三管的工作原理
三管是電流放大器件,有三個,分別叫做集電C,基B,發射E。分成NPN和PNP兩種。我們以NPN三管的共發射放大電路為例來說明一下三管放大電路的基本原理。
一、電流放大
下面的分析對于NPN型硅三管。如上圖所示,我們把從基B流至發射E的電流叫做基電流Ib;把從集電C流至發射E的電流叫做集電電流Ic。這兩個電流的方向都是流出發射的,所以發射E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三管的放大作用就是:集電電流受基電流的控制(假設電源能夠提供給集電大的電流的話),并且基電流很小的變化,會引起集電電流很大的變化,且變化滿足的比例關系:集電電流的變化量是基電流變化量的β倍,即電流變化被放大了β倍,所以我們把β叫做三管的放大倍數(β一般遠大于1,例如幾十,幾百)。如果我們將一個變化的小信號加到基跟發射之間,這就會引起基電流Ib的變化,Ib的變化被放大后,導致了Ic很大的變化。如果集電電流Ic是流過一個電阻R的,那么根據電壓計算公式U=R*I可以算得,這電阻上電壓就會發生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來,就得到了放大后的電壓信號了。
二、偏置電路
三管在實際的放大電路中使用時,還需要加合適的偏置電路。這有幾個原因。先是由于三管BE結的非線性(相當于一個二管),基電流須在輸入電壓大到程度后才能產生(對于硅管,常取0.7V)。當基與發射之間的電壓小于0.7V時,基電流就可以認為是0。但實際中要放大的信號往往遠比0.7V要小,如果不加偏置的話,這么小的信號就不引起基電流的改變(因為小于0.7V時,基電流都是0)。如果我們事先在三管的基上加上一個合適的電流(叫做偏置電流,上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的,所以它被叫做基偏置電阻),那么當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時,小信號就會導致基電流的變化,而基電流的變化,就會被放大并在集電上輸出。另一個原因就是輸出信號范圍的要求,如果沒有加偏置,那么只有對那些增加的信號放大,而對減小的信號無效(因為沒有偏置時集電電流為0,減小了)。而加上偏置,事先讓集電有的電流,當輸入的基電流變小時,集電電流就可以減??;當輸入的基電流時,集電電流就。這樣減小的信號和的信號都可以被放大了。
三、開關作用
下面說說三管的飽和情況。像上面那樣的圖,因為受到電阻Rc的限制(Rc是固定值,那么電流為U/Rc,其中U為電源電壓),集電電流是不能無限增加下去的。當基電流的,不能使集電電流繼續時,三管就進入了飽和狀態。一般判斷三管是否飽和的準則是:Ib*β〉Ic。進入飽和狀態之后,三管的集電跟發射之間的電壓將很小,可以理解為一個開關閉合了。這樣我們就可以拿三管來當作開關使用:當基電流為0時,三管集電電流為0(這叫做三管截止),相當于開關斷開;當基電流很大,以至于三管飽和時,相當于開關閉合。如果三管主要工作在截止和飽和狀態,那么這樣的三管我們一般把它叫做開關管。
四、工作狀態
如果我們在上面這個圖中,將電阻Rc換成一個燈泡,那么當基電流為0時,集電電流為0,燈泡滅。如果基電流比較大時(大于流過燈泡的電流除以三管的放大倍數β),三管就飽和,相當于開關閉合,燈泡就亮了。由于控制電流要比燈泡電流的β分之一大一點就行了,所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通斷。如果基電流從0慢慢增加,那么燈泡的亮度也會隨著增加(在三管未飽和之前)。
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