三极管知识概要——转自助学网

1．半导体三极管的结构
（1）半导体三极管从结构上可分为NPN型和PNP型两大类，它们均由三个掺杂区和两个背靠背的PN结构成，但两类三极管的电压极性和电流方向相反。
（2）三个电极：基极 b、集电极 c、和发射极 e。从后面工作原理的介绍中可以看到，发射极和集电极的命名是因为它们要分别发射与接收载流子。
（3）内部结构特点：发射区的掺杂浓度远大于集电区的掺杂浓度；基区很薄，且掺杂浓度最低。
（4）三个区作用：发射区发射载流子、基区传输和控制载流子、集电区收集载流子。

2．电流的分配和控制作用

（1）条件
    内部条件：三极管的结构。外部条件：发射结正偏、集电结反偏。
   对NPN型：Ｖc> ＶB>  ＶE      Si管：ＶBE=0.7V    Ge管：ＶBE=0.2V
   对PNP型：Ｖc< ＶB<  ＶE     Si管：ＶBE=-0.7V    Ge管：ＶBE=-0.2V
（2）内部载流子的传输过程（参阅难点重点）
（3）电流分配关系
　　在众多的载流子流中间，仅有发射区的多子通过发射结注入、基区扩散和复合以及集电区收集三个环节，转化为正向受控作用的载流子流Ic，其它载流子流只能分别产生两个结的电流，属于寄生电流。
　　为了表示发射极电流转化为受控集电极电流Ic的能力，引入参数α，称为共基极电流传输系数。其定义为

α=Ｉc／ＩE

　　　　令β＝α／（１－α），称为共射极电流传输系数。

3．各极电流之间的关系      ＩE＝Ｉc＋ＩB 

（1）共基接法  (ＩE对Ｉc 的 控制作用)
                   Ｉc＝αＩE +ＩCBO
                   ＩB＝（1-α）ＩE -ＩCBO   

（2）共射接法   (ＩB对Ｉc 的 控制作用)   
                   Ｉc＝βＩB +ＩCEO
                   ＩE＝（1+α）ＩB +ＩCEO  
                   ＩCEO＝（1+β）ＩCBO  

4．共射极电路的特性曲线(以NPN型管为例)
（1）输入特性曲线 ＩB=f(ＶBE，ＶCE )
　　输入特性曲线是指当ＶCE为某一常数时，ＩB和BE之间的关系。
　　特点：ＶCE=0的输入特性曲线和二极管的正向伏安特性曲线类似；随着ＶCE增大，输入特性曲线右移；继续增大ＶCE，输入特性曲线右移很少。
　　在工程上，常用ＶCE=1时的输入特性曲线近似代替ＶCE>1V时的输入特性曲线簇。
（2）输出特性曲线
　　输出特性曲线是指当ＩB为某一常数时，ＩC和ＶCE之间的关系，可分为三个区：

截止区：发射结反偏，集电结反偏，发射区不能发射载流子，ＩB≈0，ＩC≈0。
　　
放大区：发射结正偏，集电结反偏。其特点是：ＶBE≈0.7V(或0.2V)，ＩB>0，ＩC与ＩB成线性关系,几乎与
        ＶCE无关。
　　
饱和区：发射结正偏，集电结正偏，随着集电结反偏电压的逐渐减小（并转化为正向偏压），集电结的空间电荷
        区变窄，内电场减弱，集电结收集载流子的能量降低，ＩC不再随着ＩB作线性变化，出现发射极发射有
        余，而集电极收集不足现象。其特点是：ＶCE很小，在估算小功率管时，对硅管可取0.3V（锗0.1V）。
      

       对PNP型管，由于电压和电流极性相反，所以特性在第三象限。

4．主要参数
　电流放大倍数，集电极最大允许电流ＩCM，集电极耗散功率PCM，反向击穿电压Ｖ（BR）CEO等

3.2共射极放电电路

1．放大的原理和本质（以共发射极放大电路为例）
　　交流电压ｖi通过电容Ｃ1加到三极管的基极，从而使基极和发射极两端的电压发生了变化：

由ＶBE→ＶBE ＋ｖi，

　　由于PN结的正向特性很陡，因此ｖBE的微小变化就能引起ｉE发生很大的变化：

由ＩE→ＩE+ △ＩE，

　　由于三级管内电流分配是一定的，因此ｉB和ｉC作相同的变化，其中ＩC→ＩC +△ＩC。
　　ｉC流过电阻Ｒc，则Ｒc上的电压也就发生变化：

由ＶRc→ＶRc +△ＶRc。

　　由于ｖCE=ＶCC-ｖRc，因此当电阻Ｒc上的电压随输入信号变化时，ｖCE也就随之变化，由ＶCE→ＶCE+△ＶCE，ｖCE中的变化部分经电容Ｃ2传送到输出端成为输出电压ｖo。如果电路参数选择合适，我们就能得到比△ｖi大得多的△ｖo。
　　所以，放大作用实质上是放大器件的控制作用，是一种小变化控制大变化。

2．放大电路的特点
　交直流共存和非线性失真

3．放大电路的组成原则
   正确的外加电压极性、合适的直流基础、通畅的交流信号传输路径

4．放大电路的两种工作状态

 （1）静态：输入为0，ＩB、ＩC、ＶCE都是直流量。

 （2）动态：输入不为0，电路中电流和电压都是直流分量和交流分量的叠加。保证在直流基础上实现不失真放
            大。

5．放大电路的分析步骤

 （1）先进行静态分析：用放大电路的直流通路。

      直流通路：直流信号的通路。放大电路中各电容开路即可得到。

 （2）在静态分析的基础上进行动态分析：用放大电路的交流通路。

      交流通路：交流信号的通路。放大电路中各电容短接，直流电源交流短接即可得到。

截止区：发射结反偏，集电结反偏，发射区不能发射载流子，ＩB≈0，ＩC≈0。
　　
放大区：发射结正偏，集电结反偏。其特点是：ＶBE≈0.7V(或0.2V)，ＩB>0，ＩC与ＩB成线性关系,几乎与
        ＶCE无关。
　　
饱和区：发射结正偏，集电结正偏，随着集电结反偏电压的逐渐减小（并转化为正向偏压），集电结的空间电荷
        区变窄，内电场减弱，集电结收集载流子的能量降低，ＩC不再随着ＩB作线性变化，出现发射极发射有
        余，而集电极收集不足现象。其特点是：ＶCE很小，在估算小功率管时，对硅管可取0.3V（锗0.1V）。
      

       对PNP型管，由于电压和电流极性相反，所以特性在第三象限。

4．主要参数
　电流放大倍数，集电极最大允许电流ＩCM，集电极耗散功率PCM，反向击穿电压Ｖ（BR）CEO等

3.2共射极放电电路

1．放大的原理和本质（以共发射极放大电路为例）
　　交流电压ｖi通过电容Ｃ1加到三极管的基极，从而使基极和发射极两端的电压发生了变化：

由ＶBE→ＶBE ＋ｖi，

　　由于PN结的正向特性很陡，因此ｖBE的微小变化就能引起ｉE发生很大的变化：

由ＩE→ＩE+ △ＩE，

　　由于三级管内电流分配是一定的，因此ｉB和ｉC作相同的变化，其中ＩC→ＩC +△ＩC。
　　ｉC流过电阻Ｒc，则Ｒc上的电压也就发生变化：

由ＶRc→ＶRc +△ＶRc。

　　由于ｖCE=ＶCC-ｖRc，因此当电阻Ｒc上的电压随输入信号变化时，ｖCE也就随之变化，由ＶCE→ＶCE+△ＶCE，ｖCE中的变化部分经电容Ｃ2传送到输出端成为输出电压ｖo。如果电路参数选择合适，我们就能得到比△ｖi大得多的△ｖo。
　　所以，放大作用实质上是放大器件的控制作用，是一种小变化控制大变化。

2．放大电路的特点
　交直流共存和非线性失真

3．放大电路的组成原则
   正确的外加电压极性、合适的直流基础、通畅的交流信号传输路径

4．放大电路的两种工作状态

 （1）静态：输入为0，ＩB、ＩC、ＶCE都是直流量。

 （2）动态：输入不为0，电路中电流和电压都是直流分量和交流分量的叠加。保证在直流基础上实现不失真放
            大。

5．放大电路的分析步骤

 （1）先进行静态分析：用放大电路的直流通路。

      直流通路：直流信号的通路。放大电路中各电容开路即可得到。

 （2）在静态分析的基础上进行动态分析：用放大电路的交流通路。

      交流通路：交流信号的通路。放大电路中各电容短接，直流电源交流短接即可得到。

3.3图解分析法

1．静态分析   
（1）先分析输入回路
　　首先把电路分为线性和非线性两部分，然后分别列出它们的端特性方程。在线性部分，其端特性方程为

ＶBE＝ＶCC－ＩB*ＲB

将相应的负载线画在三极管的输入特性曲线上，其交点便是所求的（ＩBQ，ＶBQ）。
（2）再分析输出回路
　　用同样的方法，可得到输出回路的负载线方程（直流负载方程）为

ＶCE＝ＶCC－ＩC*ＲC

将相应的负载线（直流负载线，斜率为1/Rc）画在三极管的输出特性曲线上，找到与ＩB=ＩBQ相对应的输出特性曲线，其交点便是所求的（ＩCQ，ＶCEQ）。

2．动态分析（参阅难点重点）

　　交流负载线：是放大电路有信号时工作点的轨迹，反映交、直共存情况。其特点为过静态工作点Q、斜率为
                             1/（Rc//RL）。

3．放大电路的非线性失真及最大不失真输出电压
（1）饱和失真：静态工作点偏高，管子工作进入饱和区（NPN管，输出波形削底；PNP管，输出波形削顶）
　　
（2）截止失真：静态工作点偏低，管子工作进入截止区（NPN管，输出波形削顶；PNP管，输出波形削底）

（3）最大不失真输出电压Vom

　　如图 Vom1=VCE-VCES    且因为ICEO趋于0 ， Vom2=ＩCQ*（ＲC//ＲL）
　　所以Vom为Vom1及Vom2中较小者，以保证输出波形不失真。

4．图解分析法的特点
　　图解分析法的最大特点是可以直观、全面地了解放大电路的工作情况，并能帮助我们理解电路参数对工作点的影响，并能大致估算动态工作范围，另外还可帮助我们建立一些基本概念，如交直流共存、非线性失真等。

　　图解分析法实例（工作点移动对输出波形的影响）

3.4小信号模型分析法

指导思想：在一定条件下，把半导体三极管所构成的非线性电路转化为线性电路。

1．半导体三极管的小信号模型
（1）三极管小信号模型的引出，是把三级管作为一个线性有源双口网络，列出输入和输出回路电压和电流的关系，然后利用取全微分或泰勒展开的方法得到Ｈ参数小信号模型。
（2）关于小信号模型的讨论：
　①小信号模型中的各参数，如ｒbe、β均为微变量，其值与静态工作点的位置有关，并非常数。
　②受控电流源的大中、流向取决于ｉb
　③小信号模型适用的对象是变化量，因此电路符号不允许出现反映直流量或瞬时总量的大下标符号。

2．用H参数小信号模型分析共射基本放大电路

（1）画出小信号等效电路

    方法：先画出放大电路的交流通路（电容及电源交流短接），然后将三极管用小信号模型代替。
（2）求电压放大倍数
（3）求输入电阻
（4）求输出电阻

3.5放大电路的工作点稳定问题

偏置电路：一是提供放大电路所需的合适的静态工作点；二是在环境温度、电源电压等外界因素变化时，保持静态工作点的稳定。

1．温度对放大电路静态工作点的影响

Ｔ↑→VBE↓、β↑、ＩCBO↑→ＩC↑

　　静态工作点变化，可能导致放大电路输出波形失真。

2．稳定静态工作点方法：在放大电路中引电流负反馈（常用射极偏置电路）、采用补偿法。

3．射极偏置电路
　　稳定静态工作点的过程：（1）利用Ｒb1和Ｒb2组成的分压器以固定基极电位；（2）利用Ｒe产生的压降反馈到输入回路，改变ＶBE，从而改变ＩC。

3.6共射极电路、共集电极电路和共基极电路特点

1．共射极电路
     共射极电路又称反相放大电路，其特点为电压增益大，输出电压与输入电压反相，低频性能差，适用于低频、和多级放大电路的中间级。

2．共集电极电路
　　共集电极电路又称射极输出器、电压跟随器，其特点是：电压增益小于1而又近似等于1，输出电压与输入电压同相，输入电阻高，输出电阻低，常用于多级放大电路的输入级、输出级或缓冲级。

3．共基极电路
　　电路特点：输出电压与输入电压同相，输入电阻底，输出电阻高，常用于高频或宽频带电路。

3.7放大电路的频率响应

1．频率响应的基本概念
（1）频率响应：放大电路对不同频率的稳态响应。
（2）频率失真：包括幅度失真和相位失真，均属于线性失真。

2．RC低通电路的频率响应
（1）幅频响应：
（2）相频响应：
　　　　　　　　ψ=-argtg(ｆ／ｆH)

3．RC高通电路的频率响应
　　RC高通电路与RC低通电路成对偶关系。

4．波特图
　　为了能同时观察到低频和高频段幅频变化特性，在绘制幅频特性曲线时，通常横坐标和纵坐标均采用对数坐标形式，称之为波特图。

5．放大电路存在频率响应的原因
　　放大电路存在容抗元件（例如外接的耦合电容、旁路电容和三极管的极间电容），使的放大电路对不同频率的输出不同。通常外接电容可以等效为RC高通电路，因而影响下限频率，而三极管的极间电容可以等效为RC低通电路，因而影响上限频率。