第二章雙極型晶體二極管及基本放大電路雙極型晶體三極管放大器的工作原理放大電路的分析方法共集放大電路共基放大電路極間耦合方式第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)第六節(jié)

晶體三極管有兩大類型:雙極型三極管場效應(yīng)管（單極性）一晶體三極管的工作原理雙極型三極管是由兩種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件;由兩個PN結(jié)組合而成;是電流控制電流(CCCS)器件。

場效應(yīng)管僅由一種載流子參與導(dǎo)電;是電壓控制電流(VCCS)器件。第一節(jié)雙極型晶體三極管

1/12/2023（一）晶體三極管的結(jié)構(gòu)（二）晶體三極管內(nèi)部載流子傳輸過程（三）晶體三極管的電流關(guān)系（四）晶體三極管的特性曲線（五）晶體三極管的參數(shù)（六）晶體三極管的型號

一.晶體三極管的工作原理1/12/2023圖02.01兩種極性的雙極型三極管（一）晶體三極管的結(jié)構(gòu)雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。分兩種類型:NPN型和PNP型：E-B間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)(Je)

C-B間的PN結(jié)成為集電結(jié)(Jc)

稱為基區(qū)，加上電極稱為基極，用B或b表示（Base）；

稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；

稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示（Collector）。1/12/20231.符號：雙極型三極管的符號如圖:2.特點:（1）.發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大。

（2）.集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結(jié)面積大。

（3）.基區(qū)要制造得濃度低，且很薄。（其厚度一般在幾個微米至幾十個微米）發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實際方向。（二）.三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程1.三極管具有放大功能的條件：

必須滿足：(1).內(nèi)部條件:發(fā)射區(qū)濃度高，基區(qū)濃度低且薄。(2).外部條件:發(fā)射結(jié)加正向電壓,集電結(jié)加反向電壓。1.使三極管的發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子;2.通過發(fā)射結(jié)位壘的控制和基區(qū)的傳送;3.最后由集電極收集電子。結(jié)論滿足上述條件，則在三極管內(nèi)部完成如下過程：1/12/2023(1).由于發(fā)射結(jié)正偏:有大量的電子從發(fā)射極向基區(qū)擴散，形成的電流IEN。圖三極管的電流傳輸關(guān)系(2).

基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴散運動，但數(shù)量小，形成的電流IEP;2.載流子的傳輸過程:只有少數(shù)電子在基區(qū)被復(fù)合，形成的電流是IBN。圖三極管的電流傳輸關(guān)系(3).電子流在基區(qū)停留時間很短;在集電結(jié)反偏電壓作用下,很快進(jìn)入集電結(jié)的結(jié)電場區(qū)域;被集電極收集，形成集電極電流ICN。另外因集電結(jié)反偏，使集電區(qū)的少子形成漂移電流ICBO綜上所述,得如下電流關(guān)系:

IE=IEN＋I(xiàn)EP

且有IEN>>IEP

IEN=ICN+IBN

且有IEN>>IBN

及ICN>>IBNIC=ICN+ICBO

IB=IEP+IBN－ICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN

=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)

(動畫2-1)得:IE=IC+IB

傳輸?shù)郊姌O的電子形成的電流

由以上分析可知:1.發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)很薄，是保證三極管能夠?qū)崿F(xiàn)電流放大的關(guān)鍵。2.兩個PN結(jié)對接，相當(dāng)于基區(qū)很厚，所以沒有電流放大作用。結(jié)論4.三極管極間的電流關(guān)系為：

IE=IC+IB問題1.一個PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕瑑蓚€PN具有何種特性？2.晶體管是通過什么方式來控制集電極電流的？（三）三極管共基連接電流分配關(guān)系1.三種組態(tài)：

三極管有三個電極，兩個為輸入,兩個為輸出，必然有一個極是公共電極。共有三種接法也稱三種組態(tài)：(2).共基極接法:基極作為公共電極，用CB表示。(1).共射極接法:射極作為公共電極，用CE表示；(3).共集電極接法：集電極作為公共電極，用CC表示1/12/20232.三極管的電流放大系數(shù)為表示集電極電流IC和發(fā)射極電流IE之間的關(guān)系，定義了共基接法時的直流電流放大系數(shù):IC=ICN+ICBO

ICN

=IC-ICBO=IC/IB=(ICN+ICBO)/IB定義共發(fā)射極接法直流電流放大系數(shù):IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO由于:忽略IE=IC+IBIC=βIB3.共射極連接時工作原理若：rbe=1k,RL=1k,=100,

則：AU=100。有很小的

Ui引起

Ib

明顯的變化，導(dǎo)致

Ic較大的變化

，從而引起較大的

Uo變化，以此體現(xiàn)放大作用。輸入電壓Ui;輸出電壓

Uo

Uo

Ui共射極電路的電壓增益為：

Ic

Ib二.雙極型半導(dǎo)體三極管的特性曲線B是輸入極，C是輸出極，E是公共極。曲線是共射極接法的特性曲線。

輸入特性曲線——iB=f(uBE)

uCE=const

輸出特性曲線——iC=f(uCE)

iB=const共發(fā)射極接法三極管的特性曲線:1/12/2023(3).

UCE≥1V或再增加時:

曲線右移不明顯。曲線的右移是三極管基區(qū)調(diào)制效應(yīng);右移不明顯說明基區(qū)調(diào)制效應(yīng)很弱。輸入特性曲線的分區(qū)：①死區(qū)

②非線性區(qū)

③線性區(qū)1.輸入特性曲線圖02.05共射接法輸入特性曲線(1).當(dāng)UCE=0V時:相當(dāng)于PN結(jié)的正向特性曲線。(發(fā)射結(jié))(2).當(dāng)UCE=1V時:集電結(jié)進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，使基區(qū)復(fù)合減少，IC/IB增大，特性曲線將向右移動一些。iB=f(uBE)

uCE=const輸出特性曲線——iC=f(uCE)

iB=const2.輸出特性曲線(1).當(dāng)UCE=0V時:集電極無收集作用，iC=0。圖共射極接法輸出特性曲線共射極接法的輸出特性曲線:(如圖所示)為以iB為參變量的一族特性曲線，現(xiàn)以任何一條為例:發(fā)射結(jié)正向偏置，而集電結(jié)反偏電壓很小，集電區(qū)開始收集電子。iC主要由UCE決定。（即Uce較小的變化會引起iC較大的變化）0<UCE<1時:共射極接法輸出特性曲線（3）.UCE再增加時：電流無明顯增加。特性曲線進(jìn)入與UCE軸基本平行的區(qū)域；曲線上翹(由基區(qū)調(diào)制效應(yīng)引起)

（2）.UCE≥1V時：運動到集電的電子基本上都被收集。(動畫2-2)輸出特性曲線Ube<U(門限電壓)，管子截止。此時發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏

Ib=0飽和區(qū)共射輸出特性曲線發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏電壓很小。IC主要受UCE控制,此區(qū)域為飽和區(qū)。飽和壓降UCES=0.2V左右。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏I(xiàn)C主要受Ib控制,IC=IbIC不隨UCE增加，曲線水平狀。曲線略有上升。放大區(qū)截止區(qū)3.輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域:三.

半導(dǎo)體三極管的參數(shù)①.共射極直流電流放大系數(shù):

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBuCE=const半導(dǎo)體三極管的參數(shù)分為：直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)三大類。1.直流參數(shù)直流電流放大系數(shù).共基極直流電流放大系數(shù):

=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE(1).交流電流放大系數(shù).共射極交流電流放大系數(shù):

=IC/IBUCE=const2.交流參數(shù).共基極交流電流放大系數(shù):

α=IC/IE

UCB=const(2).集電極最大允許功率損耗PCM

集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗：

PCM=ICUCB≈ICUCE因發(fā)射結(jié)正偏呈低阻，所以功耗主要集中在集電結(jié)上。計算時往往用UCE取代UCB。

(1).集電極最大允許電流ICM：3.極限參數(shù)安全工作時為集電極允許流過最大電流ICM。集電極基極間反向飽和電流ICBO

相當(dāng)于集電結(jié)的反向飽和電流。

.集電極發(fā)射極間的反向飽和電流

ICEO

ICEO和ICBO有如下關(guān)系

ICEO=（1+）ICBO(3).極間反向電流1.BUceO——基極開路時集電極與發(fā)射極之間的擊穿電壓。3.BUceR表示BE間接電阻R時，集電極與發(fā)射極之間的擊穿電壓。2.BUceS表示BE間短路時集電極與發(fā)射極之間的擊穿電壓。擊穿電壓之間的關(guān)系：

BUceS＞BUceR＞BUceO

(4).反向擊穿電壓BUceSBUceRBUceo由PCM、ICM和UCEO在輸出特性曲線上可確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)，從而確定一個安全工作區(qū)。圖輸出特性曲線上的安全工作區(qū)四.半導(dǎo)體三極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體三極管的命名如下:3

D

G

110B

用字母表示同一型號中的不同規(guī)格用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示器件的種類用字母表示材料

三極管第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻小功率管、K開關(guān)管1/12/2023

表雙極型三極管的參數(shù)參

數(shù)型

號

PCM

mWICM

mAVRCBO

VVRCEO

VVREBO

VICBO

μAf

T

MHz3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5A5A3002504≤2mA3DK100B100302515≤0.13003DKG23250W30A4003258注：*為f1/12/2023一、放大的概念放大是基本放大電路最重要的功能之一。1.放大電路的功能：是把微弱的電信號，增大到所需的數(shù)值。輸出量在幅度上得到了放大，輸出信號的能量得到了加強。2.放大的實質(zhì)：是能量的轉(zhuǎn)換（控制），輸出信號的能量是由直流電源提供的，經(jīng)過三極管的控制，轉(zhuǎn)換成信號能量，提供給負(fù)載。第二節(jié)放大器的工作原理

放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖見圖:放大概念示意圖二基本放大電路的工作原理(一).共射極接法交流基本放大電路的組成(二).放大器的靜止工作狀態(tài)(三).放大器的交流工作狀態(tài)(四).放大器的放大倍數(shù)1.電源的設(shè)置：2.結(jié)構(gòu)安排：3.元件參數(shù)設(shè)置：基本組成如下：三極管T——起放大作用負(fù)載電阻RC、RL——將變化的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。偏置電路EC、Rb——使三極管有一個合適的靜態(tài)工作點，從而工作在線性放大區(qū)。耦合電容C1、C2——隔直，通交。

共射極基本放大電路

(一)

共射極基本放大電路的組成三極管是放大元件，但不能單獨使用，要按一定的原則組成放大電路：要滿足三極管的放大條件。射極正偏，集電極反偏。使放大器有合適的靜態(tài)工作點使信號有一定的傳輸路徑。UiUo

(二)放大電路的靜止工作狀態(tài)靜態(tài):

Ui=0時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。放大電路建立合適的靜態(tài)值，是保證動態(tài)工作的前提。正確地區(qū)分靜態(tài)和動態(tài)，是分析放大電路得關(guān)鍵。注意1.靜態(tài)工作點的解析法計算

IB、IC和UCE代表的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)工作點，用Q表示。測試基本放大電路時，測量UB、UE和UC三個電極對地的電位即可確定三極管的工作狀態(tài)。利用直流通路可對放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析:UBEUCE靜態(tài)工作狀態(tài)的圖解分析靜態(tài)：Ui=0時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值IBQ、ICQ、UCEQ，即靜態(tài)工作點Q。靜態(tài)工作點的位置直接影響放大電路的質(zhì)量1.解析法：利用直流通路來求解。直流通路：是能通過直流的通道。將電路中的耦合電容和旁路電容開路，即可得到。UoUiEC靜態(tài)分析方法：解析法圖解分析法工作原理(二)放大電路的靜止工作狀態(tài)工作原理用解析法分析ECIBQICQUBEQUCEQSi管：UBEQ=0.6V~0.7VGe管:UBEQ=0.2V~0.3V（2）求靜態(tài)值：（1）首先畫出直流通路求解順序是先求IBQ→ICQ→UCEQUCEQ=EC-ICQRC工作原理2.圖解法放大電路的輸入和輸出直流負(fù)載線三極管的輸入和輸出特性曲線確定靜態(tài)工作點