无意中在网上看到了一个关于"三极管的工作原理"解说,讲的比当年模电书

AVRTEST · 发表于 2008-12-18 16:13:30

三极管工作原理

对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量，。

但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流控制大电流

放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。

假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。

所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。

如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。

在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。

如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。

饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。

在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。

而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。

晶体三极管是一种电流控制元件。发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,

晶体三极管按材料分常见的有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，使用最多的是硅NPN和PNP两种，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，三极管工作在放大区时，三极管发射结处于正偏而集电结处于反偏，集电极电流Ic受基极电流Ib的控制，Ic 的变化量与Ib变化量之比称作三极管的交流电流放大倍数β（β=ΔIc/ΔIb, Δ表示变化量。）

在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。

要判断三极管的工作状态必须了解三极管的输出特性曲线，输出特性曲线表示Ic随Uce的变化关系（以Ib为参数），从输出特性曲线可见，它分为三个区域：截止区、放大区和饱和区。

根据三极管发射结和集电结偏置情况，可以判别其工作状态：

对于NPN三极管，当Ube≤0时，三极管发射结处于反偏工作，则Ib≈0，三极管工作在截止区；

当晶体三极管发射结处于正偏而集电结处于反偏工作时，三极管工作在放大区，Ic随Ib近似作线性变化；

当发射结和集电结均处于正偏状态时，三极管工作在饱和区，Ic基本上不随Ib而变化，失去了放大功能。

截止区和饱和区是三极管工作在开关状态的区域。

那么各种状态Ube Ubc Uce有没有个固定的电压值呢？

不同的材料，PN结的势垒电压不一样，锗管约0.3V，硅管约0.7V，不同的制造工艺，不同的型号也有少量差别，但是基本是这个量级。要知道准确值，必须查看输入特性曲线（类似于二极管正向特性曲线）。

#2的建议很有道理：在初学电子技术的时候尽量不要使用虚拟实验室进行实验，一定要亲自动手操作一下，学电子的一定要动手！

三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。

下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。

三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了）。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。

下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制（Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压），集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0（这叫做三极管截止），相当于开关断开；当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。

如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时（大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β），三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加（在三极管未饱和之前）。

对于PNP型三极管，分析方法类似，不同的地方就是电流方向跟NPN的刚好相反，因此发射极上面那个箭头方向也反了过来——变成朝里的了

liu_butcher · 发表于 2009-1-17 00:01:42

不错的了,如果当年老师也是这样讲的,就好懂多了.

deepin · 发表于 2009-1-16 14:00:02

是搞技术的人写的,我一个群的群主

ywl0409 · 发表于 2008-12-22 20:07:18

不是"包含交流成份的单向电流",而是"按照一定规律变化的脉动直流电流".

"交流"是方向变化的,"脉动"是方向不变的.

rainyss · 发表于 2008-12-22 17:49:53

也是错的.三极管里没有交流,只有"包含交流成份的单向电流"

xiaobendan · 发表于 2008-12-21 07:48:19

这里是对还是错？

 (原文件名:未命名.bmp.GIF) 

5821594 · 发表于 2008-12-20 22:08:27

比喻的很有意思，学习了。谢谢！

zcllom · 发表于 2008-12-20 20:48:55

三极管是阀门的说法,就是一个对部表现的类比解释,但从原理来说,根本不是这么回事,三极管里没有阀门,是势阱.你如果用阀门的思路去想某些现象,根本牛头不对马嘴(比如偏流,比如饱合,比如击穿) 

=============================================================

初看像个阀门，深入看不像阀门，再深入看还是个阀门。。。如果大家把研究当一辈子的事情，那么都要经历这个先肯定，再否定，最后否定的否定，这样的过程。

zmc5354 · 发表于 2008-12-19 16:34:44

没有什么样！98年的课本已描述过

stdio · 发表于 2008-12-19 16:26:06

三极管其实是一个阻抗调整器件，它把一个低阻抗的电流，调整为一个高阻抗的电流。本菜认为，要理解三极管，需要先搞明白 源 和 阻抗 两个概念。

gyzzg2030 · 发表于 2008-12-19 13:49:22

一般应用，理解了这些也差不多了

lofeng · 发表于 2008-12-18 18:35:54

多谢楼主~~

zhoumoli · 发表于 2008-12-18 17:30:37

楼主辛苦了!!!111

AVRTEST · 发表于 2008-12-18 17:27:18

【7楼】 ywl0409 老黄牛

呵呵...这个就不知道了

这样的比喻结合讲解确实明了很多,比起书上的枯燥解说强好多倍了.

ywl0409 · 发表于 2008-12-18 17:20:16

这一段:

在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。 

Ube就是小水流，Uce就是大水流  这就不对.

三极管是电流控制的元件,应该是Ibe是小水流,Ice就是大水流.

如果是场效应管,那么就是Ugs是小水流,Ids是大水流.

下一段:

如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。 

截止是由于Ibe很小或者电源提供给Uce很小而导致Ice接近于0,这时候发生的情况.

下一段:

饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。

饱和是由于Ibe较大,因此而形成了 Ice=β*Ibe ,这个Ice电流大于电源能够提供给三极管CE的电流.从而使Vce接近于0V.

估计这段文字不是做技术的人写的.

 

本贴被 ywl0409 编辑过,最后修改时间：2008-12-18,17:21:27.

camtime · 发表于 2008-12-18 17:05:28

有图...易明.

无图...不明.

zhuzi1441 · 发表于 2008-12-18 17:03:48

不错，模电学的不好，大补了一下，谢谢

bbandpp · 发表于 2008-12-18 16:42:29

不错

MyCao · 发表于 2008-12-18 16:32:54

这样就好懂多了，不错，

AVRTEST · 发表于 2008-12-18 16:27:27

就是一个偏置电阻

 (原文件名:NPN.JPG) 

gerbee · 发表于 2008-12-18 16:18:44

-_-没图么

rainyss · 发表于 2008-12-19 05:27:56

形象,但全是错的.对完全没接触过三极管的人有点用,否则会完全误导,读者要自行判断.

举例:
三极管是阀门的说法,就是一个对部表现的类比解释,但从原理来说,根本不是这么回事,三极管里没有阀门,是势阱.你如果用阀门的思路去想某些现象,根本牛头不对马嘴(比如偏流,比如饱合,比如击穿)

所以一旦知道三极管大概是怎么回事之后,要立刻看理论书.别以为这些知识不重要,深层次理解永远是必要的,只是你在没理解它之前看不到它的重要性,就好比不会打五笔的人总是认为五笔是没必要的,但学会五笔后很少有人改回用拼音的.

本贴被 rainyss 编辑过,最后修改时间：2008-12-19,05:31:33.

qzzz · 发表于 2008-12-18 23:51:31

不错，很形象

zcllom · 发表于 2008-12-18 23:38:46

仁者见仁，智者见智。

stoneee · 发表于 2008-12-18 22:27:18

学习学习。

bad_fpga · 发表于 2008-12-18 22:02:16

学习

lhlmm · 发表于 2008-12-18 20:39:50

如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。 
这是错的.

ywl0409 · 发表于 2008-12-18 20:24:41

LS讲的很对,课本书上讲的是非常理论化的东西,是做学问的根本.
LZ的内容,有点错误就不说了,主要是属于一种科普类的范畴,也许对于业余爱好者的入门非常好.

gliet_su · 发表于 2008-12-18 20:18:43

书还是要看的，只是这段解释更生动些。
书上是从原理上去分析，具有科学性，更具说服力。

zjn8888 · 发表于 2008-12-18 20:15:01

模拟的我看了都头晕

jaky80000 · 发表于 2008-12-18 19:58:58

不错，好文章
【12楼】 zsmbj
那你仔细想想，这篇文章是不是你写的啊 ：）

本贴被 jaky80000 编辑过,最后修改时间：2008-12-18,19:59:22.

zsmbj · 发表于 2008-12-18 19:50:54

呵呵，我当年在大学给低年级的同学进行科技讲座，讲三极管就用大坝做的比喻，和这个差不多。

chaochao5107 · 发表于 2008-12-18 19:34:26

很不错

r051463438 · 发表于 2009-2-22 20:40:41

蛮有点意思的.

tyqhaha · 发表于 2011-2-19 00:39:12

模电要补补了

qiangrui · 发表于 2011-2-19 00:45:13

适合给初高中生做科普讲座，学习就不行了，有些因果关系说的不对!

1987louis · 发表于 2012-5-21 00:11:26

能看到图片就更好了。

tangaoo · 发表于 2012-6-8 15:16:59

MARK 收藏了

Blue_oldman · 发表于 2012-6-8 15:24:24

1987louis 发表于 2012-5-21 00:11
能看到图片就更好了。

去搜《晶体管电路设计》，第1章就说了三级管的工作原理。非常通俗。

fjourdev · 发表于 2012-6-8 15:59:56

饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿这句好像不能跟三极管的饱和区有联系，三极管要求Vbe高于0.7V，而Vce<Vbe时饱和，但是管理员开的阀门是Vbe，当Vbe太小时还是会退出饱和区的，进而进入放大区甚至截止，不能说管理员开的阀门大小已经没用了。

amapple · 发表于 2012-9-26 22:18:13

mark

cumtgao · 发表于 2012-9-28 09:57:12

其实是粗讲了，形象比喻但是如果看模电里面虽然难懂点却是更加详细，基极电流和集电极电流形成原因扩散运动和漂移运动。

bbssilverkey · 发表于 2012-12-31 17:13:58

对于三极管一般都是照着人家的电路抄,自己太烂,根本就不懂,除了电流放大的时候想到它,其他都绕道走

hnhdzzc · 发表于 2013-1-2 12:45:03

感觉是入门的知识。。。。。。。。

oszp1688com · 发表于 2013-1-2 16:02:05

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

nailos · 发表于 2013-3-24 22:46:52

比喻的挺好。对于刚开始看不懂晶体管的人可以借用理解，但最终还是要看晶体管相关技术的书。

ai870520 · 发表于 2013-3-24 23:04:45

学习了，楼主辛苦了，谢谢

yanrz · 发表于 2013-3-26 22:14:10

本帖最后由 yanrz 于 2013-3-26 22:15 编辑

不错，复习了，当年模拟电子学的挺差！

WUST_LJS · 发表于 2013-5-5 06:07:06

马克！！

cycle · 发表于 2013-5-17 23:40:32

mark

newidea · 发表于 2013-5-18 08:20:18

生动了解，再理论理解

riverblue2010 · 发表于 2013-5-18 11:06:20

这种宏观认识不错

avrwoo · 发表于 2013-5-18 11:18:54

有一点现在也没弄明白:对于NPN管，发射极正偏，集电极反偏，发射区向基区发射电子，少部分在基区复合，大部分自由电子扩散到集电极，形成IC，在基区复合掉的形成IB。有一点不明白的是，IB增大，IC增大，但是IB增大后，在基区复合掉的来自发射区的电子也多，IC怎么还能增大呢，当然了有可能是IE增大的更多。求解释？谢谢！

FlashNuk · 发表于 2013-5-18 11:36:25

发现现在很多工程师，总喜欢搞一些很牵强的比喻，反而会误导别人。

尤其是很多软件工程师，非要搞一堆让人完全看不懂的比喻，还不如实在点，放点代码上去更直观。有代码，有注释就是王道，少来点狗屁不通的比喻。

JQ_Lin · 发表于 2014-6-20 13:56:13

本帖最后由 JQ_Lin 于 2014-6-20 13:58 编辑

liu_butcher 发表于 2009-1-17 00:01
不错的了,如果当年老师也是这样讲的,就好懂多了.

好懂什么？这样的比喻和描述，只能让那些不懂或不想弄懂的人点头称是。
如果当年老师也是这样讲的，那么，当你真正弄懂之后，他一定被你尊称为“叫兽”！

无意中在网上看到了一个关于"三极管的工作原理"解说,讲的比当年模电书

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