第二章 半导体三极管及其放大电路,第一节 晶体三极管,第二节 共射基本放大电路,第四节 分压式工作点稳定电路,第五节 共射放大电路的频率特性,第六节 共集电路和共基电路,第七节 场效应晶体管及其偏置电路,第八节 多级放大器,第三节 共射放大电路的图解分析,半导体三极管分为双极型三极管(Bipolar junction transistor，BJT)和单极型三极管。 双极型三极管又称为晶体三极管，简称三极管(或晶体管)，它是多数载流子与少数载流子均参与导电的三极管。 单极型三极管又称为场效应管(Field effect transistor，FET)，它工作时只有多数载流子参与导电。,第一节 半导体三极管,1三极管的分类 (1)按结构(导电类型)划分：NPN和PNP。 (2)按所用半导体材料划分：硅管和锗管。 (3)按用途划分：放大管和开关管。 (4)按工作频率划分：低频管和高频管。 (5)按功率大小划分：小功率管、中功率管、大功率管。,一、晶体三极管的结构与分类,2三极管的结构、电路符号,三极管结构与符号如图2-1所示。它们有三区：集电区、基区、发射区；三极：各对应引出的电极分别称为集电极c（Collector）、基极b（Base）和发射极e（Emitter）；两结：发射区与基区之间的PN结称为发射结Je，基区与集电区之间的PN结称为集电结Jc。,图2-1 三极管的内部结构与符号 a）NPN型 b） PNP型,注意： (1)两种管子的电路符号用发射极箭头方向的不同以示区别，箭头方向表示发射结正偏时发射极电流的实际方向。 (2)三极管具有信号放大作用。 (3)保证放大的制造工艺：基区很薄且掺杂浓度低，发射区掺杂浓度高，集电结的面积比发射结的面积大等。 (4)在使用时三极管的发射极和集电极不能互换。,3三极管命名方法参阅附录。 查表练习： 3AX85C、3DX200B、3AK10、3AG53E、3AD50A、3DD101C。,二、三极管的电流放大作用及其放大的基本条件,1三极管各极的电流分配,NPN型三极管的电流分配实验电路如图2-2所示，图中，IB为基极电流，IC为集电极电流，IE为发射极电流，它们的方向如图中箭头所示。UBE为发射结的正偏压，UCE为集电极与发射极之间的电压。,图2-2 三极管电流分配实验电路,调节实验电路的电位器RP可以改变UBE并产生相应的基极电流IB，而IB的变化又将引起IC和IE的变化。每产生一个IB值，就有一组IC和IE值与之对应，该实验所得数据见表2-1。,由上表得出规律：IE=IB+IC，即发射极电流等于基极电流与集电极电流之和。,表2-1 三极管三个电极上的电流分配,2三极管的电流放大作用,由表2-1可知，当IB从0.02mA变化到0.03mA时， IC随之从1.14mA变化到了1.74mA，则两变化量之比（1.74-1.14）/（0.03-0.02）=60，说明此时三极管IC的变化量为IB的变化量的60倍。 （1）三极管的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较大的变化。 （2）三极管放大电流时，被放大的IC是由电源VCC提供的，并不是三极管自身生成的，放大的实质是小信号对大信号的控制作用。 （3）三极管是一种电流控制器件。,3三极管放大的基本条件,（1）放大的偏置条件：Je正偏，Jc反偏。 （2）NPN管具有放大作用时的电位关系：UCUBUE； PNP管：UCUBUE。,三、晶体三极管的伏安特性曲线,三极管的各个电极上电压和电流之间的关系曲线称为三极管的伏安特性曲线或特性曲线。常用的是输入特性曲线和输出特性曲线。三极管在电路中的连接方式（组态）不同，其特性曲线也不同。用NPN型管组成的共射特性曲线测试电路如图2-3所示。,图2-3 三极管共射特性曲线测试电路,（一）输入特性曲线（Input characteristic curves）,共射输入特性曲线方程式：iB=f(uBE)uCE=常数。图2-4为NPN型硅管3DG4的共射输入特性曲线。,(1) uCE0：c极与b极相连，相当于两个二极管并联，输入特性曲线与二极管伏安特性曲线的正向特性相似。(2)uCE1V：曲线右移。(3) uCE1V：曲线与uCE=1V时的曲线近乎重合。实际中，通常就用uCE1V这条曲线来代表。(4)三极管放大状态的依据：硅管uBE=0.7V，锗管uBE=0.2V。,图2-4 共射输入特性,（二）输出特性曲线（Output characteristic curves）,1方程 输出特性曲线方程式：iC= f(uBE)iB=常数。,2输出特性曲线测试 测试时，先调节RP1使iB为某一值固定不变，再调节RP2，得到与之对应的uCE和iC值，根据所对应的值可在直角坐标系中画出一条曲线。重复上述步骤，可得不同IB值的曲线族，如图2-5所示。,图2-5 共射输出特性曲线,由图可知： (1)曲线起始部分较陡，且不同iB曲线的上升部分几乎重合。 (2)对一条曲线而言，uCE增大，iC增大，但当uCE大于0.3V左右以后，曲线较平坦，只略有上翘。这说明三极管具有恒流特性。 (3)输出特性曲线不是直线，是非线性的，说明三极管是一种非线性器件。,3三极管输出特性曲线的四个区 (1)放大区（Active region） (2)饱和区（Saturation region） (3)截止区(Cutoff region) (4)击穿区(Breakdown region),4PNP管特性曲线 由于电源电压极性和电流方向不同，PNP管与NPN管的特性曲线是相反、“倒置”的。,四、晶体三极管的主要参数及温度对特性的影响,晶体三极管的参数用来表征管子性能优劣和适用范围，它是合理选用三极管的依据。,1电流放大系数（Current amplification factor） 电流放大系数是表征三极管放大能力的参数。电路工作状态有两种：电路无交流信号输入而工作在直流状态时，称为静态；电路有交流信号输入而工作在交流状态时，称为动态。,（1）共射电流放大系数,前者反映静态时集电极电流与基极电流之比值；而后者反映动态时的电流放大作用。,（2）与温度的关系,温度升高，值增大。每升高1，值增加0.5%1%，反映在输出特性曲线上就是各条曲线的间距增大。,2极间反向电流 极间反向电流是由少数载流子形成的，其大小表征了管子的温度特性。,（1）ICBO指发射极开路时，集电极和基极之间的反向饱和电流。ICBO很小，温度升高，ICBO增加。一般硅管热稳定性比锗管好。图2-6a为该参数的测试电路。 （2）ICEO是指基极开路时，集电极和发射极之间的反向饱和电流，又称为穿透电流。ICEO=(1+) ICBO，,图2-6 极间反向电流的测量 a)测量ICBO的电路 b)测量ICEO的电路,3极限参数,（1）集电极最大允许电流ICM(Maximum allowable collector current)：是指当下降到正常值的2/3时所对应的IC值。当IC超过这个值时，放大性能下降或损坏管子。,（3）集电极最大允许耗散功率PCM(Maximum allowable power dissipation)：PCM的大小主要决定于允许的集电结结温。一般硅管约为150，锗管约为70。显然，PCM的大小与管子的散热条件及环境温度有关。且PCM= iCuCE，由此可画出三极管的安全工作区。,（2）反向击穿电压（Reverse breakdown voltage） U(BR)CBO ： 发射极开路时，集电极基极之间允许施加的最高反向电压，超过此值，集电结发生反向击穿。 U(BR)EBO ： 集电极开路时，发射极基极之间允许施加的最高反向电压。 U(BR)CEO：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。为可靠工作，使用时VCC取U(BR)CEO的1/2或2/3。在输出特性曲线中，iB0的曲线开始急剧上翘所对应的电压即为U(BR)CEO ，其值比U(BR)CBO小。T，U(BR)。,图2-7 三极管的安全工作区,五、晶体三极管的引脚判别及性能检测,（一）晶体三极管的引脚判别,图2-8 用万用表测三极管,1、基极的判别 2、集电极、发射极的判别,（二）用万用表粗测晶体三极管性能,1、晶体三极管极间电阻的测量 2、晶体三极管穿透电流的估测 3、电流放大系数值的估测,六、微型三极管简介,图2-9 SOT-23封装形式的微型三极管,七、光敏晶体管,图2-10 光敏晶体管,光敏晶体管是一种半导体光电器件，它的电流受外部光照的控制，在完成光电转换时将光电流进行了放大，灵敏度比光敏二极管高。在使用时要外加偏置电路，保证发射结正偏，集电结反偏。,一、BJT放大电路的基本要求,第二节 共射基本放大电路,要使BJT放大电路完成预定的放大功能，必须满足以下要求： (1)有直流电源。三极管Je正偏，Jc反偏，工作在放大区。 (2)输入信号能输入。 (3)输出信号能输出。 (4)信号不失真地放大，满足放大电路的性能指标要求。,二、共射基本放大电路的组成、工作原理,根据输入和输出回路公共端的不同，放大器有三种基本形式：共射放大器、共基放大器和共集放大器。,图2-11 共射放大电路组成,图2-11为阻容耦合共射基本放大电路。该电路的信号由三极管的基极输入、集电极输出，发射极是输入、输出回路的公共端，故该电路称为共射放大器。,1静态工作原理,2动态工作原理,当正弦信号输入时，电路中各处的电压、电流是变动的，电路处于交流状态或动态工作状态，简称动态。简言之，动态就是在静态值的基础上叠加了变化的交流值。,3分析放大电路注意事项,（1）三极管电流和电压都是在直流量上叠加随输入信号变化的交流量，放大电路中交、直流并存。 （2）符号的含义： 小写字母小写下标（如ube，ic）为交流量； 大写字母大写下标（如UBE，IC）为直流量； 小写字母大写下标（如uBE，iC）为总的瞬时量（直流交流）； 大写字母小写下标（如Ube，Ic）为有效值。,三、直流通路与交流通路,放大电路的分析包括静态分析（Quiescent analysis）和动态分析（Dynamic analysis）。两者比较如下表所示。,直流、交流通路及其画法,图2-12 共射基本放大电路及其直流通路和交流通路 a)共射放大电路 b）直流通路 c）交流通路,将BJT随意组成电路不一定能起放大作用。能否放大，一般通过直流通路和交流通路对照放大电路基本要求加以判别。,例题 当输入电压为正弦波时，下图所示三极管有无放大作用？,解：在图a的电路中，VBB经Rb向三极管的发射结提供正偏电压，VCC经RC向集电结提供反偏电压，因此三极管工作在放大区，但是，由于VBB为恒压源，对交流信号起短路作用，因此输入信号加不到三极管的发射结，放大器没有放大作用。 图b的电路，由于C1的隔断直流作用，VCC不能通过Rb使管子的发射结正偏即发射结零偏，因此三极管不工作在放大区，无放大作用。,四、放大电路的主要性能指标,1放大倍数（Amplification） 放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，常用A表示：电压放大倍数Au、电流放大倍数Ai和功率放大倍数Ap。定义：,工程上常用对数来表示放大倍数，称为增益G，单位为分贝（dB），如：Gu=20lgAu，Gi=20lgAi,图2-13 输入电阻与输出电阻,2输入电阻（Input resistance）,输入电阻就是向放大电路输入端看进去的交流等效电阻，用Ri表示。 (1)定义：,(2) Ri相当于信号源的负载， Ri表征电路向信号源获取信号的能力。一般，希望Ri大一些。,3输出电阻（Output resistance）,输出电阻就是