三极管在电路中的应用
1、信号放大(电压放大)
应用场景 :麦克风声音放大、耳机驱动、广播信号接收等音频设备
原理解析 : 想象三极管如同一个精准的水龙头:
基极(B)电流如同拧动阀门的微弱力量(输入信号)
集电极(C)到发射极(E)电流如同水流(输出信号)
三极管处于放大区时,水流(输出电流)大小紧密跟随阀门(基极电流)变化
关键参数:电流放大系数 β (Ic ≈ β * Ib),可将微小基极电流放大数十至数百倍
2、驱动能力放大(电流放大)
一般单片机、DSP、ARM、CPLD/FPGA等CPU的IO口驱动电流比较弱,无法直接驱动负载,最常用的是使用三极管进行电流驱动能力放大
3、阻抗变换:信号与负载间的“适配器”
应用场景 :连接高输出阻抗信号源与低输入阻抗负载;如传感器信号读取、多级放大电路间耦合
原理解析 :
射极跟随器(共集电极电路)是典型结构
拥有高输入阻抗(减少对前级影响)、低输出阻抗(轻松驱动后级负载)
电压增益接近1(≈1),但电流增益高,功率无损传输
三极管的推挽型射极跟随器
由于射极带负载电阻的射极跟随器,在输出很大电流时也就是阻抗较低情况时,输出波形的负半轴会被截去,不能得到完整的输出最大电压而失真。为提升性能并改善这个缺点将发射极负载电阻换成PNP管的射极跟随器电路称之为推挽射极跟随器。
4、开关电路
当电子开关时一般使用三极管的饱和区,通过控制基极使三极管处于饱和或截止区,从而实现三极管开通或断开,起到开关的作用。
开关控制:实现电路状态的 “精准切换”。在数字电路和自动控制领域,三极管的开关特性使其成为电路状态的 “智能闸刀”。当三极管工作在饱和区和截止区时,可分别对应开关的 “导通” 和 “断开” 状态。
当基极注入足够大的电流时,三极管进入饱和状态,集电极与发射极之间的压降接近零,相当于开关闭合,电流可自由通过;而当基极电流为零时,三极管处于截止状态,集电极与发射极之间呈现高阻抗,如同开关断开,几乎无电流通过。这种快速切换能力使其广泛应用于继电器驱动、LED 闪烁控制、电机启停等场
5、实现基本逻辑
多三极管组合可实现与门(AND)、或门(OR)等逻辑功能
构成数字电路底层基础(虽如今多由集成芯片替代)
如下图所示,使用NPN三极管进行取反,十分方便,输入为高电平时,输出为低;输入为低电平时,输出为高(5V)。
① 三极管非门
A为高电平,T1导通,Y为低电平;A为低电平,T1截止,Y为高电平
② 三极管与门
用2个NPN三极管搭建与门;A和B都为高电平时,T2和T3都导通,此时Y为高电平。
用1个NPN和1个PNP搭建的与门,当A和B均为高电平时,T4和T6都导通,Y为高电平。
③ 三极管或门
在二极管或门基础上,可以加一个NPN三极管,也可以组成或门,A和B只要有一个高电平,T5就会导通,Y会由低电平变为高电平;当A和B都为低电平时,T5才截止,Y为低电平
④ 三极管与非门
与非门由与门和非门组成,在三极管与门基础上稍作修改,可以变为三极管与非门。
⑤ 三极管或非门
用2个PNP三极管搭建的或非门,A和B只要有一个高电平,Y就为低电平;当A和B都为低电平时,T9和T10均导通,Y为高电平。