半导体三极管及放大电路基础

半导体三极管及放大电路基础半导体三极管基本放大电路半导体三极管频率：高频管、低频管功率：材料：小、中、大功率管硅管、锗管类型：NPN型、PNP型半导体三极管是具有电流放大功能的元件晶体三极管的结构发射结

集电结基极发射极

集电极晶体三极管是由两个PN结组成的发射区基区

集电区三极管电流分配

半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。三极的工作原理

发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为IEN。从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为IEP。（这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。）

进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流ICN。在基区被复合的电子形成的电流是IBN。另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流ICBO。

很小的基极电流IB，就可以控制较大的集电极电流IC，从而实现了放大作用。三极管的电流关系共集电极接法：集电极作为公共端；共基极接法：基极作为公共端。共发射极接法：发射极作为公共端；各极电流之间的关系式共基极电流传输系数。因ICBO较小，所以又因则，IC≈IE因ICEO较小，所以共发射极电流放大系数。IE=IC+IB>>1半导体三极管的特性曲线

iB是输入电流，vBE是加在B、E两极间的输电压。输入特性曲线—

iB=f(vBE)

vCE=常数

共发射极接法的输入特性曲线其中vCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线，当vCE≥1V时，vCB=vCE

-vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，IC/IB增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但vCE再增加时，曲线右移很不明显。

导通电压锗管0.1~0.3V硅管0.6~0.8V输出特性曲线—

iC=f(vCE)

iB=常数iC是输出电流，vCE是输出电压。

⑴放大区：发射结正偏、集电结反偏⑵截止区：

IB=0以下的区域。⑶饱和区：发射结和集电结均为正偏。IC随着VCE的变化而迅速变化。工程上以VCE=0.3伏作为放大区和饱和区的分界线。VCE大于0.7

V左右(硅管)。发射结和集电结均为反偏。测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。

放大截止饱和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大Vc>Vb>Ve放大Vc<Vb<Ve发射结和集电结均为反偏。发射结和集电结均为正偏。例1：

测得VB=4.5

V、VE=3.8

V、VC=8

V，试判断三极管的工作状态。放大例2：半导体三极管的参数

直流参数、交流参数、极限参数①直流电流放大系数

1.共发射极直流电流放大系数

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=常数一.直流参数

2.共基极直流电流放大系数 =（IC－ICBO）/IE≈IC/IE 显然与之间有如下关系:=IC/IE=IB/1+IB=/1+②极间反向电流

1.集电极基极间反向饱和电流ICBO

ICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。

2.集电极发射极间的反向饱和电流ICEO

ICEO和ICBO有如下关系

ICEO=（1+）ICBO相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的Y坐标的数值。二.交流参数①交流电流放大系数1.共发射极交流电流放大系数

=IC/IBvCE=const在放大区值基本不变，通过垂直于X轴的直线由IC/IB求得。

在输出特性曲线上求β

2.共基极交流电流放大系数α

α=IC/IE

VCB=const当ICBO和ICEO很小时，可以不加区分。②特征频率fT

三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。①集电极最大允许电流ICM

三极管集电极最大允许电流ICM。当IC＞ICM时，管子性能将显著下降，甚至会损坏三极管。②集电极最大允许功率损耗PCM

集电极电流通过集电结时所产生的功耗，

PCM=ICVCB≈ICVCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用VCE取代VCB。三.极限参数③反向击穿电压

1.V(BR)CBO——发射极开路时的集电结击穿电压。下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。

2.V(BR)EBO——集电极开路时发射结的击穿电压。3.V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。对于V(BR)CER表示BE间接有电阻，V(BR)CES表示BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系

V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO由PCM、ICM和V(B蛋R)靠CE颜O在输压出特疮性曲稀线上姐可以电确定亮过损阶耗区芝、过建电流抬区和询击穿娘区。输出弊特性母曲线质上的烂过损造耗区始和击盖穿区半导顺体三单极管霜的型舱号国家灾标准倦对半庙导体衬三极场管的丙命名乓如下疤:3DG11小0B第二乘位：A锗PN村P管、B锗NP脑N管、C硅PN盗P管、D硅NP隔N管第三怀位：X低频趁小功忙率管朴、D低频骂大功宜率管奏、G高频遇小功益率管耍、A高频稳大功锹率管恋、K开关状管材料器件皆的种稳类同种宿器件挤型号催的序届号同一毅型号绝中的佣不同闲规格三极脱管双极松型三碎极管汽的参叹数参

数型

号

PCMmWICMmAVRCBOVVRCEO

VVREBO

VICBO

μAfT

MHz3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5A5A3002504≤2mA3DK100B100302515≤0.13003DKG23250W30A4003258注：叶*为f基本事放大级电路基本协放大将电路舟一般许是指糖由一位个三滨极管锡与相家应元通件组燥成的井三种渣基本胀组态寻放大俩电路渣。共发总射极粮、共集垂电极敲、共基凉极放大浊电路靠的主哥要技拾术指圾标(1)竿放大棕倍数(2蛋)输俊入电勾阻Ri(3举)输出算电阻Ro(4移)通频兔带(1逗)放大园倍数输出衰信号侧的电馆压和西电流遣幅度胜得到昌了放菠大，侵所以柴输出罗功率丝式也会若有所毅放大跑。对甩放大宵电路帮而言谋有电压商放大石倍数纯、电邀流放至大倍挑数和功率后放大拐倍数,通钻常它甘们都币是按担正弦拦量定间义的波。电压放大倍数电流放大倍数功率放大倍数(2剪)输入撇电阻Ri输入衫电阻补是表哨明放役大电阿路从苦信号熟源吸券取电确流大欢小的泼参数迷，Ri大放斑大电笔路从歉信号锈源吸酸取的万电流党小，欢反之议则大鄙。(3蔬)输出陡电阻Ro输出昌电阻槽是表休明放赚大电勇路带语负载筹的能齐力，Ro大表疏明放愧大电谨路带然负载钱的能瓣力差用，反娘之则拿强。注意扛：放夏大倍桑数、蛋输入旁电阻蔑、输趴出电征阻通需常都稻是在乱正弦昂信号塘下的辉交流垦参数萌，只样有在败放大章电路祥处于测放大序状态哀且输魄出不亦失真航的条翻件下赶才有育意义阻。(4栗)责通频殃带BW相应堡的频稠率fL称为扒下限静频率宜，fH称为逝上限红频率。

放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当A(f)下降到中频电压放大倍数A0的1/时，即基本循放大资电路盈的工既作原荷理(1旷)患共发洗射极菜基本休放大忌电路宝的组勤成三极芦管T起放箭大作疫用。偏置鉴电路VCC、Rb提供岂电源郑，并拣使三是极管工作接在线爹性区冒。耦合荡电容C1、C2输入冷耦合佩电容C1保证卖信号加到蚀发射暑结，不影延响发暮射结偏置墓。输友出耦合电情容C2保证信号唤输送册到负载，既不影若响集电结快偏置尤。负载袜电阻RC、RL将变留化的须集电节极电蜂流转换参为电竞压输旋出。(2樱)静态谢和动年态静态:时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。放大贩电路泳建立妻正确自的静展态，珠是保魂证动恶态工肆作的专前提怖。分庭析放真大电欲路必们须要躲正确樱地区峡分静蜘态和色动态桶，正识确地胜区分迁直流毯通路掏和交悠流通搁路。动态:时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。直流学电源垮和耦陈合电彼容对宇交流衬相当症于短鼻路(3毒)碑直流招通路泼和交颜流通扩路(a)直流昼通路直流刑通路能通减过直聪流的桐通路破。交流屠通路能通零过交洽流的朝电路僚通路俩。(b)交流删通路(4裂)设放大诊原理输入貌信号眼通过精耦合钢电容蝴加在满三极身管的馆发射皮结于笋是有下列冰过程：三极谜管放祥大作昏用变化的通过转变为变化的输出放大威电路节的基燃本分棋析方死法①静纯态工饭作状敞态的吧计算蚂分析疗法IB、IC和VCE这些涂量代悦表的锋工作丹状态公称为静态率工作华点，用Q表示老。在都测试自基本捉放大陶电路苏时，拘往往至测量案三个筝电极驴对地香的电足位VB、VE和VC即可淹确定菠三极殃管的碌静态焰工作纠状态。根据坟直流剪通路元对放岁大电洗路的美静态谱进行引计算②静会态工育作状英态的翁图解起分析父法2.慈由传直流吴负载粮线VCE=VCC－ICRCVCC乔、VCC/Rc3.匠得扁到Q点的王参数IB、IC和VCE。1.痕在棚输出挎特性玻曲线甜上确纯定两个叔特殊牺点,即肺可画膨出直迅流负椅载线正。放大呜电路葬的动说态图望解分奸析（1糖）交村流负尸载线1.妈从B点通跃过输压出特曾性曲下线上打的Q点做馆一条著直线棍，其斜丢率为-1/R'L。2.R'L=RL∥Rc，是交绿流负导载电大阻。3.挤交流肿负载负线是漫有交叉流差输入氏信号蛙时Q点的莲运动袭轨迹谨。4.胸交流谦负载朴线与环直流负载廉线相渡交Q点。通过杏图解久分析棒，可娃得如雪下结娃论：1.vivBEiBiCvCE|-vo|2.vo与vi相位驰相反桶；3.货可夏以测很量出还放大只电路委的电岂压放孙大倍夹数；4.凉可颠以确吃定最牲大不撕失真末输出及幅度。(2办)交流块工作臂状态戒的图沃解分堵析①波形快的失辟真饱和焦失真截止鹅失真由于工放大凳电路迎的工蛾作点造达到马了三杂极管的饱倘和区钞而引守起的肯非线锤性失梢真。艇对于NP升N管，输出饲电压届表现冤为底沉部失粘真。由于另放大绞电路灭的工矩作点办达到栗了三被极管的截锻止区谁而引杏起的旷非线鸦性失纲真。休对于NP场N管，输出御电压装表现奋为顶妈部失鞋真。(3车)最大双不失碑真输痛出幅意度注意许：对叔于PN娱P管，挎由于郑是负桨电源芹供电需，失厘真的阿表现腰形式洽，与NP浇N管正表好相透反。波形（动画汁3-耐3）②放团大电萍路的葬最大掉不失关真输静出幅跌度放大锡电路魂要想愈获得夕大的碗不失批真输仁出幅岩度，做需要术：1.寒工作针点Q要设液置在敏输出陷特性香曲线体放大敲区的引中间沫部位惭；2.惧要有顿合适摸的交涌流负讨载线。（4）非线颂性失醋真放大辅器要殖求输江出信搜号与荷输入僚信号弟之间咱是线糟性关咽系，屡不能种产生循失真爱。由于缓三极韵管存合在非欣线性较，使疾输出哑信号内产生村了非线川性失毒真。非线秃性失梳真系楚数的而定义乘：在某该一正鸦弦信年号输越入下幅，输复出波令形因道非线辣性而闲产生天失真历，其诞谐波锅分量介的总化有效棕值与居基波头分量妄之比直，用TH榆D表示更，即(5马)输出缴功率黄和功绩率三贫角形要想PO大，听就要余使功种率三痒角形挥的面粗积大枯，即灵必须矛使Vom和Iom都要圆大。放大术电路巾向电此阻性姓负载熄提供丢的输出节功率在输楚出特榴性曲弯线上吐，三病角形AB鞠Q的面泻积，纺称为功率哀三角勾形。三极宗管的谱低频升小信悲号模适型(1胸)模慰型的鸟建立1.担三极布管可颜以用软一个纸模型秧来代至替。2.锯对于填低频排模型则可以置不考市虑结效电容景的影强响。3.溪小信会号意洪味着饲三极绣管在衡线性欢条件央下工竿作，颂微变厘也具作有线含性同稀样的惰含义。h参数敬模型（2)模型赶中的品主要赚参数rbe交流葬输入刮电阻iB——输出殿电流茶源表示辰三极哭管的电流荷放大励作用①hie为输入便电阻，即rbe。②hre为电压尿反馈喊系数，即μr。③hfe为电流箩放大俯系数，即。④hoe为输出遍电导，即1/rce。(3务)模型仆简化μr反映斥三极掠管内坑部的威电压劲反馈美，因恢数量汪很小由，一讯般可幕以忽急略。1/rce与电件流源和并联蜘时，恒分流奋极小梳，可防作开盖路处客理。用H参数抄小信简号模从型分并析共勉射极杜基本屯放大零电路(1悄)小码信号斩等效犁电路(2翼)电压踩增益(3弓)输入侨电阻Ri(4)输出耽电阻Ro稳定及工作蜘点I1分压圾式偏丸置VBI1=(额5~确10腥)IBVB=(穴3~来5)再VIB(1棚)确膨定工坑作点对:QIe+Ve-VB+VBE-稳定呜过程(2喝)电压另增益工作拆点稳释定，增益嚷下降贩。解决问这个曾矛盾牺的方部法是劈燕加电恰容Ce。(3流)输入际电阻Ri输入衡电阻提高神了，妨相当吗于增分加了荐一个赤(1奏+β)仍Re的电您阻。(4)输出扁电阻Ro由K佣VL行：输出最电阻提高榜了，吗即提脾高了帜电路催的恒版流特刃性。集电很极电材路（1）求轻工作起点：QQ(2拌)电压畏增益输入开电压旦与输抬出电翼压同恶相电压诊跟随块器（3）输望入电锤阻+-Ri（4贺）输醒出电搞阻Ro电压筒增益建<1设，输替入电隶压与笨输出欲电压扭同相礼，输蛇入电芳阻高岗，输谋出电剥阻低蛮。*复副合管善可提悼高输惭入电洗阻，扔提高β值。共基麻极电算路(1叠)直流欲分析与共引射组奔态相推同。(2吩)交流挽分析①电暑压放时大倍涨数②输入向电阻③输局出电促阻Ro≈RC=βR氧'L/rbe放大饿电路增的频能率响央应在放脉大电厉路的焦通频含带中帆给出蔑了频纳率特糖性的项概念布--匙-幅度炕频率航特性相位乖频率慰特性幅频特性是描绘：输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。即∣∣=∣∣=相频特性是描绘：输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即放大察电路传的幅姥频特特性和稻相频举特性卧，称疲为频驶率响蜡应。念因放秃大电来路对羞不同死频率择成分臂信号登的增赶益不辰同，搅从而案使输质出波吃形产教生失宵真，朴称为幅度尿频率治失真，简撇称幅洽频失俘真。雁放大挺电路毕对不躲同频祖率成耀分信见号的仅相移攻不同伍，从饭而使闻输出页波形膀产生恩失真瓦，称痕为相位累频率尖失真，简捆称相查频失崖真。目幅频饶失真杯和相老频失巩真是线性廉失真。(动画闸5-热1)产生刮频率呈失真怖的原夺因1.毙放大皮电路辽中存谢在电认抗性北元件是，例如耦合情电容布、旁茅路电药容、叼分布关电容基、变亮压器、把分布杆电感蜂等;2.森三极纤管的()是坛频率漫的函饥数。在研毛究频舞率特递性时戏，三毯极管对的低傲频小寇信号职模型括不再敌适用津，而盛要采面用高鸟频小劝信号贷模型休。单极亦放大挂电路伏的高葱频响古应（1）高频裹小信毫号模行型

基区体电阻，b'是假想的基区内的一个点。、发射结电阻和电容。、集电结电阻和电容。受控电流源根据醒这一糊物理畏模型肾可以趁画出混合π型高贫频小厦信号容模型串。高频混合π型小信号模型电路这一模型中用代替，这是因为β本身就与频率有关，而gm与频率无关。推导如下:（2）用代替由此过可见gm是与念频率葛无关课的0和rb’e的比凝，因忧此gm与频束率无帝关。若IE=1资mA外，gm=1坝mA浮/2呆6m住V≈凭38覆mS肿。gm称为孕跨导真，还烦可写净成