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1、第二章 半导体三极管及放大电路基本第一节 学习规定第二节 半导体三极管第三节 共射极放大电路第四节 图解分析法第五节 小信号模型分析法第六节 放大电路的工作点稳定问题第七节 共集电极电路第八节 放大电路的频率响应概述第九节 本章小结第一节 学习规定（1）掌握基本放大电路的两种基本分析措施-图解法与微变等效电路法。 会用图解法分析电路参数对电路静态工作点的影响和分析波形失真等； 会用微变等效电路法估算电压增益、电路输入、输出阻抗等动态指标。（2）熟悉基本放大电路的三种组态及特点；掌握工作点稳定电路的工作原理。（3）掌握频率响应的概念。理解共发射极电路频率特性的分析措施和上、下限截止频率的概念。第
2、二节 半导体三极管（BJT）BJT是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件，由于PN结之间的互相影响， 使BJT体现出不同于单个 PN结的特性而具有电流放大，从而使PN结的应用发生了质的奔腾。本节将环绕BJT为什么具有电流放大作用这个核心问题，讨论BJT的构造、内部载流子的运动过程以及它的特性曲线和参数。一、BJT的构造简介BJT又常称为晶体管，它的种类诸多。按照频率分，有高频管、低频管； 按照功率分，有小、中、大功率管；按照半导体材料分，有硅管、锗管；根据构造不同， 又可提成NPN型和PNP型等等。但从它们的外形来看，BJT均有三个电极，如图3.1所示。图3.1是NPN型BJT的示意图
3、。 它是由两个 PN结的三层半导体制成的。中间是一块很薄的P型半导体(几微米几十微米)，两边各为一块N型半导体。从三块半导体上各自接出的一根引线就是BJT的三个电极，它们分别叫做发射极e、基极b和集电极c，相应的每块半导体称为发射区、基区和集电区。虽然发射区和集电区都是N型半导体，但是发射区比集电区掺的杂质多。在几何尺寸上， 集电区的面积比发射区的大，这从图3.1也可看到，因此它们并不是对称的。二、BJT的电流分派与放大作用1、BJT内部载流子的传播过程BJT工作于放大状态的基本条件：发射结正偏、集电结反偏。在外加电压的作用下， BJT内部载流子的传播过程为：（1）发射极注入电子 由于发射结外
4、加正向电压VEE，因此发射结的空间电荷区变窄，这时发射区的多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区， 形成发射极电流IE，其方向与电子流动方向相反，如图3.2所示。（2）电子在基区中的扩散与复合由发射区来的电子注入基区后， 就在基区接近发射结的边界积累起来， 右基区中形成了一定的浓度梯度，接近发射结附近浓度最高，离发射结越远浓度越小。因此， 电子就要向集电结的方向扩散，在扩散过程中又会与基区中的空穴复合，同步接在基区的电源VEE的正端则不断从基区拉走电子， 仿佛不断供应基区空穴。电子复合的数目与电源从基区拉走的电子数目相等， 使基区的空穴浓度基本维持不变。这样就形成了基极电流IB， 因此基极电流
5、就是电子在基区与空穴复合的电流。 也就是说， 注人基区的电子有一部分未达到集电结， 如复合越多， 则达到集电结的电子越少， 对放大是不利的。 所觉得了减小复合，常把基区做得很薄 (几微米)，并使基区掺入杂质的浓度很低，因而电子在扩散过程中事实上与空穴复合的数量很少， 大部分都能达到集电结。（3）集电区收集电子集电结外加反向电压，其集电结的内电场非常强，且电场方向从C区指向B区。使集电区的电子和基区的空穴很难通过集电结，但对基区扩散到集电结边沿的电子却有很强的吸引力， 使电子不久地漂移过集电结为集电区所收集，形成集电极电流IC。 与此同步，集电区的空穴也会在该电场的作用下，漂移到基区， 形成很小
6、的反向饱和电流ICB0 。2、电流分派关系与正向偏置的二极管电流类似，发射极电流iE与vBE成指数关系： 集电极电流iC是iE的一部分，即：式中称为BJT的电流放大系数三、BJT的特性曲线.共射极电路的特性曲线（1）输入特性VCE=0V时，b、e间加正向电压，这时发射结和集电结均为正偏，相称于两个二极管正向并联的特性。VCE1V时，这时集电结反偏，从发射区注入基区的电子绝大部分都漂移到集电极，只有小部分与空穴复合形成IB。 vCE1V后来，IC增长很少，因此IB的变化量也很少，可以忽视vCE对IB的影响，即输入特性曲线都重叠。注意:发射结开始导通的电压vBE：0.6V0.7V(硅管)，0.10
7、.3V(锗管)（2）输出特性曲线对于一拟定的iB值，iC随VCE的变化形成一条曲线，给出多种不同的iB值，就产生一种曲线族。如图3.6所示。 IB = 0V， IC=ICEO BJT截止，无放大作用，因此相应IB=0的输出特性曲线如下的区域称为截止区如图3.6所示。 IB0 ， VCE1V ，iC随IB的变化不遵循的规律，并且iC随VCE的变化也是非线性的，因此该区域称为饱和区。 IB0、VCE1V，iC随iB的变化状况为： 或在这个区域中IC几乎不随VCE变化，相应于每一种IB值的特性曲线都几乎与水平轴平行，因此该区域称为线性区或放大区。四、BJT的重要参数 BJT的参数是用来表征管子性能优
8、劣相适应范畴的，它是选用BJT的根据。理解这些参数的意义，对于合理使用和充足运用BJT达到设计电路的经济性和可靠性是十分必要的。1.流放大系数BJT在共射极接法时的电流放大系数，根据工作状态的不同，在直流和交流两种状况下分别用符号 和表达。其中上式表白:BJT集电极的直流电流 IC与基极的直流电流IB的比值， 就是BJT接成共射极电路时的直流电流放大系数， 有时用hFE来代表。但是，BJT常常工作在有信号输人的状况下，这时基极电流产生一种变化量，相应的集电极电流变化量为，则与之比称为BJT的交流电流放大系数，记作即2.极间反向电流（1）集电极-基极反向饱和电流ICBO。表达发射极开路，c、b间
9、加上一定的反向电压时的电流。（2）集电极-发射极反向饱和电流（穿透电流）ICEO。表达基极开路，c、e间加上一定的反向电压时的集电极电流。3.极限参数（1）集电极最大容许电流ICM。表达BJT的参数变化不超过容许值时集电极容许的最大电流。当电流超过ICM时，三极管的性能将明显下降，甚至有烧坏管子的也许。（2）集电极最大容许功耗PCM。表达BJT的集电结容许损耗功率的最大值。超过此值时，三极管的性能将变坏或烧毁。（3）反向击穿电压V（BR）CEO。 表达基极开路，c、e间的反向击穿电压。4、晶体管的选择（1）依使用条件选PCM在安全区工作的管子， 并予以合适的散热规定。（2）要注意工作时反向击穿
10、电压 ， 特别是VCE不应超过 V（BR）CEO。（3）要注意工作时的最大集电极电流IC不应超过ICM。（4）要依使用规定：是小功率还是大功率， 低频、高频还是超高频，工作电源的极性，值大小规定。返回第三节共射极放大电路在实践中，放大电路的用途是非常广泛的，它可以运用BJT的电流控制作用把单薄的电信号增强到所规定的数值， 例如常用的扩音机就是一种把单薄的声音变大的放大电路。 声音先通过话筒变成单薄的电信号，通过放大器，运用BJT的控制作用，把电源供应的能量转为较强的电信号，然后通过扬声器 (喇叭)还原成为放大了的声音。为了理解放大器的工作原理，先从最基本的放大电路开始讨论。一、共射极基本放大电
11、路的构成在图3.7所示的单管放大电路中， 采用NPN型硅BJT，VCC是集电极回路的直流电源 (一般在几伏到几十伏的范畴)， 它的负端接发射极,正端通过电阻R接集电极， 以保证集电结为反向偏置；R是集电极电阻(一般在几千欧至几十千欧的范畴)，它的作用是将BJT的集电极电流iC的变化转变为集电极电压VCE的变化。VBB是基极回路的直流电源,它的负端接发射极， 正端通过基极电阻Rb接基极，以保证发射结为正向偏置，并通过基极电阻 Rb(一般在几千欧至几百千欧的范畴) (一般在几十千欧至几百千欧的范畴)，由VBB供应基极一种合适的基极电流 对于硅管，VBE约为0.7V左右， 对于锗管，VBE约为0.2
12、V左右，而VBB一般在几伏至几十伏的范畴内(常取VBB=VCC)，即VBBVBE，因此近似有由上式可见，这个电路的偏流IB决定于VB，和Rb的大小，VBB和Rb经拟定后，偏流IB就是固定的，因此这种电路称为固定偏流电路。Rb又称为基极偏且电阻。电容Cb1和Cb2称为隔直电容或耦合电容(一般在几微法到几十微法的范畴)，它们在电路中的作用是传送交流，隔离直流。值得指出的是， 放大作用是运用BJT的基极对集电极的控制作用来实现的， 即在输入端加一种能量较小的信号，通过BJT的基极电流去控制流过集电极电路的电流， 从而将直流电源VCC的能量转化为所需要的形式供应负载。 因此， 放大作用实质上是放大器件
13、的控制作用；放大器是一种能量控制部件。同步还要注意放大作用是针对变化量而言的。 二、共射极基本放大电路的工作过程待放大的输人电压vi从电路的A、O两点(称为放大电路的输入端)输入，放大电路的输出电压Vo由B、O两点(称为放大电路的输出端)输出。输入端的交流电压vi 通过电容Cb，加到BJT的发射结，从而引起基极电流iB相应的变化。iB的变化使集电极电流iC随之变化。iC的变 化量在集电极电阻RC上产生压降。集电极电压vCE =VCC 一iCRC，当iC的瞬时值增长时，vCE 就要减小，因此vCE 的变化恰与iC 相反。vCE 中的变化量通过电容Cb ，传送到输出端成为输出电压Vo 。如果电路参
14、数选择合适，v0 的幅度将比vi 大得多，从而达到放大的目的，相应的电流、电压波形示于图3.8中。在半导体电路中，常把输人电压、输出电压以及直流电源Vcc 和VBB 的共同端点(0点)称为地，用符号表达(注意，事实上这一点并不真正接到大地上)，并以地端作为零电位点 (参照电位点)。这样，电路中各点的电位事实上就是该点与地之间的电压(即电位差)。例如Vc就是指集电极对地的电压。这些概念和术语，前面已作过初步的简介，但这里所讨论的放大电路要复杂得多。三、共射极放大电路的简化为了分析以便，我们规定:电压的正方向是以共同端 (0点) 为负端，其她各点为正端。 图3.9中所标出的十、一号分别表达各电压的假定正方向；而电流的假定正方向如图中的箭头所示，即ic、ib 以流入电极为正；iE则以流出电极为正。图中表达电流、电压的符号的意义如下：VBE 、IB （大写符号，大写下标）表达直流值。vbe 、ib （小写符号，小写下标）表达瞬时值。vBE 、iB （小写符号，大写下标）表达交直流量之和。Vbe 、Ib （大写符号，小写下标）表达交流有效值。图3.9是简化后共射极放大电路， 它是工程实际中用得较广泛的一种电路组态。为了简化电路， 一般选用VCC =VBB ，如图3.9所示。左图是右图的习惯画法。返回第四节图解分析法一、
