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1、第2章2.1 双结结型晶体管2.1.1 双结结型晶体管的结结构及符号双结结型晶体管又称半导导体三极管、晶体三 极管、三极管，一般简简称晶体管（BJT）。它 是通过过一定的制作工艺艺，将两个PN结结结结 合在 一起的器件，两个PN结结相互作用，使三极管成 为为一个具有控制电电流作用的半导导体器件。三极 管可以用来放大微弱的信号和作为为无触点开关 。三极管从结结构上来讲讲分为为两类类：NPN型三极管和PNP型三极管。图图1.26所示为为三极管的结结构示意图图和符号。图图1.26 1.26 三极管的结构示意图和符号三极管的结构示意图和符号 很薄、参 杂浓度低 参杂浓度高面积较大 ecbNPN符号中发
2、发射极上的箭头头方向，表示发发 射结结正偏时时电电流的流向。三极管制作时时，通常它们们的基区做得 很薄（几微米到几十微米），且掺杂浓掺杂浓 度 低；发发射区的杂质浓杂质浓 度则则比较较高；集电电区 的面积积则则比发发射区做得大，这这是三极管实实 现电现电 流放大的内部条件。三极管可以是由半导导体硅材料制成 ，称为为硅三极管；也可以由锗锗材料制成 ，称为为锗锗三极管。三极管从应应用的角度讲讲，种类类很 多。根据工作频频率分为为高频频管、低频频 管和开关管；根据工作功率分为为大功率 管、中功率管和小功率管。常见见的三极 管外形如图图1.27所示。图图图图1.27 1.27 常常见见见见的三极管外形
3、的三极管外形图图1.28 1.28 三极管的三种连接方式三极管的三种连接方式 三极管有三个引脚，那么，其 电路的连接方法就有三种模式（或叫 电路组态），如图1.28所示。2.1.2 三极管的电电流分配原则则及放大作用要实现实现 三极管的电电流放大作用，首先要给给三极管各电电极加上正确的电压电压 。三极管实实现现放大的外部条件是：其发发射结结必须须加正向电压电压 （正偏），而集电结电结 必须须加反向电压电压 （反偏）。1. 共射放大器电电流分配的原理晶体管的电电流分配可以用载载流子在三极管内部的运动规动规 律来解释释。如图图2-5为为的三极管内部载载流子的传输传输 与电电流分配示意图图。图图图图
4、2-5 2-5 三极管内部三极管内部载载载载流子的流子的传输传输传输传输 与与电电电电流分配示意流分配示意图图图图IEPIBNICNICBOIENIENICNIBNIEIENIEP ICNIBNIEPICICNICBOIBIBN IEP - ICBOIEIC IB IEIENICICNIBIBN - ICBO扩散到集电区的电子形成的 电流I与基区空穴形成的 电流 IB 的比例定义为电流被 放大至16ICO是基极开路时，在UCE作用下的集 电极与发射极形成的穿透电流； ICBO是发射 极开路时，集电结的反向饱和电流，一般很 小， IB ICBO，1，所以1.实验实验为了了解三极管的电流分配原则及
5、其放大 原理，首先做一个实验，实验电路如图2-6所示 。在电路中，要给三极管的发射结加正向电压 ，集电结加反向电压，保证三极管能起到放大 作用。改变可变电阻Rw的值，则基极电流IB、 集电极电流IC和发射极电流IE都发生变化，电 流的方向如图中所示。 图图图图2-6 2-6 三极管三极管电电电电流放大的流放大的实验电实验电实验电实验电 路路RwRb由实验实验 及测测量结结果可以得出以下结论结论 。（1）实验实验 数据中的每一列数据均满满足关系： IE=IC+IB；此结结果符合基尔霍夫电电流定律。（2）每一组组数据都有IC IB，而且有IC与IB的比 值值（）近似相等。（3）每两组组数据（调调整
6、Rw前后所测测数据）中IC和 IB变变化量（Ic、Ib）的比值值，结结果仍然近似相等。（4）当IB=0（基极开路）时时，集电电极电电流的值值很 小，称此电电流为为三极管的穿透电电流ICEO。穿透电电流ICEO 越小越好。2. 共基放大器的电电流分配 UEEUCCu1iE=IE+iEiC=IC+iCiB=IB+iBuo=Uo+uoRL共基直流放大系数直流放大系数与之间有关系图交流放大系数电流分配2.1.3 三极管的特性曲线线及主要参数 1.三极管的特性曲线线三极管的特性曲线线是指三极管的各电电极 电压电压 与电电流之间间的关系曲线线，它反映出三极 管的特性。它可以用专专用的图图示仪进仪进 行显显
7、示 ，也可通过实验测过实验测 量得到。以NPN型硅三极 管为为例，其常用的特性曲线线有以下两种。（1）输输入特性曲线线它是指在一定集电电极和发发射极电压电压 UCE下，三极管的基极电电流IB与发发射结电压结电压 UBE之间间的关系曲线线。实验测实验测 得三极管的输输入特性曲线线如图图2-7所示。图图2-7 2-7 三极管的输入特性曲线三极管的输入特性曲线 死区Uce增大，曲线会右移UCE=0VUCE=0.5V（2）输输出特性曲线线它是指一定基极电电流IB下，三极管的集电电极电电流IC与集电结电压电结电压 UCE之间间的关系曲线线。实验实验测测得三极管的输输出特性曲线线如图图2-8所示。图图2-
8、8 2-8 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线 一般把三极管的输输出特性分为为3个工作 区域，下面分别别介绍绍。 截止区三极管工作在截止状态时态时 ，具有以下 几个特点：（a）发发射结结和集电结电结 均反向偏置；（b）若不计计穿透电电流ICEO，有IB、IC近 似为为0；（c）三极管的集电电极和发发射极之间电间电 阻很大，三极管相当于一个开关断开。 放大区图图2-8中，输输出特性曲线线近似平坦的区域称为为放大 区。三极管工作在放大状态时态时 ，具有以下特点：（a）三极管的发发射结结正向偏置，集电结电结 反向偏置 ；（b）基极电电流IB微小的变变化会引起集电电极电电流IC 较较大的变变化，
9、有电电流关系式： IC=IB（c）对对NPN型的三极管，有电电位关系：UCUBUE；（d）对对NPN型硅三极管，有发发射结电压结电压 UBE0.7V；对对NPN型锗锗三极管，有UBE0.2V。 饱饱和区三极管工作在饱饱和状态时态时 具有如下特点：（a）三极管的发发射结结和集电结电结 均正向偏置；（b）三极管的电电流放大能力下降，通常有ICICM时，管 子不一定损坏。U(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERm AVRm AVRm AVRm AVRRbU(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEO图2-11 三极管的安全工作区 因发射结正 偏，呈很小阻 抗
10、，压降集中 在集电结上。ICM过流区U(BR)CEO击穿区3. 频率特性晶体管的交流放大系数和只是 在一定频率范围内基本不变，当频率增 大到一定值时， 和将随信号频率 升高而下降。0 0.7070ffT1 fOfT f fT f 4. 温度对对三极管特性的影响同二极管一样样，三极管也是一种对对温度十分敏感的器件，随温度的变变化，三极管的性能参数也会改变变。图图2-12和图图2-13所示为为三极管的特性曲线线受温度的影响情况。图图图图2-12 2-12 温度温度对对对对三极管三极管输输输输入特性的影响入特性的影响图图2-13 2-13 温度对三极管输出特性的影响温度对三极管输出特性的影响 5.
11、三极管的型号 3DG6 A三极管 NPN型硅材料 高频小功率 序号 规格号3DA104A2.1.4* 三极管的检测检测1.已知型号和管脚排列的三极管， 判断其性能的好坏（1）测测量极间电间电 阻（2）三极管穿透电电流ICEO大小的判断（3）电电流放大系数的估计计2.判别别三极管的管脚（1）判定基极和管型（2）判定集电电极c和发发射极e图2-14 判别三极管c、e电极的原理图 2.2 2.2 关于放大器的基本概念关于放大器的基本概念放大器的主要用途是用来把微弱的信号 （电压、电流或功率）增大到所需数值。如：用话筒将将我们说话的声音转变成 电信号（音频信号），这种信号非常微弱， 通过扩音机放大、扬
12、声器输出，可将我们的 说话声音放大若干倍。放大电路RSRLAuuouiRsis放大的能量 从哪儿来？2.2.1 2.2.1 放大电路模型放大电路模型2.2.2 放大电电路的主要性能指标标1.放大倍数Au、Ai放大倍数是衡量放大电电路对对信号放大能力的主 要技术术参数。 （1）电压电压 放大倍数Au放大电路输出电压与输入电压的比值。 通常关心源信号的放大（2）电电流放大倍数Ai它是指放大电路输出电流与输入电流的比值 。 如果我们关心是Uo与Ii或Io与Ui，则互导互阻放大倍数常用放大倍数常用分贝分贝来表示，这时称为来表示，这时称为增益增益 。电压增益电压增益 A Au u=20=20lglg|
13、|A Au u| |（dBdB） 电流增益电流增益=20=20lglg| |A Ai i| |（dBdB）功率增益功率增益=10=10lgAlgAP P（dBdB）用增益表示优点 可扩大坐标 表示的范围；将多级放大器的增 益计算变为各级放大器增益之和由于功率正比于电压或电流的平方图2-16 放大电路的输入电阻 2. 2.输入电阻输入电阻RiRi对对于一定的信号源电电路，输输入电电阻Ri越大，放大电电路从信号源得到的输输入电电压压ui就越大，放大电电路向信号源索取的电电流也就越小。应应用时时，一定要注意区分是“电压电压 源信号”还还是“电电流源信号”驱动驱动 。3.输输出电电阻Ro图图2-17为
14、为放大电电路输输出电电阻的示意图图。图2-17 放大电路的输出电阻 Uo uL外加U断开RL测量I作为一个电压放大器，其输出电阻Ro的 大小决定了它带负载的能力。Ro越小，放 大电路的带负载能力越强，即放大电路的 输出电压uo受负载的影响越小。 1. 外加电压法2.实验方法4. 通频带信号成分复杂，放大器不同频 率的信号有不同的放大能力， 产生幅度失真；相位失真。由于电路中存在线性电抗元件AumAu0.707Aum0低频段高频段fLfH中频段下降3dB2.2.3 基本放大电电路的组组成和工作原理 1.共射极放大电路在晶体管的三种放大电路组态中，共 发射极电路用得比较普遍。这里就以NPN 共射极
15、放大电路为例，讨论放大电路的组 成、工作原理以及分析方法。图2-19所示为NPN型共射极放大 电路的原理性电路。 图2-19 基本共射极原理性电路 注意：电路的电源供电和信号流程图2-20 单电源共射极电路 将电路变形，改为单电源供电Rb 、 Rc ?2. 放大电电路实现实现 信号放大的实质实质图2-20.1 放大电路实现信号放大的工作过程 静态分析动态分析非线性失真ui uBE iBiCuCE uo放大器放大的实质是实现小能量对大能量的控制和转换作用。根据能量守恒定律，在这种能量的控制和转换中，电源UCC为输出信号提供能量。需要特别注意的是，信号的放大仅对交流量而言。3. 基本放大电路的组成
16、原则三极管具有三个工作状态，截止、放大和饱和。在放大电路中为实现其放大作用，三极管必须工作在放大状态。从上面放大电路的工作过程可概括放大电路的组成原则为：（1）外加电电源的极性必须须保证证三极管 的发发射结结正偏，集电结电结 反偏。（2）输输入电压电压 ui要能引起三极管的基 极电电流iB作相应应的变变化。（3）三极管集电电极电电流iC的变变化要尽 可能的转为电压转为电压 的变变化输输出。（4）放大电路工作时，直流电源UCC要 为三极管提供合适的静态工作电流IBQ、ICQ 和电压UCEQ，即电路要有一个合适的静态工 作点Q。2.3 基本放大电路的分析方法 2.3.1 放大电电路的图图解分析法图图解分析方法是指根据输输入信号，在三极管的特性曲线
