二、三極管基本電路原理和檢修

　　1、電路示例1——原理分析

　　雖然如此，為了更好地理解由三極管為核心構成的放大或開關電路，我帶領大家設計一款最基本的三極管偏置電路，由對此簡易電路的分析，找到分析三極管電路原理的關鍵所在。

　　已知：供電電源電壓Vcc=10V；三極管β＝100；

　　要求：靜態Ic＝1mA；靜態Vc（三極管集電極電壓）＝5V。可知這是一款簡易單電源供電的小信號放大器。為了不失真輸出信號電壓（有較好的動態范圍），通常將靜態Vc設置為Vcc 的1/2，那么動態輸出則是以5V為零點的上、下浮動的變化電壓（如圖1所示）。

　　電路設計：由電源電壓=10V和Vc＝5V、Ic＝1mA三個條件，得出Rc值。10V-5V/1mA＝5k；由β＝100，第一步得出Ib=10μA；第二步若忽略發射結0.5V左右電壓降，則10V/10μA=100 k。即RC決定了Ic，Rb決定了Ib。由兩只電阻完成了靜態工作點的建立。

　　1）靜態工作點

　　揀要點，三個明要素：Ib=10μA；Ic＝1mA；Vc＝5V。

　　一個暗要素：我們將Q1的c、e極之間，看作一個電阻，暫命名其為Rce。此時在靜態偏置狀態下，Vc即為Rce和Rc的分壓值，當然可看出Rce = 5k，此為第四個要素。

　　在輸入信號作用下，其實是Rce的變化導致了輸出電壓Vc的變化。

　　需要注意：靜態工作點即零信號時的工作偏置狀態。此處的零信號并不一定是零電壓值。參見圖1的曲線圖，IN端即Q1的Vb約為0.5V；Vc=5V。

　　2）當IN輸入信號使Ib在靜態基礎上有所上升時，必然導致Ic的同步上升。我們可以給出一個確定值以便進行定量分析。此時Ib↑=15μA；Ic↑＝1.5mA（Rce↓）；Vc↓＝2.5V（這都是據歐姆定律加減乘除算出來的，Rc兩端電壓降7.5V，Rce兩端當然為2.5V）。

　　Ic↑的使Rc兩端的電壓降增大，Vc下降，從暗要素考慮，此時是Rce的變小，導致了Vc分壓點的電壓降低，那么可見Rce為一只可變電阻，而實際上，在放大區內，三極管工作于可變電阻區，其c、e極之間，確實呈現一只可變電阻的特性！當Vc=2.5V時，可知Rce由靜態時的5k變為現在的2k.。因而我在圖2干脆畫出這只電阻來，并標示出各點電壓和電流值。

　　需要說明一下，三極管的控制特性為電流控制器件，此處在輸入回路關注的是輸入電流的變化而Vb值。這是因為：三極管的發射（PN結）結導通電壓是一個相對穩態的值（稱門坎電壓如0.6V左右），而在此相對變化極小的Vb電壓范圍以內，其流通電流值Ib卻有較大范圍以內的變化。因而此時只關注Ib對Ic的影響。而從根本上來說，三極管是個電流控制器件或者為電流放大器，而電壓放大，是個間接的結果——接入負載電阻Rc的目的，即是將Ic變化轉化為Vc的變化。

　　可見，IN信號電壓上升使Ib在靜態基礎上往正方向變化時，Vc呈現反方向變化，從IN和OUT的關系看，為反相關系，由此可確定該放大器為反相放大器。

　　3）當IN輸入信號使Ib在靜態基礎上有所下降時，必然導致Ic的同比例下降。我們也可以給出一個確定值以便進行定量分析。此時Ib↓=5μA；Ic↓＝0.5mA（Rce↑）；Vc↑＝7.5V。

　　Ic↓的使Rc兩端的電壓降減小，Vc上升。從暗要素考慮，此時是Rce的變大，導致了Vc分壓點的電壓上升。當Vc=7.5V時，可知Rce由靜態時的5k變為現在的15k。

　　綜合以上2）、3）來看，輸入信號電流的變化范圍±5μA；放大100倍后，Ic變化范圍±0.5mA；其實是Rce由此產生了2k~15k的變化量，導致了輸出Vc變化范圍±2.5V。

　　若假定IN±0.1V的變化量，導致了Vc±2.5V的變化量，則可認為該級放大器是25倍的電壓放大器，100倍的電流放大器。

　　或再掐頭去尾，在輸入信號作用下，Ib的變化導致Rce產生了約1.7k~45k的變化，從而Vc產生了1~9V（即±4V）的輸出變化。

　　在此區域內，Ib的線性變化控制著Rce（Ic）的線性變化，使輸入、輸出電壓呈現反相的比例關系，三極管工作于可變電阻區，可稱之為線性放大器，即通常所說的模擬電路。

　　若使三極管出離受控區或線性放大區，進入至開關區后，有以下兩種情況。

　　4）進入飽合區的工作狀態

　　IN輸入信號電壓的上升，使Ib↑≥20μA；Ic↑＝2mA；Vc↓＝0V。此時因為Rc=5k，電源電壓=10V，Ib在20μA以上繼續增大至哪怕至毫安級，Rc流過的最大電流也只能是2mA，其兩端最大電壓降也只能10V，此時的Ic ＝2mA被稱為飽和電流。三極管工作于飽和狀態。

　　此時的Rce《》

　　5）進入截止區的工作狀態

　　IN輸入信號電壓的下降（Vb為0.3V以下至0V），使Ib↓＝0μA；Ic＝0mA；Vc↑＝10V。此時因Ic＝0mA，Rc兩端電壓降為0V，Q1等效于SW1斷開。三極管工作于截止狀態。

　　此時的Rce》》Rc已經不再具有可變電阻的特性，更適宜于用SW1的斷開來等效了。Q1已經出離了放大區，進入了開、關區之二的截止區。若忽略集電極微弱漏電流的影響，則Vc也看作10V。

　　需要說明：

　　1）該電路定義為小信號電壓放大器，做為一個中間放大器，是和前級電路的輸出信號幅度、后級負載電路的輸入阻抗密切結合的。須有適宜的輸入信號電壓幅度和適宜的負載阻抗，才能滿足其電壓放大條件。

　　作為放大器應用時，首先輸入信號是在合理的線性范圍內才行。輸入信號電壓幅度應在百毫伏級以內，輸入信號電流應在±10μA左右。若輸入信號導致Ib=0，或導致Ib≥20μA時，此為非法信號！做為放大器應用時，應避免非法信號的出現，換句話說，非法信號的進入，說明前級電路已為故障狀態。

　　2）做為開關電路應用時，應避免小幅度漸變信號在輸入端的出現，此亦為非法信號！開關電路若進入放大區，麻煩就來了，如驅動繼電器時，會出現繼電器振動不能吸合，工作電流過大而燒毀等狀況。理想開關電路的輸入信號，即高、低電平。如Ib應為60μA以上，以使三極管進入深度飽和，或Ib應為0μA或負的截止電流，使三極管進入可靠截止狀態，以保障電路的開、關特性。

　　3）上文5）種狀態，僅是信號電流角度來描述對三極管工作狀態的影響。以飽和狀態為例，三極管的飽和，其實還和多種因素相關。

　　a、和信號幅度相關，已述；

　　b、電路本身相關，如Rc取小時，若進入飽和狀態，就需要更大的輸入電流信號；取大時，會令飽和狀態提前；

　　c、后級電路的影響，負載阻抗過低，會提前進入飽和區；負載短路，則直接進入“假飽和區”。

　　因而檢修故障時，當該級放大器異常，僅僅著眼于該級電路是不夠的，先確定信號和負載電路無問題，才對該電路下手，是正確的方法。

　　2、在線電壓法確電定路的工作狀態

　　三極管的工作在放大區、飽和區和截止區等三個區域內進行轉換。放大器在工作中力爭避開飽和區和截止區；工作于飽和區和截止區的開關電路，在由截止到飽和或由飽和到截止的過程中，不可避免地在進入一個短時的放大區（當然進入該區域的時間是越短越好），這都由相關的技術手段來保證。此不贅述。開關電路進入了放大區或放大器進入了開關區，都是電路出離了應該有的“常態” 而進入了“故障態”。這可由靜態對發射結電壓值和集電極、發射極之間的電壓值這兩項檢測，來確定之。

　　放大區：Vbe約為0.5V左右，Vce約為二分之一的供電電源電壓；

　　飽和區：Vbe約為0.5V~0.7V左右，Vce約為0V；

　　截止區：Vbe約為0.4V~0V左右或0V以下的負壓（很少采用了），Vce約為電源電壓。

　　電路處于什么狀態，搭搭表筆（搭兩下）就可以知道了。