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1、晶体三极管一、三极管的电流放大原理晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式， 但使用最多的是硅 NPN 和 PNP 两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介 绍 NPN 硅管的电流放大原理。集电 -斗飙1SfitlK图1、晶体三极管（NPN）的结构图一是NPN管的结构图，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，从图可见发射区与基区 之间形成的PN结称为发射结，而集电区与基区形成的PN结称为集电结，三条引线分别称为发射极e、基极b 和集电极。当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高
2、于b点电位几伏时，集电结处 于反偏状态，集电极电源 Ec 要高于基极电源 Ebo。在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控 制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确，发射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流 子（控穴）很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的 电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流 Ie。由于基区很薄，加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流 Ic， 只剩下很少（1T0%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新
3、补纪念给， 从而形成了基极电流Ibo根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic这就是说，在基极补充一个很小的lb,就可以在集电极上得到一个较大的Ic,这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：B1=Ic/Ib式中：B-称为直流放大倍数，集电极电流的变化量AIc与基极电流的变化量之比为：B= AIc/AIb式中B称为交流电流放大倍数，由于低频时B1和B的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者 不作严格区分，B值约为几十至一百多。三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大 作用。二、三极管的特性曲线1、输入特性图2 （b）是三极管
4、的输入特性曲线，它表示Ib随Ube的变化关系，其特点是：1）当Uce在0-2伏范围内， 曲线位置和形状与Uce有关，但当Uce高于2伏后，曲线Uce基本无关通常输入特性由两条曲线（I和II） 表示即可。2） 当 UbeVUbeR时，Ib0称（0UbeR）的区段为“死区”当UbeUbeR时，Ib随Ube增加而增加，放大 时，三极管工作在较直线的区段。3）三极管输入电阻，定义为:rbe=（AUbe/Alb）Q点，其估算公式为：rbe=rb+（B+l）（26 毫伏/Ie 毫伏）rb为三极管的基区电阻，对低频小功率管，rb约为300欧。2、输出特性输出特性表示Ic随Uce的变化关系（以lb为参数）从图
5、2 （C）所示的输出特性可见，它分为三个区域： 截止区、放大区和饱和区。截止区当Ube0时，则IbO,发射区没有电子注入基区，但由于分子的热运动，集电集仍有小量电流 通过，即Ic=Iceo称为穿透电流，常温时Iceo约为几微安，锗管约为几十微安至几百微安，它与集电极反 向电流Icbo的关系是：Iceo=（1+ B ）Icbo常温时硅管的Icbo小于1微安，锗管的Icbo约为10微安，对于锗管，温度每升高12C，Icbo数值增加 一倍，而对于硅管温度每升高8C，Icbo数值增大一倍，虽然硅管的Icbo随温度变化更剧烈，但由于锗管 的Icb。值本身比硅管大，所以锗管仍然受温度影响较严重的管，放大区
6、，当晶体三极管发射结处于正偏而 集电结于反偏工作时，Ic随Ib近似作线性变化，放大区是三极管工作在放大状态的区域。饱和区当发射结和集电结均处于正偏状态时，Ic基本上不随Ib而变化，失去了放大功能。根据三极管发 射结和集电结偏置情况，可能判别其工作状态。图2、三极管的输入特性与输出特性 截止区和饱和区是三极管工作在开关状态的区域，三极管和导通时，工作点落在饱和区，三极管截止时， 工作点落在截止区。三、三极管的主要参数1、直流参数（1）集电极一基极反向饱和电流Icbo，发射极开路（Ie=0）时，基极和集电极之间加上规定的反向电压Vcb 时的集电极反向电流，它只与温度有关，在一定温度下是个常数，所以
7、称为集电极一基极的反向饱和电流。 良好的三极管，Icbo很小，小功率锗管的Icb。约为110微安，大功率锗管的Icbo可达数毫安，而硅管 的Icbo则非常小，是毫微安级。（2）集电极一发射极反向电流Iceo（穿透电流）基极开路（Ib=0）时，集电极和发射极之间加上规定反向 电压Vce时的集电极电流。Iceo大约是Icbo的B倍即Iceo=（1+B）Icbo o Icbo和Iceo受温度影响极大， 它们是衡量管子热稳定性的重要参数，其值越小，性能越稳定，小功率锗管的Iceo比硅管大。（3）发射极一-基极反向电流Iebo集电极开路时，在发射极与基极之间加上规定的反向电压时发射极的 电流，它实际上是
8、发射结的反向饱和电流。（4）直流电流放大系数B1 （或hEF）这是指共发射接法，没有交流信号输入时，集电极输出的直流电流 与基极输入的直流电流的比值，即：B1=Ic/Ib2、交流参数(1) 交流电流放大系数B (或hfe)这是指共发射极接法，集电极输出电流的变化量Ale与基极输入电 流的变化量之比，即：B= Ale/Alb一般晶体管的B大约在10-200之间，如果B太小，电流放大作用差，如果B太大，电流放大作用虽然大， 但性能往往不稳定。(2) 共基极交流放大系数a (或hfb)这是指共基接法时，集电极输出电流的变化是Ale与发射极电流 的变化量Ale之比，即：a=AIe/AIe因为AlcVA
9、le，故a1。高频三极管的a0.90就可以使用a与B之间的关系：a = B / (1+B)B= a/(1-a)1/ (1-a)(3) 截止频率f B、fa当B下降到低频时0.707倍的频率，就是共发射极的截止频率fB；当a下降到 低频时的0.707倍的频率，就是共基极的截止频率fao fB、fa是表明管子频率特性的重要参数，它们 之间的关系为：fB(1-a) f a(4) 特征频率fT因为频率f上升时，B就下降，当B下降到1时，对应的fT是全面地反映晶体管的高频 放大性能的重要参数。3、极限参数(1) 集电极最大允许电流ICM当集电极电流Ic增加到某一数值，引起B值下降到额定值的2/3或1/2
10、， 这时的Ie值称为ICM。所以当Ie超过ICM时，虽然不致使管子损坏，但B值显著下降，影响放大质量。(2) 集电极基极击穿电压BVCBO当发射极开路时，集电结的反向击穿电压称为BVEBO。(3) 发射极基极反向击穿电压BVEBO当集电极开路时，发射结的反向击穿电压称为BVEBO。(4) 集电极发射极击穿电压BVCEO当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，使用 时如果VceBVceo，管子就会被击穿。(5) 集电极最大允许耗散功率PCM集电流过Ie，温度要升高，管子因受热而引起参数的变化不超过允许 值时的最大集电极耗散功率称为PCM。管子实际的耗散功率于集电极直流电压和电流的乘积
11、，即Pe=UeeX Ie.使用时庆使PcVPCM。PCM与散热条件有关，增加散热片可提高PCM。一、三极管1. 三极管的放大作用图1是收信放大管的结构及符号图，栅极用符号g表示，栅极具有控制阳极电流ia的作用。由于栅极与阴 极之间的距离较阳极与阴极间的距离近得多，所以栅极对阴极发射电子的影响也较阳极的影响大得多，即 是说栅极控制电子的能力要比阳极大得多，栅压ug有多少量的变化，就能引起阳极电流ia发生较大的变 化，这就是三极管具有放大作用的原因。图1三极管结构及符号2. 三极管的静态特性曲线（1）阳极特性曲线，指栅压 ug 为常数时，阳极是电流 ia 与阳极电压 ua 的变化关系曲线，采用图
12、2 的线 路可测出在极管阳极特性曲线，图3表示6N8P的阳极特性曲线簇。-u +图 2、测量三极管静态特性曲线的电路从阳极特性的曲线簇可以看出：1）它的每条曲线形状和二极管的行性曲线相似，栅压愈负，曲线愈向右移。这是因为栅压为负进，只有当 阳极电压增加到能够抵消在阴极附近产生的排斥电场以后，才会产生阳极电流。2）特性曲线的大部分是彼此平行的直线，间隔也比较均匀，但在阳极电流较低的部分，曲线显得弯曲。3）从图中还可以看出，栅压电流可变化4毫安，若栅压保持-8伏不变，要使阳极电流变化4毫安，则 阳极电压应变化40伏才行，这说明书栅压对阳极电流的控制作用是阳极电压控制作用的20倍。（2）阳栅特性曲线
13、，指阳极电压为常数时，阳极电流ia与栅压ug的变化关系曲线。仍用图2测量阳栅特性曲线。只要把阳极电压ua固定在某一数值上，然后一条阳栅特性曲线，在不同的阳 极电压下作出很多条曲线就组成特性曲线簇。图4为6N8P阳栅特性曲线簇。图 3、6N8P 阳极特性曲线从曲线簇可以看出：1）在阳极电压为定值时，随着负栅压的增加，阳极电流减小。当负栅压增加到某一个数值时，阳极电流减 小到零，这时称为阳极电流截止，对应的栅压称为截止栅压。2）阳极电压越高，特性曲线越往左移，这是因为阳极电压越高，要使阳极电流截止的负栅压也越大。3）从图中还可看出栅压变化对阳极电流的变化影响很大。3. 三极管的参数（1）跨导跨导的
14、定义是：在阳压保持不变时，栅压Ug在某一工作点上变化一个增量Aug，将引起阳极流ia相应地 弯化一个增量Aia，比值Aia/Aig称为跨导，用符号S表示，即：S=Aia/Aig|ua （固定）（毫安/伏） 跨导具有电导的性质，其物理意义是：在阳压固定不变的条件下，当栅压变化1伏时，阳流变化了多少毫 安。它表明栅压控制阳流的能力，跨导越大，栅压控制阳流的能力就越强。电子管的跨导可以从已知的阳栅特性曲线簇上求出。特性曲线的不同部分的跨导值是不一样的。曲线越陡 （即斜率越大）跨导就越大，所以在特性曲线的直线部分，跨导最大，而且各点跨导差不多相同，因此，电子管手册中给出的跨导，都是指直线部分的跨导值，
15、一般三极管的跨导值约为210（毫安/伏） （2）内阻内阻的定义是：在栅压保持不变时，阳压ua在某一工作点上弯化一个增量厶ua，将引起阳流相应地变化一 个增量Aia，比值Aua/Aia称为内阻，用符号Ri表示，即：Ri=Aua/Aia|ig （固定）（欧姆）当ia为毫安，ua为伏时，则Ri为千欧。内阻的物理意义是：在栅压保持不公的条件下，阳流变化1毫安，阳压需要变化多少伏，这表明了阳极对 阳流的控制能力，内阻越小，阳压控制阳流的能力就越强。内阻也可以从阳极特性曲线上求出，由于电子管的阳极特性曲线不是直线，所以曲线上各点的内阻值也不 相同，曲线越陡（即斜率越大）时，内阻越小，曲线越平直（即斜率越小）则内阻越大，一般三极管内阻 值为500欧至100千欧之间。（3）放大系数放大系数的定义是：阳压变化一个增量Aua为了保持阳流不变，栅压ug必须相应地变化一个Augua 与厶ug比值的绝对值，称为放大系数，用符号卩表示，即：u =Aua/Aug|ia （固定） 放大系数没有单位，它表明栅压对阳流的影响比阳压对阳流的影响大多少倍，一般三极管的放大系数在5 100之间。（4）三个参数之间的关系电子管的三个参数S、Ri和卩三者之间有
