半导体三极管复习提要

1、半导体三极管复习提要电流万向0基区之间的PN结称为发射结，基区与集电区之间的PN结称为集电结。结构与符号一、晶体管基本知识、晶体管的结构和分类 半导体三极管又称晶体三极管”或箱体管” 晶体管按所用半导体材料可分为硅管和错管；按用途可分为放大管和开关管；按工作 频率可分为低频管和高频管；按功率大小可分为小功率管、中功率管和大功率管；按 结构可分为NPN型和PNP型。在一块半导体基板上按特定的方式，形成三个掺杂区：集电区、基区、发射区;每个掺杂区对应引出一根电极，分别称为集电极 C、基极B、和发射极E;发射区与如图2-4所示。2）晶体管并不是两个二极管的简单组合，不能用两个二极管来代替一个晶体管。

2、一般情况下，晶体管的发射极和集电极也不能互换使用。二、晶体管的电流分配关系及电流放大作用1 .晶体管各极的电流分配关系发射极电流等于基极电流与集电极电流之和。即 Ie = I b + Ic2 .晶体管的电流放大作用“发射结正偏，集电结反偏”是晶体管具有电流放大作用的外部条件。晶体管是一种电流控制器件，其电流放大作用就是基极电流Ib的微小变化控制了集电极电流Ic的较大变化。但需要注意的是，晶体管放大电流时，被放大的Ic是由电源Ucc提供的，并不是晶体管自身产生的，放大的实质是小信号对大信号的控制作用。C O集电极L I C -【IB集电区集电结集电区A集电结基极B o基区/发射结发射区NPN型C

3、B基极B 基区发射区图2-4PNP型晶体管结构示意图及符号发射结E壮发射极半导体三极管由三区（集电区、基区、发射区）两结（集电结、发射结）和三极 （集电极C、基极B、发射极E）构成。需要注意：1） NPN型和PNP型晶体管符号的箭头方向不同，它表示发射结加正向偏置时的三、晶体管的特性曲线1 .输入特性曲线它的形状与二极管的正向特性曲线类似， 硅管的死区电压约为0.5V,错管死区电压约为 0.2V。图2-6晶体管特性测量的测试电晶体管正常导通后，硅管的Ube2 .输出特性曲线电路无交流信号输入而工作在直流状态时称为静态，静态电流放大系数I B根据晶体管的工作状态不同，可将输出特性曲线分为三个区域

4、。(1)放大区 放大区是指曲线近似平行于横轴的平坦区域。在此区域，晶体管工作于 放大状态。使晶体管工作在放大区的条件是：反射结正偏，集电结反偏。此时，发射结压降硅管为0.60.7V,错管0.20.3V,对于NPN型晶体管，UC >UB >UE0(2)饱和区饱和区是指图2-8的左边IB >0, uCE <0,3V的区域。使晶体管工作在饱和状态时的条件是：发射结正偏，集电结也正偏。此时，对于 NPN型晶体管， UB >UC >Ue,集电极C与发射极E之间如同一个处于闭合状态的开关，相当于短路。(3)截止区截止区是指图2-8中IB =0曲线以下的区域。使晶体管工作

5、在截止区的条件是：发射结反偏，集电结正偏。此时，对于 NPN型晶体管，UC >Ue >UB,集 电极C与发射极E之间电压降为电源电压，如同一个开关处于断开状态，相当于开路。 四、晶体管的主要参数1.共射极电流放大系数P电路有交流信号输入时的工作状态称为动态，动态电流放大系数P 二处AlB UCE苕数2 .极间反向电流极间反向电流是由少数载流子形成的，具大小表征了管子的温度特性。(1) I CBO (2) I CEO3 .极限参数极限参数是表征晶体管能否安全工作的参数。(l)集电极最大允许电流I Cm (2)反向击穿电压(3)集电极最大允许耗散功率Fcm二、基本放大电路一、基本放大电

6、路的组成及各元器件的作用+ +UCCRbciII +Rl u。UiT -O1 *b)图2-9共射极基本放大电路VT:三极管，具有放大作用，是放大电路的核心UCC:电源，保证晶体管的发射结正偏，集电结反偏，使晶体管处在放大状态，同时也电流放大系数是表征晶体管放大能力的参数。电路工作状态有两种:U CC - U beqI BQ(2-8)(2-9)(2-10)图2-11交流通路图(2-12)为输出信号提供能量，Rb：基极偏置电阻Rb用来调节基极偏置电流Ib,使晶体管有一个合适的工作点。Rc :集电极负载电阻Rc将集电极电流ic的变化转换为电压的变化，实现电压放大。Ci：输入耦合电容Ci用来传递交流信

7、号，起耦合的作用；同时，又使放大电路和信号 源及负载间直流相隔离，起隔直作用。C2：输出耦合电容，用来传递交流信号，起耦合的作用；同时，又使放大电路和信 号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。Rl：负载二、电路中电压和电流符号写法的规定(1)直流分量符号用大写字母加大写下标表示，如Ib表示基极的直流电流。(2)变流分量瞬时值符号用小写字母加小写下标表示，如ib表示基极的交流电流。(3)总量瞬时值 交、直流信号并存，是直流分量和交流分量之和，符号用小写字 母和大写下标表示，如iB表示基极电流的总瞬时值。三、共射极基本放大电路的静态分析静态是指无信号输入(ui =。)时电路的工作状态，此 时电路中只

8、有直流电源形成的直流电流和直流电压。静态时 晶体管各极电流和电压值称为静态工作点Q (主要指Ibq、I CQ 和 U CEQ )。1、画直流通路图：具体方法是：电感在直流电路中可视为短路；电容在直流电 路中可视为开路。2 .估算静态工作点由图210可得出电路的静态工作点通常电压Ubeq近似等于二极管的正向电压，Ucc >>Ubeq,则U ccIBQ 一ICQ - - I BQU CEQ = U cc -' RC I CQ四、共射极基本放大电路的动态分析动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、 电压随输入信号作相应变化的状态。1 .画交流通路图由于对交流信号而言，直流电源和电

9、容可 视为短路。2 .估算放大器常用性能指标(l)晶体管的输入电阻rbe估算公式为26mV:300 1I EmA从此可见，rbe与静态电流IeQ有关，静态工作点不同，rbe取值也不同。常用小功 率管的rbe约为1kQ左右。(2)电压放大倍数 Au电压放大倍数反映了放大电路对电压的放大能力，定 义为输出电压比输入电压，用 Au表示，即u。AuUi(2-13)电阻越小，向外输出信号时，自身消耗越少，放大电路的带负载能力越强。输入电压Ui=ibbe；输出电压” _i 口, ,放大电路的输出端接负载时，集电极负 UCC R l五、静态工作点的设置与波形失真载电阻Rc与放大电路的负载电阻Rl是并联的，并

10、联后称为交流等效负载RL ,即所谓失真，指输入信号经放大器输出后产生了畸变。若静态工作点Q设置偏高,输出电压Uo（即Uce）的负半周出现平顶H§变，称为饱和失真，若Q点设置偏低，则进rl = rc / rl =RcRlRcRl入截止区，输出电压Uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真，饱和失真和截止失真 都是由于工作点进入晶体管非线性区而引起的，统称为非线性失真。所以，放大电路的电压放大倍数为UoUi- %Rlmli brberbe(2-14)六、静态工作点的稳定1、分压式偏置放大电路式2-14中，负号“-”表示输出信号uo与输入信号Ui反相，这种现象称为共射放 大电路的倒相作用。它与

11、共射基本放大电路的区别是在基极增加了一个偏置电阻，在发射极增加了一个射 极电阻Re。两个基极偏置电阻 Rbi和Rb2对直流电源Ucc分压，使基极电位 Vb近似放大电路的输出端未接负载时，R：=Rc,电压放大倍数为 不变（忽略基极静态电流Ib）,因此称为分压式偏置电路。RcAu =- rbe(2-15)Rbi输入电阻ri和输出电阻ro从放大器的输入端看进去的交流等效电阻ri称为放大Ci11 + +器的输入电阻，如图2-11所示，即UiRb2RcC2 + |+ +U ccRbiIiRe- +U ccRcUiri - - - Rb rbeiiVT Rl"+1TCe12UoRb2(2-16)

12、a)Ibq -+ 、UbeqI CQ+UceqReb)图2-13分压式偏置放大电路由于晶体管C-E极之间的动态电阻很大，所以输出电阻近似等于集电极负载电阻Rc,a）分压式偏置放大电路图b）直流通路图输出电阻是衡量放大电路带负载能力的性能指标。放大电路接负载后，可以看做 是一个具有一定内阻的信号源，这个内阻就是放大电路的输出电阻。放大电路的输出忽略基极静态电流，基极电位为uRB2BQ ："Rbi ' Rb(2-17)（1）静态工作点的估算发射极静态电流为但直接耦合使各级的静态工作点不独立、相互影响，存在“零点漂移”现象夺点集电极静态电流集电极-发射极电压为(2)动态性能指标的估

13、算电压放大倍数U BQ - U BEI EQ =ReI CQ I EQU CEQ -U CC - ReRc I CQ(2-21)其中RL =Rc / Rl ,若电路未接负载，则RL =Rc(2-18)(2-19)(2-20)漂移”简称“零漂”，指放大电路的输入信号为零时，输出端还有缓慢变化电压产生 的现象。电路的级数越多，漂移越严重，目前应用最广泛的抑制“零漂”的方法是采 用差分放大器.2.阻容耦合通过电容和下一级输入电阻连接起来的方式称为阻容耦合，如图2-21所示。图2-21阻容耦合+ UccRC2 C31r一、VT2UoRe2-LC T Ce2、多级放大电路一、多级放大器的级间耦合方式常见

14、的级间耦合方式有三种：直接耦合、 阻容耦合和变压器耦合。l .直接耦合前级的输出端不经过任何元器件，与后级 的输入端直接相连接的方式，称为直接耦合，图2-20直接耦合输入电阻ri和输出电阻rori =%=Rbi Rb2 rbe(2-22)iiro 电 Rc(2-23) 由于耦合电容具有“隔直通交”的作用，可以防止级间直流工作点的相互影响。3 .变压器耦合在一些特殊的场合，还会用到通过变压器实现级间连接的耦合方式，称为变压器 耦合，由于变压器的一次和二次侧绕组之间没有直接的电路连接，不能传递直流信号具有“隔直”作用，因此，一次、二次侧的静态工作点也是相互独立的。二、多级放大器性能分析多级放大器的

15、电压放大倍数等于各级放大倍数的乘积。即U oUoiU o2UonAu00102世=儿1入2%UiUi1Ui2Uin多级放大器的输入电阻就是第一级放大器的输入电阻，即R = Rii o同理，多级放大器的输出电阻就是最后一级放大器的输出电阻，即Ro = Ron四、放大电路中的负反馈一、反馈的概念将放大电路输出信号的一部分或全部，通过一定的方式送回到放大电路输入端，使放大电路的输入量不仅受输入信号的控制，而且还受放大电路输出量的影响。这种信号的 反送过程称为反馈。输出回路中反送到输入回路的那部分信号称为反馈信号。为实现反馈，必须有一个既连接输出回路又连接输入回路的中间环节，称为反馈网络，一般由电阻、

16、电容 等元件组成。引入反馈的放大器叫反馈放大器，也叫闭环放大器；而未引入反馈的放大器称为开环 放大器，也叫基本放大器。图2-23反馈放大器框图1 .反馈的分类及判别(1)直流反馈与交流反馈可以通过观察反馈元件是出现在交流通路中还是直流通路中来判断反馈是直流 反馈还是交流反馈。若出现于直流通路中则属于直流反馈，即反馈信号中只有直流成 分，影响电路的直流性能，如静态工作点。若出现在交流通路中则属于交流反馈，反 馈信号中只有交流成分，影响电路的交流性能。反馈信号中既有交流分量也有直流分 量的，则称其为交直流反馈。(2)电压反馈与电流反馈从反馈放大电路的输出端来看，有两种取样方式：若反馈信号取自输出电

17、压的部 分或全部，称为电压反馈若反馈信号取自输出电流，称为电流反馈，判断是电压反馈还是电流反馈时，应从放大电路的输出端入手，常用“输出短路 法”。还可以根据反馈网络与输出端的接法来直观地判断：若反馈信号与输出端接同 一节点为电压反馈，否则为电流反馈。电压反馈稳定输出电压，电流反馈稳定输出电 流。(3)串联反馈与并联反馈从反馈放大电路的输入端来看，反馈信号送回到输入端有两种方式：若以电压相 加减的形式出现，即反馈信号与输入信号、放大电路的净输入信号串联而成输入回路, 称为串联反馈。若反馈信号与输入信号、放大电路的净输入信号表现为电流相加减形 式，即三信号相并联形成输入回路，称为并联反馈。判断是串

18、联反馈还是并联反馈时，应从放大电路的输入端口入手，可以采用“输 入短路法”，假设放大电路的输入端对地短路，反馈信号还能加到净输入端的为串联 反馈，否则为并联反馈。我们也可以根据反馈网络与输入端的接法来判断：若反馈信 号与输入端接同一节点为并联反馈，否则为串联反馈。(4)正反馈与负反馈引入反馈后，若反馈信号使净输入信号和输出信号减小，称为负反馈，常用于改 善放大电路性能；若反馈信号使净输入信号和输出信号增大，称为正反馈，常用于振 荡电路满足相位平衡。通常采用“瞬时极性法”来判别实际电路反馈极性的正、负。首先假定输入信号 在某一瞬时对地面言极性为正，然后由各级输入、输出之间的相位关系分别推出相关

19、各点的瞬时极性(用“表示升高，用“ £”表示降低)，最后判别反映到电路输人 端的作用是加强了输入信号还是削弱了输入信号。加强为正反馈，削弱为负反馈。对 于共射极放大电路，晶体管的基极与发射极的瞬时极性相同，基极与集电报的瞬时极 性相反。我们下面先来讨论负反馈。2 .负反馈放大器的四种基本类型上述的几种分类可以相互排列组合构成多种反馈形式。实际负反馈放大器一般有 4种基本类型：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反 馈。不同类型的反馈，对电路的性能影响不同，只有先对反馈极性和类型判断清楚， 才能正确分析电路的性能和特点。二、负反馈对放大电路性能的影响1 .降低放大

20、倍数，提高放大倍数的稳定性2 .减小非线性失真3 .展宽通频带4 .改变放大电路的输入、输出电阻。并联负反馈减小输入电阻，串联负反馈增大输入电阻；电压负反馈减小输入电阻, 电流负反馈增大输入电阻。振荡又称自激振荡，是指在电路加上直流电源后，在输入端不外接信号的情况下，输出端仍有一定频率和幅值的信号输出的现象。一般放大电路中出现自激振荡将会使电路不能正常工作，但振荡电路却是利用振荡现象来工作的。一、正弦波振荡电路的组成及分类正弦波振荡电路由4个部分组成，(1)放大电路 (2) 选频网络 (3) 正反馈网络 (4) 稳幅环节二、起振条件1 .振幅条件AuFu 1(2-32)2 .相位条件A F =

21、2k 二A F(2-33)式中k为整数，说明产生振荡时，反馈电压的相位与所需输入电压的相位相同，即形成正反馈。因此，由相位平衡条件可确定振荡器的振荡频率。四、自激振荡平衡条件可得到振幅平衡条件：AuFu=l(2-34)相位平衡条件A"2":正弦波振荡器的搭建与调试、振荡的概念例题例2、一个三极管接在电路中，看不出它的型号，也无其它标志，但可测出它的三个例1、共射极基本放大电路中，已知 Ucc =12V, Rb =300kQ, Rc=R_=2kQ, 0 =电极的对地电位。设电极 A的Va=-9V;电极B的Vb=-6V;电极C的Vc=-6.2V;试80。求接入负载电阻Rl前后放

22、大电路的电压放大倍数 Au、输入电阻ri和输出电阻ro图2-9共射极基本放大电路图2-11交流通路图分析哪个是b、e c电极。答：在放大状态工作的三极管应保证发射结正偏，集电结反偏,即 Vc > Vb > VE I,所以电极A为集电极，电极B为发射极，电极C为基极例3:电路及参数如图，求Q点值解：根据相应估算公式可得I BqU cc12300mA=0.04mArbe- 26mV26mV26mV：300 1 - =300 =300 = 950'.1I E mAI BQmA0.04mA未接入负载电阻Rl前，电压放大倍数0 c80 2000=- -168%950接入负载电阻Rl后，电压放大倍数_2 2Rl =Rc / Rl = =1k'2 2rbe80 100084950输入电阻Ui ri =一 iic 300 950“