三极管的电流放大作用解析

三极管最重要的功能——电流的放大作用(三极管放大区的运用)。

图 1 三极管的放大区

三极管的电流放大作用是指：基极电流Ibe与集电极电流Ic之间的关系，即满足Ic=β*Ibe;β系数是大于1的一个数，这个数不同型号的三极管是不一样的，通常介于几十到几百之间。

2 实验准备

演示的电路图如图所示，电路图还是上次的那幅图，只不过的唯一区别就是添加了两个电流表U3和U4。U3的目的是测试三极管的基极电流，U4的目的是测试三极管集电极的电流。

图 2三极管放大区作用演示电路

为了方便演示三极管的特性，我们这里把三极管的放大倍数β设置为100，也就是电流能放大100倍。

图 3三极管的放大倍数β设置

3 实验过程

仿真过程：让连着基极的电压源V1从0V开始输出，直到0.7V停止输出，在这个过程中记录基极电流Ibe和集电极电流Ic，根据读取的Ibe和Ic数值算出在三极管截止区、放大区、饱和区不同区域的电流放大倍数β，计算三极管的放大倍数的方式为β=Ic/Ibe;

4 实验结果

按照上面描述的操作方式进行实验，仿真结果如图所示，纵坐标是电流(单位是安培(A))横坐标是基极电压(单位是伏特(V))，绿色线是基极电压从0V到0.7V的集电极电流Ic的输出，红色线是基极电压从0V到0.7V的基极电流Ibe的输出，截止区、放大区、饱和区已在图中大概的标识出。

图 4 仿真的基极电流和集电极电流数据

从仿真的结果初步可以看出：

截止区时，Ibe与Ic之间的差距不大，几乎是重合曲线;

放大区时，Ibe与Ic之间的差距随着基极电压的变大而变大;

饱和区时，Ibe与Ic之间的差距随着基极电压的变大而变小;

5 仿真结果分析

5.1 截止区放大倍数分析

从上面的仿真结果随便抓取截止区中的一组数据，如图所示：

图 5 截止区基极电流和集电极电流

我们只需看y1对应的基极电流Ibe和集电极电流Ic即可，如图5中红色圈对应的数据，截止区的基极电流Ibe为29.8023nA，而集电极电流Ic为1.9073uA，此时的放大倍数β大概为63(根据β=Ic/Ibe计算)，也就是说电流放大倍数为63，然而这个截止区放大倍数只是仿真结果，仿真不代表实际存在，现实中这个电流放大倍数无效的，因为三极管此时的放大能力不能把电流噪声区别开，故认为截止区放大倍数为0。

从截止区的仿真数据我们可以总结如下：截止区没有放大作用。

5.2 放大区放大倍数分析

从上面的仿真结果中随便抓取刚进入放大区的一组数据，如图所示：

图 6 刚进放大区的基极电流和集电极电流

如图6中红色圈对应的数据，截止区的基极电流Ibe为1.0133uA，而集电极电流Ic为86.3810uA，此时的大概为85，也就是说电流放大倍数为85。

从上面的仿真结果中随便抓取刚进入放大区靠右区域的一组数据，如图所示：

图 7 刚进放大区靠右区域的基极电流和集电极电流

如图7中红色圈对应的数据，截止区的基极电流Ibe为6.0170uA，而集电极电流Ic为556.1994uA，此时的大概为92，也就是说电流放大倍数为92，比刚进放大区的放大倍数变大了。

紧接着在从上面的仿真结果中随便抓取放大区中间偏下区域的一组数据，如图所示：

图 8 中间偏下放大区的基极电流和集电极电流

如图8中红色圈对应的数据，截止区的基极电流Ibe为36.0530uA，而集电极电流Ic为3.2909mA，此时的大概为91，也就是说电流放大倍数为91，比刚进放大区靠右区域的放大倍数变小了。

紧接着在从上面的仿真结果中随便抓取放大区中间区域的一组数据，如图所示：

图 9 中间放大区的基极电流和集电极电流

如图9中红色圈对应的数据，截止区的基极电流Ibe为51.3486uA，而集电极电流Ic为4.6551mA，此时的大概为90，也就是说电流放大倍数为90，比进中间偏下放大区的放大倍数变小了。

在从上面的仿真结果中随便抓取进入深度放大区的一组数据，如图所示：

图 10 深度放大区的基极电流和集电极电流

如图10中红色圈对应的数据，截止区的基极电流Ibe为127.8475uA，而集电极电流Ic为10.9909mA，此时的大概为85，也就是说电流放大倍数为85，此时的放大倍数比之前在放大区中间区域的放大倍数减小。

三极管由“截止区进入放大区，在由放大区进入饱和区”的这个过程中，从放大区的仿真数据我们可以总结如下：

①处于放大区的三极管的放大倍数先增加后减小;

②处于放大区域的中间区域附近的放大倍数最大且最接近三极管规定的标称放大倍数(说具体点就是：放大区仿真的放大倍数接近我们实验开始设定的三极管放大倍数100);

③三极管刚从截止区进入放大区，或者三极管进入深度放大区时，两种情况的放大倍数都是很小的;

5.3 饱和区放大倍数分析

从上面的仿真结果中随便抓取刚进饱和区附近的一组数据，如图所示：

图 11 刚进饱和区附近的基极电流和集电极电流

如图11中红色圈对应的数据，截止区的基极电流Ibe为247.5798uA，而集电极电流Ic为11.9142mA，此时的大概为48，也就是说电流放大倍数为48，此时的放大倍数比之前在深度放大区区域的放大倍数减小了很多。

从上面的仿真结果中随便抓取进入深度饱和区的一组数据，如图所示：

图 12 深度饱和区的基极电流和集电极电流

如图12中红色圈对应的数据，截止区的基极电流Ibe为784.1842uA，而集电极电流Ic为11.9645mA，此时的大概为15，也就是说电流放大倍数为15，此时的放大倍数比之前在刚进入饱和区的放大倍数还要小很多，此时基极电流变化将不会导致集电极电流较大的变化，因为就失去了放大的作用，故我们可以认为饱和区没有放大倍数，即饱和区的放大倍数为0。

从截止区的仿真数据我们可以总结如下：饱和区没有放大作用。

6 总结

①三极管的电流放大作用只在三极管的放大区有效，截至区和饱和区都没有电流放大能力;

②“截止区进入放大区，在由放大区进入饱和区”这个过程中，放大区的放大倍数先增加后减小;

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