硬件必会之三极管实用解析

本文为面包板社区博主ASDK原创。

本文你可以获得什么?

1、学会实际工程应用中常用的三极管电路(以英特尔公司经典电路为例);

2、学到推挽电路，并且了解非常重要的拉电流和灌电流的来源及概念;

3、数字集成电路畅行的年代，为什么还需要学习模拟知识，背后的逻辑又是什么?

晶体管或许可以说是整个电子信息系统以及集成电路的基石。三极管电路也是最为常见的电路模块，其应用也极为灵活。我记得前几年看过晶体管设计一书中，有一段话我一直印象很深刻，大致意思是说，如果想制作一个电路，只需要将几个IC组合起来，起振复位上电源大体就可以简单地完成了。

但是，如果掌握了晶体管和MOS管的相关知识后，对于电路系统的认识将会大为不同。因为，以IC为单位作为黑盒子来考虑，此时IC被一定程度上认为是理想器件，但是，以单个晶体管放大电路为例，电压增益是有限的，输入电流是以基极电流的形式存在并不是理想放大器的0电流，但是我们懂得晶体管后，我们可以知道其内部结构，通过内部结构，我们结合外部电路，能够帮助我们更好的理解分析，调试电路。

1. 三极管的开关电路

开关电路应用的普遍性就不用我多讲了。输入电压Vin控制三极管开关的开启

(open) 与闭合(closed) 动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。详细的说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三极管工作在截止(cut off)区。

同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管工作在饱和区(saturation)。

图1 基本三极管开关

一般而言，可以假设当三极管开关导通时，其基极与射极之间是完全短路的。

应用实例：

下图是英特尔公司某块主板中电路图的一部分，就是一个典型的三极管应用电路。

图2 三极管开关电路应用实例

电路分析：

当A为高电平时，三极管1导通，所以输出B点跟发射极电平相同，为低电平;因为B为低电平，所以三极管2截止，输出C为高电平。

当A为低电平时，三极管1截止，所以输出B点为高电平;因为B为高电平，所以三极管2导通，输出C为低电平。

2. 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。

【电路分析】

由于上边的NPN晶体管将电流“吐出来”给负载(对应推，source current)，PNP晶体管从负载将电流“吸进来”(对应挽，sink current)，所以称为推挽(push-pull)。但是此电路的缺点是在0V附近晶体管都截止，会产生交越失真。推挽电路以及拉电流、灌电流是实际工程系统中非常重要的概念，通过此电路学习理解此概念非常易懂。

交越失真是指正弦波的上下侧没有连接上的那部分，此失真的原因在于晶体管的基极都是连在一起的，所以基极电位是一样的。当输入信号在0V附近时，基极-发射极间没有电位差，因此没有基极电流的流动。也就是，此时两个晶体管都是截止的，并没有工作。

另外，即便是基极上加上了输入信号，对上侧在基极电位比发射极电位高0.6V以前，也不会工作。反之，对于下侧晶体管的基极只有比发射极低0.6V以后才能工作。所以，体现在波形上就会产生一个交越失真的盲区。

不过，此电流稍加修改就是一个很好用的电路了，思路很简单，用两个二极管在每个晶体管的基极上加上大概0.6V的二极管的正向压降--补偿电压，就可以抵消晶体管的盲区了。如下图所示：

此电路用两个二极管的压降抵消晶体管的基极-发射极间的电压Vbe，可以认为晶体管的空载电流几乎为0。所以当不存在信号时，就也没有晶体管的发热问题。顺便提一下，这个电路中在输出状态总有一个晶体管处于截止状态的电路称之为B类放大器，举一反三的，如果只有一个管子且晶体管常进行工作的电路称之为A类放大器。

这样一来，射极跟随器-推挽电路-拉电流，灌电流-A类放大器，B类放大器，这些知识就可以串起来了，那么有没有想过同样非常常用的D类放大器?又有什么样的特点呢?