晶体三极管及其基本放大电路

基本放大电路是组成各种复杂放大电路的基本单元

晶体三极管

晶体三极管又称为双极型晶体管（BJT）—【因为空穴和电子都参与导电，是两种极性的载流子】、半导体三极管等

晶体管的结构及其类型

★ 发射极电流向里则为PNP，反之为NPN

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三个区域分别称为发射区、基区和集电区，对应电极分别称为发射极、基级和集电极。
发射区有非常多的载流子（重掺杂），作用是发射载流子
基区作为控制区，能控制从发射区流到集电区的载流子的数量。
图中发射极上的箭头表示发射结加正向偏压时，发射极电流的实际方向。

晶体管按结构工艺分类：有NPN和PNP型；
按制造材料分类：有锗管和硅管；
按照工作频率分类：有低频管和高频管；
按照容许耗散功率大小分类：有小功率管和大功率管

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晶体管的电流分配与放大作用

1.晶体管内部载流子的运动
放大能使微弱的信号变成在电子学应用中足够强的有效信号。例如，音频放大电路能给扬声器提供一个较强的信号

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2.晶体管的电流分配与电流放大系数
IE=IC+IB
发射极电流是电路中最大的电流，集电极电流稍小，基极电流是很小的。
一个很小的基极电流控制了大很多的发射极电流。通常，从基极到集电极的电流增益是基本确定的。这个特征值 β¯ ：
β¯≈ICIB
IE=IC+IB≈(1+β¯)IB

在考虑基区多子扩散运动和集电区少子运动的情况下有：
IC=β¯IB+(1+β¯)ICBO=β¯IB+ICEO

式中， IBCO 是发射极开路时，集电极的反向饱和电流； ICEO 是基极开路（ IB=0 ）时，集电极和发射极之间流过的穿透电流，即：
ICEO=(1+β¯)ICBO

集电极电流 IC 的主要成分是由发射极电流 IE 转化而来，定义共基极直流电流放大系数 α¯ 为：
α¯≈ICIE

可以得到：
α¯=β¯1+β¯或β¯=α¯1+α¯

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晶体管的共射特性曲线

晶体管是放大电路的核心元件

ui 为要放大的输入信号，它接入基极—发射极回路，称为输入回路；
uo 为放大后的输出信号，在集电极—发射极贿赂，称为输出回路。
由于发射极是两个回路的公共端，故称此电路为共发射极放大电路，也称共射电路
为了使发射结正偏、集电极反偏，在输入回路中加基极电源 VBB ,在输出回路中加集电极电源 VCC ,且 VCC>VBB

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1.输入特性曲线

共射极连接时的输入特性曲线描述了当管压降 uCE 为某个数值时，输入电流 iB 和输入电压 uBE 之间的关系为：
iB=f(uBE)|uCE=常数

NPN型硅晶体管输入特性曲线3.1.7
硅管死区电压约为0.5V，发射结电压 uBE 为0.6~0.7V
锗管死区电压约为0.1V，发射结电压 uBE 为0.2~0.3V

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2.输出特性曲线

共射极连接时的输出特性曲线描述了当输入电流 iB 为某个数值时，集电极电流 iC 和管压降 uCE 之间的关系为：
iC=f(uCE)|iB=常数

晶体管有3个工作区
1）截至区
iB=0 的曲线以下被称为截至区。集电极电流用 iCEO 表示，其值很小
iB=0
iE=iC=iCEO
显然，晶体管在截至区没有电流放大的能力，相当于开关断开状态

对于NPN型硅管而言，当 uBE<0.5V时 ，已开始截止。但为了可靠截止，常使 uBE⩽0
发射结和集电结均反偏

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2）放大区
输出特性曲线的近似水平部分是放大区，也称线性区
iC=βiB
iE=iB+iC=(1+β)iB≈βiB
iC 几乎仅仅决定于 iB , 而与 uCE 无关，表现出基极电流对集电极电流的控制作用
发射结正偏，集电结反偏

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3）饱和区
饱和区是指输出特性曲线中 iC 上升部分与纵轴之间的区域。在饱和区， iC不再受iB控制，只随uCE 变化，即没有电流放大能力。

饱和时，发射结与集电结均处于正向偏置。饱和状态下的 uCE 称为饱和压降，记为 UCES ,其值很小，对于NPN型硅管约为0.3V,PNP型锗管约为-0.1V.
发射结和集电结均正偏

等效电路模型

在模电中，大多情况下，应保证晶体管工作在放大状态。而在开关电路或脉冲数字电路中，晶体管主要工作于饱和状态或截止状态。

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晶体管的主要参数

1.电流放大系数
1）共射极直流电流放大系数
β¯≈ICIB

2）共射极交流电流放大系数
β=ΔiCΔiB

放大区平坦部分： β≈β¯

3）共射极直流电流放大系数
α¯≈ICIE

4）共射极交流电流放大系数
α=ΔiCΔiE

近似分析中认为 α≈α¯

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2.极间反向电流

1）集电极—基极反向饱和电流 ICBO

2）集电极—发射极反向饱和电流 ICEO

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3.极限参数
使晶体管得到充分利用而又安全可靠的参数

1）集电极最大容许电流 ICM

2）集电极最大容许耗散功率 PCM

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放大电路的组成和工作原理

基本共射极放大电路的组成

两个原则：
发射结正偏，集电结反偏；—N端接负极正偏，P端接正极正偏
输入信号能送到放大电路的输入端

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放大电路的分析

放大电路可分为静态和动态两种情况分析。静态是没有输入信号的工作状态。

直流通路和交流通路

将基本共射极放大电路拆分为直流通路和交流通路。

直流通路:
置交流输入信号源为零，视电容为开路

交流通路:
置直流电源为零，对交流信号，电容容抗为 1wc ,当电容足够大，可视电容为短路，将零电位端同视一个地端。

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静态分析

1）计算静态值

IBQ=VCC−BBEQRb
UBEQ 被认为是已知量，即管压降

求出集电极电流
ICQ=βIBQ

求 UCEQ
UCEQ=VCC−ICQRc

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1）图解法
利用线性特性与三极管输入输出特性

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动态分析

晶体管的微变等效电路模型

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发射结电阻：
re=UTIEQ

rbe=rbb′+(1+β)re=rbb′+(1+β)UTIEQ
IEQ为静态时的发射极电流，单位mA；rbb′为晶体管的基区体电阻，近似为300Ω；UT为热电压，常温取值26mV
当 0.1mA⩽IEQ⩽5mA
rbe=300+(1+β)26(mV)IEQ(mA)

考虑到晶体管输出特性曲线不完全与横轴平行而有所上翘，即随着 uCE 的增大 iC
有所增大，则
rce=ΔUCEΔIC=uceiC|IB一定
rce 称为晶体管的输出电阻，就是等效电流源的内阻。

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放大电路交流性能指标的计算
1)电压放大倍数 A˙u
A˙u=U˙oU˙i=−βR′Lrbe

2)输入电阻 Ri
Ri=U˙iI˙i

3)输出电阻 Ro
Ro=U˙I˙|US=0,RL=∞

4)源电压放大倍数 A˙us
A˙us=U˙oU˙S=A˙uU˙iU˙S=A˙uRiRi+RS

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失真
1）截止失真：静态工作点进入了截止区，出现 ui 负半周“削顶”失真

需要提高静态工作点的位置，适当减小输入信号的幅值。
对共射极放大电路来说，可以减少 Rb的阻值 来增大 IBQ

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2）饱和失真：静态工作点进入了饱和区，出现 ui 正半周“削顶”失真

需要降低静态工作点的位置，适当减小输入信号的幅值。
对共射极放大电路来说，可以增大 Rb的阻值 来减小 IBQ

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晶体管放大电路的3种接法

静态工作点稳定的共射极放大电路

输入与输出反相，既能放大电压也能放大电流，输入、输出电阻适中，主要被应用于低频多级放大电路的中间级

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共集电极放大电路

输入输出同相，只放大电流，输入电阻最高，输出电阻最小，常被用于输入级、输出级或作为隔离用的缓冲级。
又被称为射极输出器，电压放大倍数接近于1.

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共基极放大电路

只放大电压，输入电阻小，高频特性很好，常被用于高频或宽频带低输入阻抗的场合。

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性能比较: