三極管的外接阻值的大小對電壓放大倍數(shù)的影響

劉路江+宋林+劉建超+潘柏林

【摘 要】論文主要討論了三極管的工作狀態(tài)以及三極管靜態(tài)值對其放大倍數(shù)的影響。首先說明了三極管的類型及工作模式，繼而討論了三極管外置電阻的改變會對三極管靜態(tài)值的影響，指出在平時使用三極管時應(yīng)調(diào)整到合適的靜態(tài)值以使其工作有額定的放大倍數(shù)。

【Abstract】This paper mainly discusses the working state of triode and the influence of transistor static value on its amplification. Firstly paper introduces the type and working mode of the triode， and then discusses the influence of changing the triode external resistance on the value of a static tube， pointes out that in the ordinary using triode， we should adjust it to the appropriate static values in order to make it work with rated magnification.

【關(guān)鍵詞】三極管；放大原理；放大倍數(shù)

【Keywords】 triode； amplification principle； magnification

【中圖分類號】TM76 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）10-0191-03

1 引言

三極管最初在20世紀中期被發(fā)明應(yīng)用，并在這以后得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，進一步推動了電子革命，為計算機等高新精密設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用提供了技術(shù)支持和保障。三極管的重要特性之一就是可以以小電流控制大電流，以此控制電壓的放大。而要實現(xiàn)這樣的功能，需要適當調(diào)整三極管的靜態(tài)值以使其工作于合適的狀態(tài)，從而有一個適當?shù)姆糯蟊稊?shù)。本文主要討論三極管的外置電壓對放大倍數(shù)的影響。

2 三極管的概述

普通三極管可以總結(jié)為“兩結(jié)三區(qū)三極”。“兩結(jié)”是指發(fā)射結(jié)和集電結(jié)，“三區(qū)”是指發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)，“三極”是指分別從三區(qū)引出的三個電極，即發(fā)射極、基極、集電極。三極管是由兩個PN結(jié)組成，但是他們是一體的而不是獨立的，所以兩個二極管是不可能組成一個三極管的。

以PNP型三極管為例，三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律可以分為以下三個過程：

①發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入空穴；

②空穴在基區(qū)的擴散和復(fù)合過程；

③集電區(qū)收集擴散來的空穴。

發(fā)射區(qū)來的空穴注入基區(qū)后，就在基區(qū)靠近發(fā)射結(jié)的邊界積累起來，在基區(qū)中形成一定的空穴濃度梯度，靠近發(fā)射結(jié)附近的濃度最高，離發(fā)射結(jié)越遠濃度越小，所以空穴向集電結(jié)方向擴散的時候，又會和基區(qū)的電子進行復(fù)合產(chǎn)生電流。

三極管最主要的特點是：基區(qū)非常薄，使得發(fā)射結(jié)和集電結(jié)靠得非常近，基區(qū)摻雜量非常少，所以內(nèi)部載流子（空穴）數(shù)量少，但是發(fā)射區(qū)的摻雜量很大，所以在發(fā)射區(qū)的內(nèi)部載流子（電子）數(shù)非常多，集電結(jié)面積比發(fā)射結(jié)面積大得多，正是這幾個特點，三極管才具備了控制電流的功能，從而成為最重要的電子元件[1]。

3 實驗過程與結(jié)果

為了能夠驗證三極管的放大原理和靜態(tài)值以及靜態(tài)電阻之間的關(guān)系，我們以NPN型三極管為例進行了實驗。在分壓式偏置電路中，我們著重對在不同的載荷下交流輸入電壓、交流輸出電壓和靜態(tài)值的數(shù)據(jù)進行了記錄，以此來研究他們四者之間的關(guān)系，并確定靜態(tài)值對放大倍數(shù)的影響。

首先，我們確定三極管的各個靜態(tài)值即UBE、UCE、IE，并計算出其動態(tài)電阻rbe，其中動態(tài)電阻rbe可由公式rbe=ube/ib求得在不同的Uce下的三極管動態(tài)電阻值。而后我們用交流電壓表分別測出交流輸入電壓和交流輸出電壓并計算其比值記做AU，以此來衡量三極管的電壓放大倍數(shù)。使用Multisim模擬圖如圖1所示。

在此過程中，其可以通過改變?nèi)齻€外置電阻從而改變此三極管放大電路的靜態(tài)值，我們由三極管的微變等效電路中的電路分析可以得知電壓放大倍數(shù)的理論公式即：Au=-BRL/rbe，其中RL″=RL//RC

3.1 電位器阻值輸入對電壓放大倍數(shù)的影響

首先我們改變了電位器的阻值大小，使其接入的阻值比例從0%到100%變化，得到的輸入電壓，輸出電壓以及電壓的放大倍數(shù)關(guān)系如下表1所示：

如表1所示，在接入的電位器輸入電阻的比例變化的過程中，輸入電壓，輸出電壓，以及電壓放大倍數(shù)都是在不斷地發(fā)生變化的，在理想的條件下，三極管的電流放大倍數(shù)基本保持不變，而電壓放大倍數(shù)是由電流的改變和電阻共同決定的，在改變了輸入的電位器后，會改變電路中的電流的大小，從而進一步的改變了動態(tài)電阻rbe，所以在改變了電位器的輸入電阻阻值以后，雖然電壓放大倍數(shù)和電位器阻值沒有直接的關(guān)系卻可以改變其電壓放大倍數(shù)。

3.2 改變集電極電阻對電壓放大倍數(shù)的影響

第二步，我們開始探討集電極端的電阻的改變對電壓放大倍數(shù)的影響，使得集電極端的輸入電阻由小到大每次增加1KΩ均勻變化，得到了集電極端電阻的改變對三極管電壓放大倍數(shù)的影響，其電阻的阻值改變與電壓放大倍數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如表2所示：

在表2中，我們可以明顯看到，隨著集電極端的接入電阻值的增加，電壓的放大倍數(shù)也是不斷增加的，這是因為電壓的放大倍數(shù)是由集電極端電阻和動態(tài)電阻共同決定的，其中集電極端電阻的阻值大小與電壓放大倍數(shù)呈正相關(guān)，動態(tài)電阻的阻值大小與電壓的放大倍數(shù)呈負相關(guān)，在接入的集電極電阻變大之后，電流會變小，會引起三極管的動態(tài)電阻變大，由表中的數(shù)據(jù)可以看出，此時電壓放大倍數(shù)的變化主要取決于輸入的集電極電阻即加入的電阻越大，則電壓放大倍數(shù)越大。endprint

為了驗證在集電極電阻變化的過程中是否一直是由集電極端電阻做主要影響條件，我們又做了以下的實驗?zāi)M，將集電極端的電阻調(diào)大后再次觀察放大倍數(shù)與集電極端電阻的關(guān)系，得到如表3所示的結(jié)果。

在這個表中，我們可以很清楚地看到將集電極端的輸入電阻調(diào)大到一定的數(shù)值以后，隨著輸入電阻的不斷放大，其電壓放大倍數(shù)并沒有像上一個表顯示的一樣電壓放大倍數(shù)也在增加，而是隨著輸入阻值的增大，其電壓放大倍數(shù)在不斷地減小，在這個時候，決定電壓放大倍數(shù)的主要影響因素是三極管的動態(tài)電阻的變化。

那么這個時候我們需要討論下一個問題：為什么集電極輸入端電阻的變化范圍不一樣會使電壓放大倍數(shù)的主要影響因素不一樣。

在第一個實驗中，接入的阻值比較小，而且其變化范圍也比較小，所以此時電阻變化的時候電流的變化值相對而言并不是很大，所以此時是輸入的電阻起主導作用。而在第二個實驗中，集電極端的電阻已經(jīng)達到了100K左右，已經(jīng)遠遠大于和它并聯(lián)在一起的輸出端阻值，而電壓的放大倍數(shù)是由集電極輸入電阻和輸出端阻值的并聯(lián)值有直接的關(guān)系，所以說在輸出端電阻不變的情況下，集電極端電阻的變化對其影響并不是很大，而對于三極管的動態(tài)電阻來說，其與電流值有直接的關(guān)系，在集電極端輸入電阻變大的情況下，電流會變小，從而使得動態(tài)電阻變大，使得電壓放大倍數(shù)明顯減小。

3.3 改變發(fā)射極端的輸入電阻對電壓放大倍數(shù)的影響

最后我們開始討論發(fā)射極端的輸入電阻對電壓放大倍數(shù)的影響，使發(fā)射極端的輸入電阻從1.9KΩ開始每次增長1KΩ，并記錄三極管的輸入電壓，輸出電壓并計算出三極管的電壓放大倍數(shù)，從而得到在三極管的發(fā)射極端的電阻變化對電壓放大倍數(shù)的影響。實驗結(jié)果如表4所示。

此次試驗和試驗2.1電位器阻值輸入對電壓放大倍數(shù)的影響結(jié)果類似，原理也相同，都是不直接參與三極管的放大過程但是通過改變電路中的電流的大小從而進一步改變?nèi)龢O管的動態(tài)電阻的大小以達到改變?nèi)龢O管的電壓放大倍數(shù)的目的。在這個放大電路中三極管的發(fā)射極的目的是在現(xiàn)實工作過程中穩(wěn)定三極管的靜態(tài)工作點。

4 總結(jié)

本文分析了三極管的三極管外接阻值的大小對三極管電壓放大倍數(shù)的影響，并對各個電阻變化進行模擬和結(jié)果討論以及原因分析，因此綜上所述，我們應(yīng)該注意避免以上的幾種情況的發(fā)生，避免造成三極管的損壞以及其他的安全事故的發(fā)生。

【參考文獻】

【1】趙笑畏.三極管β值對電壓放大倍數(shù)的影響新探[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007（18）：166-168.endprint