三极管的外接阻值的大小对电压放大倍数的影响

刘路江+宋林+刘建超+潘柏林

【摘 要】论文主要讨论了三极管的工作状态以及三极管静态值对其放大倍数的影响。首先说明了三极管的类型及工作模式，继而讨论了三极管外置电阻的改变会对三极管静态值的影响，指出在平时使用三极管时应调整到合适的静态值以使其工作有额定的放大倍数。

【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.

【关键词】三极管；放大原理；放大倍数

【Keywords】 triode； amplification principle； magnification

【中图分类号】TM76 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）10-0191-03

1 引言

三极管最初在20世纪中期被发明应用，并在这以后得到了广泛的应用与发展，进一步推动了电子革命，为计算机等高新精密设备的研发应用提供了技术支持和保障。三极管的重要特性之一就是可以以小电流控制大电流，以此控制电压的放大。而要实现这样的功能，需要适当调整三极管的静态值以使其工作于合适的状态，从而有一个适当的放大倍数。本文主要讨论三极管的外置电压对放大倍数的影响。

2 三极管的概述

普通三极管可以总结为“两结三区三极”。“两结”是指发射结和集电结，“三区”是指发射区、基区、集电区，“三极”是指分别从三区引出的三个电极，即发射极、基极、集电极。三极管是由两个PN结组成，但是他们是一体的而不是独立的，所以两个二极管是不可能组成一个三极管的。

以PNP型三极管为例，三极管内部载流子的运动规律可以分为以下三个过程：

①发射区向基区注入空穴；

②空穴在基区的扩散和复合过程；

③集电区收集扩散来的空穴。

發射区来的空穴注入基区后，就在基区靠近发射结的边界积累起来，在基区中形成一定的空穴浓度梯度，靠近发射结附近的浓度最高，离发射结越远浓度越小，所以空穴向集电结方向扩散的时候，又会和基区的电子进行复合产生电流。

三极管最主要的特点是：基区非常薄，使得发射结和集电结靠得非常近，基区掺杂量非常少，所以内部载流子（空穴）数量少，但是发射区的掺杂量很大，所以在发射区的内部载流子（电子）数非常多，集电结面积比发射结面积大得多，正是这几个特点，三极管才具备了控制电流的功能，从而成为最重要的电子元件[1]。

3 实验过程与结果

为了能够验证三极管的放大原理和静态值以及静态电阻之间的关系，我们以NPN型三极管为例进行了实验。在分压式偏置电路中，我们着重对在不同的载荷下交流输入电压、交流输出电压和静态值的数据进行了记录，以此来研究他们四者之间的关系，并确定静态值对放大倍数的影响。

首先，我们确定三极管的各个静态值即UBE、UCE、IE，并计算出其动态电阻rbe，其中动态电阻rbe可由公式rbe=ube/ib求得在不同的Uce下的三极管动态电阻值。而后我们用交流电压表分别测出交流输入电压和交流输出电压并计算其比值记做AU，以此来衡量三极管的电压放大倍数。使用Multisim模拟图如图1所示。

在此过程中，其可以通过改变三个外置电阻从而改变此三极管放大电路的静态值，我们由三极管的微变等效电路中的电路分析可以得知电压放大倍数的理论公式即：Au=-BRL/rbe，其中RL″=RL//RC

3.1 电位器阻值输入对电压放大倍数的影响

首先我们改变了电位器的阻值大小，使其接入的阻值比例从0%到100%变化，得到的输入电压，输出电压以及电压的放大倍数关系如下表1所示：

如表1所示，在接入的电位器输入电阻的比例变化的过程中，输入电压，输出电压，以及电压放大倍数都是在不断地发生变化的，在理想的条件下，三极管的电流放大倍数基本保持不变，而电压放大倍数是由电流的改变和电阻共同决定的，在改变了输入的电位器后，会改变电路中的电流的大小，从而进一步的改变了动态电阻rbe，所以在改变了电位器的输入电阻阻值以后，虽然电压放大倍数和电位器阻值没有直接的关系却可以改变其电压放大倍数。

3.2 改变集电极电阻对电压放大倍数的影响

第二步，我们开始探讨集电极端的电阻的改变对电压放大倍数的影响，使得集电极端的输入电阻由小到大每次增加1KΩ均匀变化，得到了集电极端电阻的改变对三极管电压放大倍数的影响，其电阻的阻值改变与电压放大倍数的对应关系如表2所示：

在表2中，我们可以明显看到，随着集电极端的接入电阻值的增加，电压的放大倍数也是不断增加的，这是因为电压的放大倍数是由集电极端电阻和动态电阻共同决定的，其中集电极端电阻的阻值大小与电压放大倍数呈正相关，动态电阻的阻值大小与电压的放大倍数呈负相关，在接入的集电极电阻变大之后，电流会变小，会引起三极管的动态电阻变大，由表中的数据可以看出，此时电压放大倍数的变化主要取决于输入的集电极电阻即加入的电阻越大，则电压放大倍数越大。endprint

为了验证在集电极电阻变化的过程中是否一直是由集电极端电阻做主要影响条件，我们又做了以下的实验模拟，将集电极端的电阻调大后再次观察放大倍数与集电极端电阻的关系，得到如表3所示的结果。

在这个表中，我们可以很清楚地看到将集电极端的輸入电阻调大到一定的数值以后，随着输入电阻的不断放大，其电压放大倍数并没有像上一个表显示的一样电压放大倍数也在增加，而是随着输入阻值的增大，其电压放大倍数在不断地减小，在这个时候，决定电压放大倍数的主要影响因素是三极管的动态电阻的变化。

那么这个时候我们需要讨论下一个问题：为什么集电极输入端电阻的变化范围不一样会使电压放大倍数的主要影响因素不一样。

在第一个实验中，接入的阻值比较小，而且其变化范围也比较小，所以此时电阻变化的时候电流的变化值相对而言并不是很大，所以此时是输入的电阻起主导作用。而在第二个实验中，集电极端的电阻已经达到了100K左右，已经远远大于和它并联在一起的输出端阻值，而电压的放大倍数是由集电极输入电阻和输出端阻值的并联值有直接的关系，所以说在输出端电阻不变的情况下，集电极端电阻的变化对其影响并不是很大，而对于三极管的动态电阻来说，其与电流值有直接的关系，在集电极端输入电阻变大的情况下，电流会变小，从而使得动态电阻变大，使得电压放大倍数明显减小。

3.3 改变发射极端的输入电阻对电压放大倍数的影响

最后我们开始讨论发射极端的输入电阻对电压放大倍数的影响，使发射极端的输入电阻从1.9KΩ开始每次增长1KΩ，并记录三极管的输入电压，输出电压并计算出三极管的电压放大倍数，从而得到在三极管的发射极端的电阻变化对电压放大倍数的影响。实验结果如表4所示。

此次试验和试验2.1电位器阻值输入对电压放大倍数的影响结果类似，原理也相同，都是不直接参与三极管的放大过程但是通过改变电路中的电流的大小从而进一步改变三极管的动态电阻的大小以达到改变三极管的电压放大倍数的目的。在这个放大电路中三极管的发射极的目的是在现实工作过程中稳定三极管的静态工作点。

4 总结

本文分析了三极管的三极管外接阻值的大小对三极管电压放大倍数的影响，并对各个电阻变化进行模拟和结果讨论以及原因分析，因此综上所述，我们应该注意避免以上的几种情况的发生，避免造成三极管的损坏以及其他的安全事故的发生。

【参考文献】

【1】赵笑畏.三极管β值对电压放大倍数的影响新探[J].现代电子技术，2007（18）：166-168.endprint