在電子技術(shù)領(lǐng)域，三極管是一種至關(guān)重要的電子元件，它在眾多電子設(shè)備中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在生活里，授課、集會(huì)、維持秩序等場合常常需要用到擴(kuò)音器、音響等設(shè)備，而這些設(shè)備能夠放大聲音，正是因?yàn)樗鼈兌及糯笃鳎糯笃鞯牟考闶侨龢O管。那么，三極管究竟是如何放大聲音信號的呢？讓我們帶著這個(gè)問題，深入學(xué)習(xí)三極管的結(jié)構(gòu)與工作原理。

與二極管類似，三極管也是由 PN 結(jié)構(gòu)成的。它的內(nèi)部包含兩個(gè) PN 結(jié)，這兩個(gè) PN 結(jié)由三片半導(dǎo)體構(gòu)成。根據(jù)這三片半導(dǎo)體排列方式的不同，三極管可以分成 NPN 型和 PNP 型。以 NPN 型為例，三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以概括為三極、三區(qū)、兩結(jié)。從三片半導(dǎo)體各引出一個(gè)引腳，即為三極，中間為基極 B，兩邊分別為集電極 C 和發(fā)射極 E。與三個(gè)引腳相連的三片半導(dǎo)體即為 “三區(qū)”，分別是基區(qū)、集電區(qū)和發(fā)射區(qū)。

三個(gè)區(qū)在結(jié)構(gòu)上各有特點(diǎn)，基區(qū)薄，集電區(qū)面積，發(fā)射區(qū)摻雜濃度。三個(gè)區(qū)相互結(jié)合，在交界處形成兩個(gè) PN 結(jié)?；鶇^(qū)與集電區(qū)交界處稱為集電結(jié)，基區(qū)與發(fā)射區(qū)交界處稱為發(fā)射結(jié)。在電路中，通常用字母 VT 表示三極管，圖形符號中的箭頭表示發(fā)射結(jié)導(dǎo)通時(shí)的電流方向。由于 PN 結(jié)導(dǎo)通時(shí)，電流從 P 區(qū)流向 N 區(qū)，因此，NPN 型箭頭向外，PNP 型箭頭向里。

了解了三極管的結(jié)構(gòu)，接下來我們探討它是怎樣放大信號的。我們可以用水流來類比電流，將三極管想象成一個(gè) T 形水管，水管的三個(gè)口相當(dāng)于三極管的三個(gè)極，對應(yīng)集電極和基極位置上有控制出水量大小的聯(lián)動(dòng)閥門。小閥門靠水流沖擊打開，大閥門在聯(lián)動(dòng)桿的帶動(dòng)下動(dòng)作，三個(gè)極的電流就相當(dāng)于水管三個(gè)口流過的水流。

當(dāng)有水流沖擊小閥門時(shí)，在聯(lián)動(dòng)桿的帶動(dòng)下大閥門也打開，較大水流流下，終大小水流在下端匯聚流出。如果增大小閥門處的水流，大閥門開啟角度也增大，水管下端流出的水流也就越多。小閥門處較小的水流流入，終在下端有較大的水流流出，這就是三極管的放大狀態(tài)。在此過程中，要使基極電流流向發(fā)射極，發(fā)射結(jié)必須要正偏，要使集電極電流受基極電流控制，集電結(jié)需要反偏。因此，在這個(gè)條件下三個(gè)極電位應(yīng)滿足 VC＞VB＞VE。

當(dāng)發(fā)射結(jié)反偏，或發(fā)射結(jié)電壓小于導(dǎo)通電壓時(shí)，這就相當(dāng)于小閥門處的水流很微弱不足以推動(dòng)閥門打開，自然也就沒有電流輸出，這種狀態(tài)稱為截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)三極管截止時(shí)，IC 很小，集 - 射極間電壓近似等于電源電壓，相當(dāng)于開路，三極管可看作一個(gè)斷開的開關(guān)。當(dāng)三極管飽和時(shí)，IC 很大，集 - 射極間電壓很小，相當(dāng)于短路，三極管可看作一個(gè)閉合的開關(guān)。

在放大區(qū)內(nèi)，當(dāng)基極電流 IB 為 20uA 輸入時(shí)，集電極電流 IC 輸出約為 10mA，并且 IB 每增加 20uA，IC 也相應(yīng)增加 10mA 左右，說明此區(qū)域內(nèi)三極管能夠放大電流。因此，三極管可以作為開關(guān)器件和放大器件使用。作為開關(guān)器件使用時(shí)，三極管工作在截止區(qū)、飽和區(qū)。作為放大器件使用時(shí)，三極管工作在放大區(qū)。

放大，是三極管十分常見的一種應(yīng)用，那么如何衡量三極管的放大能力呢？下面我們通過實(shí)驗(yàn)來研究三極管的電流放大作用。在仿真軟件中，按圖連接電路，調(diào)節(jié)電位器，觀察三個(gè)極的電流。進(jìn)入仿真，調(diào)節(jié)電位器 RP1，觀察電流，IB 從 13.101uA 增加至 15.321uA，IC 從 2.645mA 增加至 3.089mA。這說明三極管用一個(gè)微小的基極電流變化量控制了較大的集電極電流變化量，這就是三極管放大的實(shí)質(zhì)。

利用該仿真電路，不斷調(diào)節(jié)電位器，我們可以得到一系列電流的測量值?？v向觀察可以發(fā)現(xiàn)，在放大狀態(tài)下，發(fā)射極電流等于基極電流與集電極電流之和，即 IE = IB + IC。這就是三極管電流分配關(guān)系。由于基極電流很小，發(fā)射極電流近似等于集電極電流，即 IE≈IC。

那三極管能把電流放大多少倍呢？用輸出的集電極電流 0.56mA 除以輸入的基極電流 0.01mA 等于 56，這表明三極管可以將基極電流 IB 放大 56 倍。依次類推，得到其他組電流放大倍數(shù)。對比發(fā)現(xiàn)，各組數(shù)值相近。這說明在放大狀態(tài)下，三極管的放大能力是一個(gè)固定值，稱為直流放大系數(shù)，等于集電極電流與基極電流之比。

三極管不僅能放大直流電流，還能放大交流信號。集電極電流與基極電流的變化量的比值稱為交流放大系數(shù)。在工程中，交直流放大系數(shù)近似相等。放大系數(shù)表明了三極管的放大能力。放大系數(shù)太小，放大能力較差。放大系數(shù)太大，電路工作不穩(wěn)定。因此使用中需要合理選擇，一般我們選擇放大系數(shù)在 30 - 100 這個(gè)范圍內(nèi)。

現(xiàn)在我們就可以回答聲音是如何被放大的這個(gè)問題了！音響設(shè)備中的功率放大器就是利用兩個(gè)參數(shù)完全相同的 NPN 和 PNP 型對管，構(gòu)成互補(bǔ)對稱電路。經(jīng)過不斷的電流放大，實(shí)現(xiàn)功率放大，從而推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲響。