三極管在電路中的應用

1、信號放大(電壓放大)
應用場景 :麥克風聲音放大、耳機驅動、廣播信號接收等音頻設備

原理解析 : 想象三極管如同一個精準的水龍頭:

基極(B)電流如同擰動閥門的微弱力量(輸入信號)
集電極(C)到發射極(E)電流如同水流(輸出信號)
三極管處于放大區時,水流(輸出電流)大小緊密跟隨閥門(基極電流)變化
關鍵參數:電流放大系數 β (Ic ≈ β * Ib),可將微小基極電流放大數十至數百倍

2、驅動能力放大(電流放大)
一般單片機、DSP、ARM、CPLD/FPGA等CPU的IO口驅動電流比較弱,無法直接驅動負載,最常用的是使用三極管進行電流驅動能力放大
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3、阻抗變換:信號與負載間的“適配器”
應用場景 :連接高輸出阻抗信號源與低輸入阻抗負載;如傳感器信號讀取、多級放大電路間耦合

原理解析 :
射極跟隨器(共集電極電路)是典型結構
擁有高輸入阻抗(減少對前級影響)、低輸出阻抗(輕松驅動后級負載)
電壓增益接近1(≈1),但電流增益高,功率無損傳輸
三極管的推挽型射極跟隨器
由于射極帶負載電阻的射極跟隨器,在輸出很大電流時也就是阻抗較低情況時,輸出波形的負半軸會被截去,不能得到完整的輸出最大電壓而失真。為提升性能并改善這個缺點將發射極負載電阻換成PNP管的射極跟隨器電路稱之為推挽射極跟隨器。
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4、開關電路
當電子開關時一般使用三極管的飽和區,通過控制基極使三極管處于飽和或截止區,從而實現三極管開通或斷開,起到開關的作用。

開關控制:實現電路狀態的 “精準切換”。在數字電路和自動控制領域,三極管的開關特性使其成為電路狀態的 “智能閘刀”。當三極管工作在飽和區和截止區時,可分別對應開關的 “導通” 和 “斷開” 狀態。

當基極注入足夠大的電流時,三極管進入飽和狀態,集電極與發射極之間的壓降接近零,相當于開關閉合,電流可自由通過;而當基極電流為零時,三極管處于截止狀態,集電極與發射極之間呈現高阻抗,如同開關斷開,幾乎無電流通過。這種快速切換能力使其廣泛應用于繼電器驅動、LED 閃爍控制、電機啟停等場

5、實現基本邏輯
多三極管組合可實現與門(AND)、或門(OR)等邏輯功能
構成數字電路底層基礎(雖如今多由集成芯片替代)

如下圖所示,使用NPN三極管進行取反,十分方便,輸入為高電平時,輸出為低;輸入為低電平時,輸出為高(5V)。
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① 三極管非門
A為高電平,T1導通,Y為低電平;A為低電平,T1截止,Y為高電平
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② 三極管與門
用2個NPN三極管搭建與門;A和B都為高電平時,T2和T3都導通,此時Y為高電平。

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用1個NPN和1個PNP搭建的與門,當A和B均為高電平時,T4和T6都導通,Y為高電平。
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③ 三極管或門
在二極管或門基礎上,可以加一個NPN三極管,也可以組成或門,A和B只要有一個高電平,T5就會導通,Y會由低電平變為高電平;當A和B都為低電平時,T5才截止,Y為低電平
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④ 三極管與非門
與非門由與門和非門組成,在三極管與門基礎上稍作修改,可以變為三極管與非門。
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⑤ 三極管或非門
用2個PNP三極管搭建的或非門,A和B只要有一個高電平,Y就為低電平;當A和B都為低電平時,T9和T10均導通,Y為高電平。
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