三极管的原理与作用
三极管的工作原理
三极管的主要作用是电流放大,以共发射极接法为例(信号从基极输入,从集电极输出,发射极接地),当基极电压UB有一个微小的变化时,基极电流IB也会随之有一小的变化,受基极电流IB的控制,集电极电流IC会有一个很大的变化,基极电流IB越大,集电极电流IC也越大,反之,基极电流越小,集电极电流也越小,即基极电流控制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多,这就是三极管的放大作用。IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β(β=ΔIC/ΔIB, Δ表示变化量。),三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。
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三极管在放大信号时,首先要进入导通状态,即要先建立合适的静态工作点,也叫 建立偏置 ,否则会放大失真。
在三极管的集电极与电源之间接一个电阻,可将电流放大转换成电压放大:当基极电压UB升高时,IB变大,
IC也变大,IC 在集电极电阻RC的压降也越大,所以三极管集电极电压UC会降低,且UB越高,UC就越低,
ΔUC=ΔUB。
三极管的作用
三极管的作用一 设计反相器管
我们知道三极管相当于一条通道,在这条通道上电流出发的那一端叫做源极,而电流到达的那一端叫做漏极,控制电流通断的那个电极叫做栅极,那么栅极需要带上什么样的电压才表示通道导通呢?一般情况下,栅极对源极的电压为0V时,表示关断,栅极上带 0.7V以上的电压时,表示导通,应该注意栅极压是对源极而言的。
上述的 MOS三极管我们叫它 N型 MOS管,对应的,还有一种 P型 MOS 管, P型 MOS管的特性正好完全相反,电流从漏极出发到达源极,栅极带上比漏极低于0.7V以下的电压时, MOS管导通。如果规定只能用一种类型的 MOS管,我们也能设计出集成电路来,想当初的半导体工艺只适合于做 N型一种类型的 MOS管,那时侯的集成电路大部分NMOS集成电路,我们熟悉的早期的 Z80、8048等,都是用 NMOS工艺制造的。后来,发展了在同一个芯片上做两种不同类型 MOS管的工艺,叫做CMOS工艺,现在已是半导体行业的主流工艺。N 管和 P管的版图设计并没有什么不一样,只要对其类型做一个标记就可以了,这个标记用来通知制造集成电路的人把这些管子做成某一类型的管子,在下图中我们把 P管用虚框圈起来作为标记。
三极管的作用二 设计集成电路
设计集成电路也很简单,不过就是把那些三极管连接起来,用什么来连接呢?总不至于用电烙铁和焊锡丝之类的方法吧?在集成电路里不用这种方法,用的是类似于双面线路板的方法,双面线路板上的过孔将线路板的两面连接了起来,在集成电路了也用了过孔,两层导电材料分别是铝和多晶硅,铝可以越过各种区域通到任何地方而不受限制,但多晶硅可不可以呢?好象可以,可是,的多晶硅越过有源区时,有源区变成了一个受多晶硅控制的电流通路:一个多余的三极管,这不是我们所希望的,所以,我们在这里增加一条规则:多晶硅不能跨越有源区。按这样的规则连接两各三极管,我们就设计了一个含有一个反相器的简单的集成电路。