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三极管放大原理

三极管的工作状态

截止区

放大区

饱和区

三极管的放大作用

电流放大

电压放大

功率放大

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在电子学中，三极管通常用于实现信号放大、开关控制等多种功能，三极管主要功能是放大电流信号。下面，将详细解释三极管放大的原理和作用。

三极管放大原理

        三极管最基本的作用是放大电流。以NPN型三极管为例，基极（Base）与发射极（Emitter）之间的电流（Ib）可以控制集电极（Collector）与发射极之间的电流（Ic）。结合三极管工作的三个状态我们简单分析一下

Ib：基极电流；

Ic：集电极电流；

Ie：发射极电流；

β：直流电流增益。

三极管的工作状态

截止区

        在截止区，三极管的基极电流（Ib）非常小或者为零，这导致集电极电流（Ic）也非常小，通常可以忽略不计，三极管处于关闭状态，不允许电流流过。

即：Ic≈0 when Ib≈0

放大区

        在放大区，三极管的集电极电流（Ic）与基极电流（Ib）之间存在一个固定的正相关关系，即Ic=β * Ib。通过改变较小的基极电流，可以控制较大的集电极电流，实现电流的放大。

饱和区

        在饱和区时，三极管的基极电流（Ib）较大，导致集电极电流（Ic）也较大，接近于其最大值（Icm）。此时，三极管的集电极与发射极之间的电压（Vce）较低（通常在0.6V以下），接近于零。因为此时Ib较大，所以不能忽略。

即：Ie = Ic + Ib

三极管的放大作用

        由三极管的工作状态可知三极管的电流对应关系，以三极管的三个工作区简单讲述下三极管的放大作用。

电流放大

        电流放大即使用小电流区控制大电流输出，对应三极管的工作状态，就是工作在放大区和饱和区。

如上图，三极管Ic=β * Ib，电流逐级放大，三极管将输入的微小电流信号放大为较大的输出电流信号。

电流放大是三极管工作的本质原因，其他都是变形应用。下面我们讲下它的变形应用。

电压放大

        三极管的电压放大本质还是电流放大的变形应用，是通过电阻转换成电压的放大。

        如上图，为电平放大反向电路，控制信号IO（例如3.3V或5V电平），通过三极管放大电流，改变输出电平。

        当IO=0V（低电平），此时三极管出去截止区，Ib≈0，所以，Ic≈0，即R2上分压≈Vout≈12V；

        当IO=3.3V（高电平），此时三极管出于放大区或饱和区（电路设计时让其工作在饱和区），Ib较大，所以，Ic更大，即R2上分压≈12V，Vout≈0。

如上图，为电平放大正向电路：

当IO=0V（低电平），此时Q1出去截止区，Ib≈0，所以，Ic≈0，即R1上分压≈12V而Q2也处于截止区，所以Q2的电流≈0，即R3上分压≈0V，Voutput≈0V；

当IO=3.3V（高电平），此时Q1出去放大区或饱和区，Ib较大，所以，Ic较大，即R1上分压较大，此时Q2也处于放大或饱和区，所以Q2的电流较大，即R3上分压≈12VV，Voutput≈12V；

详细的电路设计需要计算好电阻相关的值，使三极管处于饱和区稳定工作。

功率放大

功率放大实际还是电流放大，只不过更关心实际功率的放大。如下图：