定的情況下基極電流的“減小”就相當於集電極電流的“增加”,這就相當於以基極的小電流去“控制”集電極的大電流。

我們從能量守恆的觀點來看,三極管的基極電流的以小“控”大其實質是發射結的電子“分配”不均造成的結果,其電流不會無緣無故地產生。

三極管的電流“放大”如何反應在電壓上

我們知道三極管具有電流“放大”作用,如何把它反映在電壓上呢?其實解決這個問題就需要電阻來幫忙,我們在基極和集電極分別接一個合適的電阻,那麼接在集電極上的電阻就會產生壓降,當基極電流Ib去“控制”集電極電流Ic時,只要在三極管的放大區域,集電極的電流Ic增大電阻Rc 上的壓降就會增高,三極管的輸出電壓Uce就會降低。反之若集電極的電流Ic減小電阻Rc 上的壓降就會減小,三極管的輸出電壓Uce就會增高。由此可見三極管在放大時就是一個“電壓反相器”。

三極管的其它特性

三極管除了具有放大的特點外,其實它還可以工作在其它的狀態。所以在剖析三極管的工作狀態時常常把三極管分成三個工作區域,其別是截止區域、放大區域和飽和區域。在模擬電路中我們常用三極管的放大區域而在數字電路或脈衝電路中常用在截止和飽和狀態。

以上就是我對這個問題的解答,歡迎朋友們參與討論,敬請關注電子及工控技術,感謝點贊。


電子及工控技術


三極管放大狀態:UB>UC(發射結正偏)& UC>UB(集電結反偏)

三極管截止狀態:UB<=UE(發射結反偏或UBE=0)

三極管飽和狀態:UB>UC(發射結正偏) & UB>UC(集電結正偏)

三極管的放大是通過電流信號控制的,比如共射極放大電路,通過基極的小電流放大輸出的電流與之對應的是MOS管是通過電壓信號控制放大輸出的。


半導體愛好者


三極管的放大效應可以如下理解。首先你把三極管理解成一個教練,一個教練可以教會很多人來和自己做同樣的動作,但是教練不能把自己變成很多人。當一個教練在自己的房間內教5個人時5個人聽從教練的號令一起做同樣的動作時這時教練的放大倍數就是5倍。當教練下面這些人同樣在每個人再教5個人時這就是2級放大,一級放大和2級放大的人都在教練房間裡放不下就需要到廣場上去,這就是功率放大。放大管只能讓另外一個電源按照放大管的指令進行變化而不能無中生有,三級管的放大倍數也不是一加一的算法就像我們剛才講的一個教練帶5個人是放大5倍加上2級放大就是5x5=25而不是5+5=10三極管有高頻管,低頻管,和功率放大管之分,高頻管可以替代低頻管用低頻管不可以代替高頻管用。這就好比耐壓高的電容器可以替代耐壓低的電容器,耐壓低的不能替代耐壓高的電容器一樣。低頻三極管替代高頻管時高頻電流會在低頻管的p一N結上產生渦流燒燬三極管。


陳繼垣


名詞倒是一大堆,還是在抄書,豈有真懂???從實現發現鎮流器,是一種萬能器。又發生與人物相仿的多維度能量,能與電子產生高振盪,後晶體管輸晶體具有的場効,或磁粒,。又能把能量分開,又重組實現輸碼讀碼。明不???


zlc嫦


所謂"放大效應",既為小功率控制大功率,並將輔控輸入和主迴路輸出加以隔離。


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