半导体三极管及其放大电路专题

第二章三极管及放大电路基础第2章三极管及放大电路基础

第一节晶体三极管及应用第二节放大电路的构成

第三节放大电路的分析

第四节放大电路静态工作点的稳定*第五节多级放大器

第六节场效应晶体管放大器*第七节晶闸管及其应用电路本章知识目标掌握三极管的结构及符号，了解三极管的电流放大特性能识读和绘制基本共射放大电路的电路图能识读分压式偏置、集电极–基极偏置电路的电路图了解放大器的直流通路和交流通路；了解小信号放大器的性能指标掌握三极管的结构及符号，了解三极管的电流放大特性能识读和绘制基本共射放大电路的电路图能识读分压式偏置、集电极–基极偏置电路的电路图了解放大器的直流通路和交流通路；了解小信号放大器的性能指标本章技能目标第1节晶体三极管及其应用半导体三极管也称为晶体三极管，简称三极管。三极管具有电流放大作用，是构成放大电路中的主要元件。

因此由三极管组成的放大电路在实际电子设备中得到广泛应用，如收音机、电视机、扩音机，此外在众多测量仪器及自动控制装置中也都用到了三极管。三极管应用实例

半导体三极管是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件。由于两个PN结之间的相互影响，使其表现出不同于单个PN结的特性而具有电流放大作用，从而使PN结的应用发生了质的飞跃。§2-1半导体三极管一、三极管的结构、符号和类型二、三极管的电流放大作用三、三极管的特性曲线四、三极管的主要参数五、三极管的识别和简单测试一、三极管的结构、符号和类型NPN型三极管1、结构和符号PNP型三极管b基极e发射极c集电极集电结发射结N集电区N发射区P基区bceVb基极e发射极c集电极集电结发射结P集电区P发射区N基区Vbce基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高BECNNP基极发射极集电极内部结构特点：集电区：面积最大三极管的符号及实物图

三极管的文字符号：

VT

三极管实物图：大功率低频三极管中功率低频三极管小功率高频三极管分类方法种类应用按极性分NPN型三极管目前常用的三极管，电流从集电极流向发射极PNP型三极管电流从发射极流向集电极按材料分硅三极管热稳定性好，是常用的三极管锗三极管反向电流大，受温度影响较大，热稳定性差按工作频率分低频三极管工作频率比较低，用于直流放大、音频放大电路高频三极管工作频率比较高，用于高频放大电路按功率分小功率三极管输出功率小，用于功率放大器末前级大功率三极管输出功率较大，用于功率放大器末级（输出级）按用途分放大管应用在模拟电子电路中开关管应用在数字电子电路中2、类型2.放大作用的外部条件：BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏

VB<VE集电结反偏VC<VB从电位的角度看：

NPN

发射结正偏VB>VE集电结反偏VC>VB

1。放大作用的内部条件：发射区掺杂浓度最高基区掺杂浓度最低且最薄集电区面积最大二、三极管的电流放大作用二、三极管的电流放大作用2、三极管的工作电压NPN型三极管PNP型三极管二、三极管的电流放大作用3、实验线路4、各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05结论:1）三电极电流关系

IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IB的变化会引起IC的变化，即IC受IB控制，且比例几乎为一常数，说明三极管有电流放大作用。静态(直流)电流放大系数:动态(交流)电流放大系数:注意：一般低频时可认为β≈

，估算时可通用。

把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。

实质:用一个微小基极电流的变化去控制较大的集电极电流的变化，是电流控制型器件。但并没有实现能量的放大。归纳小结：电流关系说明集电极与基极电流关系IC

IB

，IC=βIB集电极与发射极电流关系

IC

IE

三个电极电流之间的关系IE=IB+IC=（1+β）IB（2）三极管三个电极电流关系：（1）放大作用的外部条件：（3）三极管电流放大实质是：用较小的基极电流控制较大的集电极电流，是“以小控大”，是电流控制型器件。发射结加正向电压，集电结加反向电压。即NPN型:

VC>VB>VEPNP型:VC<VB<VE（4）β反应管子的交流放大能力；反应管子的直流放大能力。且

β≈

[例2]某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。

IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,试判断管脚、管型。解：电流判断法。电流的正方向和KCL。IE=IB+ICABC

IAIBICC为发射极B为基极A为集电极。管型为NPN管。管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。1、放大电路中某晶体管极间电压如图所示，试判断该晶体管的管脚极性、材料和管子类型。

例[3]：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为：

（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V（2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V（3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V（4）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。（1）U1b、U2e、U3cNPN硅（2）U1b、U2e、U3cNPN锗（3）U1c、U2b、U3ePNP硅（4）U1c、U2b、U3ePNP锗原则：先求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。

NPN管UBE＞0，UBC＜0，即UC＞UB＞UE

。PNP管UBE＜0，UBC＜0，即UC＜UB＜UE

。解：

【例2-1】测得某电路中三极管的三个电极A、B、C对地电位分别为UA=-9V，UB=-6V，UC=-6.3V，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c，并说明该管是PNP管还是NPN管。

【解析】实际应用中我们常根据三极管各极电位判别三个电极e、b、c。一般如果两个电极之间的电压约为0.3V或者0.7V，则这两个电极构成发射结，其中一个是基极，另一个是发射极，进而可以直接判别出集电极。在此基础上根据三极管放大的外部条件（发射结正偏，集电结反偏），可以进一步确定基极和发射极。根据以上方法可知三个电极A、B、C分别是集电极c、发射极e、基极b，该三极管是PNP锗管。案例解析3.1.3

特性曲线

三极管的特性曲线是各电极电压与电流之间的关系曲线。它反映了三极管的外部性能，是分析放大电路的重要依据。特性曲线主要有输入特性曲线和输出特性曲线。

重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共端共发射极放大电路输入回路输出回路

测量晶体管特性的实验线路ICVBBmA

AVUCEUBERBIBVCCV++––––++1.

输入特性输入特性曲线是指当集射极电压UCE为一定值时，基极电流IB与基射极电压UBE之间的关系曲线。即IB=f(UBE)︳UCE=常数

与二极管的正向特性曲线相似，只有当发射结的正向电压UBE大于死区电压（硅管0.5V，锗管0.2V）时才产生基极电流IB，这时三极管处于正常放大状态,发射结两端电压为UBE（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。特点:非线性锗管硅管死区电压：硅管0.5V，锗管0.2V。2.输出特性输出的特性曲线可分为三个区域：饱和区、截止区、放大区。输出特性曲线是指基极电流IB为一定值时，集电极电流IC与集射极电压UCE之间的关系曲线。即IC=f(UCE)︳IB=常数

当IB为不同值时，可得到不同的特性曲线，所以三极管输出特性曲线形成曲线簇。各条曲线上升部分很陡，几乎重合,平坦部分则按IB值从下往上排列，若IB的取值间隔均匀，相应的特性曲线在平坦部分也均匀分布，且与横轴平行。

每条曲线可分为线性上升、弯曲、平坦三部分。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120饱和区（1）饱和区:（1）三极管无电流放大作用。IC不受IB的控制，而受UCE控制，相当于开关闭合。饱和条件：发射结正偏，集电结正偏（或零偏）。

范围：曲线上升和弯曲部分。（3）小功率管饱和压降0.3V硅管0.1V锗管UCES=（2)UCE很小，UCE<UBE。三极管饱和时UCE的值称为饱和压降，记作UCES。特点：（2）截止区范围：IB=0以下区域为截止区。几乎与横轴重合IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120截止区ICEO特点：（1）三极管无电流放大作用，相当于一个断开的开关。uBE小于死区电压，发射结反偏。（2)IB=0，IC不为0，IC=ICEO≈0。ICEO叫穿透电流。截止条件：

发射结反偏（或零偏），集电结反偏。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120放大区(3)放大区特点：范围：特性曲线平坦部分线性区，近似于与横轴平行。放大条件：发射结正偏，集电结反偏（2）恒流特性：当IB一定时，IC的大小与UCE基本无关（但UCE的大小随IC的大小而变化）.（3）具有电流放大特性：IB不同，曲线也不同，IC受IB控制，IC=IB，△IC=β△IB（1）是一组间隔基本均匀，比较平坦的平行直线。放大区也称为线性区。名称截止区放大区饱和区范围IB=0曲线以下区域，几乎与横轴重合平坦部分线性区，几乎与横轴平行曲线上升和弯曲部分条件发射结反偏（或零偏），集电结反偏发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结正偏（或零偏）特征IB=0，IC=ICEO≈0（1）当IB一定时，IC的大小与UCE基本无关（但UCE的大小随IC的大小而变化），具有恒流特性；（2）IB不同，曲线也不同，IC受IB控制，具有电流放大特性，IC=hFEIB，△IC=β△IB各电极电流都很大，IC不受IB控制，三极管失去放大作用工作状态截止状态放大状态饱和状态输出特性曲线的三个区域小结：提示：

对于NPN型三极管：工作于放大区时，UC﹥UB﹥UE；工作于截止区时，

UB≤UE；工作于饱和区时，UC≤UB。PNP型三极管与之相反。在模拟电子电路中三极管大多工作在放大状态，作为放大管使用；在数字电子电路中三极管工作在饱和或截止状态，作为开关管使用。

三极管的开关特性

三极管同二极管一样，也可以作为电子开关器件，构成电子开关电路。当三极管用于开关电路中时，三极管工作在截止区和饱和区。如下表是三极管开关特性说明。开关状态三极管工作状态内阻特性解说开关接通饱和状态集电极与发射极间内阻很小三极管基极是控制极，基极电流很大，三极管进入饱和状态开关断开截止状态集电极与发射极间内阻很大

基极电流为零，三极管处于截止状态【例2-2】测量三极管三个电极对地电位如下图所示，试判断三极管的工作状态。

【解析】

a)三极管的发射结正偏，集电结反偏，管子处于放大状态。b)三极管发射结和集电结均反偏，管子处于截止状态。c)三极管的发射结和集电结均正偏，管子处于饱和状态。案例解析NPN、PNP型三极管分别处于放大区时，其三个极电位有何关系？思考题1【例2-1】已知三极管接在相应的电路中，测得三极管各电极的电位，如下图所示，试判断这些三极管的工作状态？在图（a）中，三极管为NPN型管，UB=2.7V，UC=8V，UE=2V，因UB＞UE，发射结正偏，UC＞UB，集电结反偏，所以图（a）中的三极管工作在放大状态。在图（b）中，三极管为NPN型管，UB=3.7V，UC=3.3V，UE=3V，因UB＞UE，发射结正偏，UC＜UB，集电结正偏，所以图（b）中的三极管工作在饱和状态。在图（c）中，三极管为NPN型管，

UB=2V，UC=8V，UE=2.7V，因UB＜UE，发射结反偏，所以图（c）中的三极管工作在截止状态。在图（d）中，三极管为PNP型，UB=-0.3V，UC=-5V，UE=0V。因UB＜UE，发射结正偏，UC＜UB，集电结反偏，所以图（d）中的三极管工作在放大状态。

（a）（b）（c）（d）解：【例2-2】若有一三极管工作在放大状态，测得各电极对地电位分别为U1＝2.7V，U2＝4V，U3＝2V。试判断三极管的管型、材料及三个管脚对应的电极。由放大条件的分析知，三个管脚中B极的电位介于C极和E极之间，所以要判断管型、材料及电极，可按下面四步进行。第一步找B极。中间电位为基极。管脚1为基极。第二步判断发射极及材料。和基极相差0.3V（锗管）或0.7V（硅管）的管脚为发射极。U1－U3=2.7－2＝0.7V所以该三极管为硅管。第三步确定剩余的管脚为集电极。解：第四步判断管型。UC﹥UB﹥UE为NPN型，UC<UB<UE为PNP。因U1－U3＝0.7V，管脚3为发射极，又因U2>U1>U3,所以该三极管为NPN型三极管。2.1.4

主要参数1.电流放大系数，

直流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，

表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：

和

分别反映直流和交流放大能力，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。

选管时，β值应恰当，β太小，放大作用差；β太大，性能不稳定，通常选用30～100之间的管子。

例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：

=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得二、极间反向饱和电流

(1)集电极-基极反向饱和电流ICBO

发射极开路时，从集电极流到基极的电流。ICBO受温度的影响大。温度

ICBO

，ICBO越小集电结单向导电性越好ICBO

A+–EC(2)集电极-发射极反向饱和电流(穿透电流)ICEO

AICEOIB=0+–

基极开路时，集电极与发射极之间加规定电压，从集电极流到发射极的电流。

ICEO受温度的影响大。温度

ICEO

，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。选管子时，ICEO越小，管子热稳定性越好。三、极限参数：

1、集电极最大允许电流ICM集电极电流过大时，管子的

值要降低，当

值下降到正常值的2/3时的集电极电流为集电极最大允许电流。要求工作电流IC<ICM,否则放大能力会显著下降，甚至会烧坏三极管。选管子时要求IC

ICM,注意：2、

集电极最大允许耗散功率PCM定义：集电极消耗功率的最大限额，根据三极管最高温度和散热条件规定最大允许耗散功率PCM。温度升高，PCM减小，要求实际工作功率ICUCE<PCM，否则会因过热烧坏管子。注意：选管子时，ICUCE

PCM

否则会因过热而损坏管子。

3集电极——发射极间的反向击穿电压：U(BR)CEO

U(BR)CEO指基极b开路时，加在c、e间的最大允许反向电压。注意：选管子时要求UCE

U(BR)CEO,否则易造成管子击穿。

定义：小结：选管子应考虑参数IC

ICMUCE

U(BR)CEOPCM

ICUCE4.晶体三极管的主要参数

参数名称说明电流放大系数直流放大系数反映晶体管电流放大能力强弱的参数=交流放大系数反映晶体管电流放大能力的参数=。当输入正弦信号时，可用正弦量的瞬时值表示=反向饱和电流ICBO集电极—基极反向饱和电流三极管发射极开路时，从集电极流到基极的电流。ICEO集电极—发射极反向饱和电流（穿透电流）三极管基极开路时，集电极与发射极之间加上规定的电压，从集电极流到发射极的电流。极限参数ICM集电极最大允许电流如果集电极电流IC超过ICM，则三极管的值将下降到正常值的2/3以下，甚至可能烧坏。PCM集电极最大允许耗散功率集电极允许的最大功率。若超过此值，三极管的性能会下降或烧坏U（BR）CEO集电极-发射极反向击穿电压基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压，若UCE超过此值会使三极管被击穿。小结：2.1.5晶体管分立器件的型号命名方法

五、三极管的识别和简单测试

从封装及外形上识别管脚对中小功率塑料三极管：平面朝向自己，三个引脚朝下放置，一般从左到右依次为发射极e、基极b、集电极c。ebc从封装及外形上识别管脚金属帽底端有一个小突起，距离这个突起最近的是发射极e

，然后顺时针依次是基极b

、集电极c

。ebc从封装及外形上识别管脚没有突起的，顺时针管脚仍然依次为发射极e

、基极b

、集电极c

。

ebc用万用表检测三极管

当无法判断三极管的管脚或需要测定三极管的极性时，需要用三极管的等效原理进行测量。：1.判别电极及管型（1）选挡

功率在1W以下的中、小功率晶体管，可用万用表的“R×1k”或“R×100”挡测量；功率在1W以上的大功率晶体管，可用万用表的“R×1”或“R×10”挡测量。用万用表检测三极管

三极管示意图根据三极管的结构，我们可以把三极管想象成两个二极管同极相连而成。如图判别基极b和管型①首先找出基极b：

用万用表R×100

或R×1k档测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。正向电阻值小（指针偏转幅度大），反向电阻值大（指针偏转幅度小）。

判别基极b和管型

基极b

NPN型

9013①②③①②③偏转情况阻值1黑红

2黑红

3红黑4黑红

5红黑6红黑很小很小较大很大很大较小判断基极b和管型黑笔接三极管的某一个脚，红笔分别接另外两脚，测得两次阻值均小的，黑笔接的是基极b

,而且是NPN型。判别基极b和管型

基极b

PNP型9012①②③①②③偏转情况1红黑2红黑3黑红

4红黑5黑红

6黑红

很小较大很小判断基极b和管型红笔接三极管的某一个脚，黑笔分别接另外两脚，测得两次阻值均小的，红笔接的是基极b，而且是PNP型。判别集电极c和发射极e②再找出集电极C：分别假设剩余的一极为集电极c

，用手捏住基极b和集电极c(b和c不能接触），测量c、e间的阻值，找出偏转大的一次假设正确。判别集电极c和发射极e9013①②③①②③偏转情况①脚：e②脚：b③脚：c

1

假设c~

基极黑红

2

基极~

假设c

红

黑

小大判别集电极c和发射极e对于NPN型的管子，偏转大的一次，黑笔所接为集电极c，另一极为发射极e。判别集电极c和发射极e9012①②③①②③偏转情况①脚：e②脚：b③脚：c

1

假设c~

基极红黑

2

基极~

假设c

黑

红

小

大判别集电极c和发射极e对于PNP型的管子，偏转大的一次红笔所接为集电极c，另一极为发射极e。万用表检测三极管

目前有些型号的万用表具有测量三极管hFE的刻度线及其测试插座，在测量三极管hFE的同时可以很方便地判别三极管的管脚和管型。将万用表调零后，量程开关拨到hFE位置，两表笔分开，把被测三极管插入测试插座，可从hFE刻度线上读出管子的放大倍数，同时根据测试插座的显示可直接辨别出管脚和管型。万用表检测三极管的质量

③三极管质量判别用万用表测量极间电阻的大小，可以判断管子的好坏。万用表测三极管b与c、b与e的正向电阻小，反向电阻大，说明管子是好的；若正向电阻趋于无穷大，说明管子内部断路；若反向电阻很小，说明管子击穿。小结三极管管脚判别