半導體三極管及放大電路基礎

半導體三極管及放大電路基礎半導體三極管基本放大電路半導體三極管頻率：高頻管、低頻管功率：材料：小、中、大功率管硅管、鍺管類型：NPN型、PNP型半導體三極管是具有電流放大功能的元件晶體三極管的結構發(fā)射結

集電結基極發(fā)射極

集電極晶體三極管是由兩個PN結組成的發(fā)射區(qū)基區(qū)

集電區(qū)三極管電流分配

半導體三極管在工作時一定要加上適當?shù)闹绷髌秒妷骸Ｔ诜糯蠊ぷ鳡顟B(tài)：發(fā)射結加正向電壓，集電結加反向電壓。三極的工作原理

發(fā)射結加正偏時，從發(fā)射區(qū)將有大量的電子向基區(qū)擴散，形成的電流為IEN。從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴散運動，但其數(shù)量小，形成的電流為IEP。（這是因為發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠大于基區(qū)的摻雜濃度。）

進入基區(qū)的電子流因基區(qū)的空穴濃度低，被復合的機會較少。又因基區(qū)很薄，在集電結反偏電壓的作用下，電子在基區(qū)停留的時間很短，很快就運動到了集電結的邊上，進入集電結的結電場區(qū)域，被集電極所收集，形成集電極電流ICN。在基區(qū)被復合的電子形成的電流是IBN。另外因集電結反偏，使集電結區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。

很小的基極電流IB，就可以控制較大的集電極電流IC，從而實現(xiàn)了放大作用。三極管的電流關系共集電極接法：集電極作為公共端；共基極接法：基極作為公共端。共發(fā)射極接法：發(fā)射極作為公共端；各極電流之間的關系式共基極電流傳輸系數(shù)。因ICBO較小，所以又因則，IC≈IE因ICEO較小，所以共發(fā)射極電流放大系數(shù)。IE=IC+IB>>1半導體三極管的特性曲線

iB是輸入電流，vBE是加在B、E兩極間的輸電壓。輸入特性曲線—

iB=f(vBE)

vCE=常數(shù)

共發(fā)射極接法的輸入特性曲線其中vCE=0V的那一條相當于發(fā)射結的正向特性曲線，當vCE≥1V時，vCB=vCE

-vBE>0，集電結已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，且基區(qū)復合減少，IC/IB增大，特性曲線將向右稍微移動一些。但vCE再增加時，曲線右移很不明顯。

導通電壓鍺管0.1~0.3V硅管0.6~0.8V輸出特性曲線—

iC=f(vCE)

iB=常數(shù)iC是輸出電流，vCE是輸出電壓。

⑴放大區(qū)：發(fā)射結正偏、集電結反偏⑵截止區(qū)：

IB=0以下的區(qū)域。⑶飽和區(qū)：發(fā)射結和集電結均為正偏。IC隨著VCE的變化而迅速變化。工程上以VCE=0.3伏作為放大區(qū)和飽和區(qū)的分界線。VCE大于0.7

V左右(硅管)。發(fā)射結和集電結均為反偏。測量三極管三個電極對地電位，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大Vc>Vb>Ve放大Vc<Vb<Ve發(fā)射結和集電結均為反偏。發(fā)射結和集電結均為正偏。例1：

測得VB=4.5

V、VE=3.8

V、VC=8

V，試判斷三極管的工作狀態(tài)。放大例2：半導體三極管的參數(shù)

直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)①直流電流放大系數(shù)

1.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=常數(shù)一.直流參數(shù)

2.共基極直流電流放大系數(shù) =（IC－ICBO）/IE≈IC/IE 顯然與之間有如下關系:=IC/IE=IB/1+IB=/1+②極間反向電流

1.集電極基極間反向飽和電流ICBO

ICBO的下標CB代表集電極和基極，O是Open的字頭，代表第三個電極E開路。它相當于集電結的反向飽和電流。

2.集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO和ICBO有如下關系

ICEO=（1+）ICBO相當基極開路時，集電極和發(fā)射極間的反向飽和電流，即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對應的Y坐標的數(shù)值。二.交流參數(shù)①交流電流放大系數(shù)1.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

=IC/IBvCE=const在放大區(qū)值基本不變，通過垂直于X軸的直線由IC/IB求得。

在輸出特性曲線上求β

2.共基極交流電流放大系數(shù)α

α=IC/IE

VCB=const當ICBO和ICEO很小時，可以不加區(qū)分。②特征頻率fT

三極管的值不僅與工作電流有關，而且與工作頻率有關。由于結電容的影響，當信號頻率增加時，三極管的將會下降。當下降到1時所對應的頻率稱為特征頻率，用fT表示。①集電極最大允許電流ICM

三極管集電極最大允許電流ICM。當IC＞ICM時，管子性能將顯著下降，甚至會損壞三極管。②集電極最大允許功率損耗PCM

集電極電流通過集電結時所產生的功耗，

PCM=ICVCB≈ICVCE，因發(fā)射結正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集電結上。在計算時往往用VCE取代VCB。三.極限參數(shù)③反向擊穿電壓

1.V(BR)CBO——發(fā)射極開路時的集電結擊穿電壓。下標BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭，CB代表集電極和基極，O代表第三個電極E開路。

2.V(BR)EBO——集電極開路時發(fā)射結的擊穿電壓。3.V(BR)CEO——基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。對于V(BR)CER表示BE間接有電阻，V(BR)CES表示BE間是短路的。幾個擊穿電壓在大小上有如下關系

V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO由PCM、ICM和V(B蛋R)靠CE顏O在輸壓出特瘡性曲稀線上姐可以電確定亮過損階耗區(qū)芝、過建電流抬區(qū)和詢擊穿娘區(qū)。輸出弊特性母曲線質上的爛過損造耗區(qū)始和擊蓋穿區(qū)半導順體三單極管霜的型艙號國家災標準倦對半廟導體襯三極場管的丙命名乓如下疤:3DG11小0B第二乘位：A鍺PN村P管、B鍺NP腦N管、C硅PN盜P管、D硅NP隔N管第三懷位：X低頻趁小功忙率管樸、D低頻罵大功宜率管奏、G高頻遇小功益率管耍、A高頻穩(wěn)大功鍬率管戀、K開關狀管材料器件皆的種穩(wěn)類同種宿器件擠型號催的序屆號同一毅型號絕中的傭不同閑規(guī)格三極脫管雙極松型三碎極管汽的參嘆數(shù)參

數(shù)型

號

PCMmWICMmAVRCBOVVRCEO

VVREBO

VICBO

μAfT

MHz3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5A5A3002504≤2mA3DK100B100302515≤0.13003DKG23250W30A4003258注：葉*為f基本事放大級電路基本協(xié)放大將電路舟一般許是指糖由一位個三濱極管錫與相家應元通件組燥成的井三種渣基本脹組態(tài)尋放大倆電路渣。共發(fā)總射極糧、共集垂電極敲、共基涼極放大濁電路靠的主哥要技拾術指圾標(1)竿放大棕倍數(shù)(2蛋)輸俊入電勾阻Ri(3舉)輸出算電阻Ro(4移)通頻兔帶(1逗)放大園倍數(shù)輸出衰信號側的電館壓和西電流遣幅度勝得到昌了放菠大，侵所以柴輸出羅功率絲式也會若有所毅放大跑。對甩放大宵電路幫而言謀有電壓商放大石倍數(shù)純、電邀流放至大倍挑數(shù)和功率后放大拐倍數(shù),通鉆常它甘們都幣是按擔正弦攔量定間義的波。電壓放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)功率放大倍數(shù)(2剪)輸入撇電阻Ri輸入衫電阻補是表哨明放役大電阿路從苦信號熟源吸券取電確流大歡小的潑參數(shù)迷，Ri大放斑大電筆路從歉信號銹源吸酸取的萬電流黨小，歡反之議則大鄙。(3蔬)輸出陡電阻Ro輸出昌電阻槽是表休明放賺大電勇路帶語負載籌的能齊力，Ro大表疏明放愧大電謹路帶然負載錢的能瓣力差用，反娘之則拿強。注意扛：放夏大倍桑數(shù)、蛋輸入旁電阻蔑、輸趴出電征阻通需常都稻是在亂正弦昂信號塘下的輝交流墾參數(shù)萌，只樣有在敗放大章電路祥處于測放大序狀態(tài)哀且輸魄出不亦失真航的條翻件下趕才有育意義阻。(4栗)責通頻殃帶BW相應堡的頻稠率fL稱為扒下限靜頻率宜，fH稱為逝上限紅頻率。

放大電路的增益A(f)是頻率的函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)都要下降。當A(f)下降到中頻電壓放大倍數(shù)A0的1/時，即基本循放大資電路盈的工既作原荷理(1曠)患共發(fā)洗射極菜基本休放大忌電路寶的組勤成三極蘆管T起放箭大作疫用。偏置鑒電路VCC、Rb提供豈電源鄭，并揀使三是極管工作接在線爹性區(qū)冒。耦合蕩電容C1、C2輸入冷耦合佩電容C1保證賣信號加到蝕發(fā)射暑結，不影延響發(fā)暮射結偏置墓。輸友出耦合電情容C2保證信號喚輸送冊到負載，既不影若響集電結快偏置尤。負載襪電阻RC、RL將變留化的須集電節(jié)極電蜂流轉換參為電競壓輸旋出。(2櫻)靜態(tài)謝和動年態(tài)靜態(tài):時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。放大販電路泳建立妻正確自的靜展態(tài)，珠是保魂證動惡態(tài)工肆作的專前提怖。分庭析放真大電欲路必們須要躲正確櫻地區(qū)峽分靜蜘態(tài)和色動態(tài)桶，正識確地勝區(qū)分遷直流毯通路掏和交悠流通擱路。動態(tài):時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。直流學電源垮和耦陳合電彼容對宇交流襯相當癥于短鼻路(3毒)碑直流招通路潑和交顏流通擴路(a)直流晝通路直流刑通路能通減過直聰流的桐通路破。交流屠通路能通零過交洽流的朝電路僚通路倆。(b)交流刪通路(4裂)設放大診原理輸入貌信號眼通過精耦合鋼電容蝴加在滿三極身管的館發(fā)射皮結于筍是有下列冰過程：三極謎管放祥大作昏用變化的通過轉變?yōu)樽兓妮敵龇糯笸娐饭?jié)的基燃本分棋析方死法①靜純態(tài)工飯作狀敞態(tài)的吧計算螞分析療法IB、IC和VCE這些涂量代悅表的鋒工作丹狀態(tài)公稱為靜態(tài)率工作華點，用Q表示老。在都測試自基本捉放大陶電路蘇時，拘往往至測量案三個箏電極驢對地香的電足位VB、VE和VC即可淹確定菠三極殃管的碌靜態(tài)焰工作糾狀態(tài)。根據(jù)墳直流剪通路元對放歲大電洗路的美靜態(tài)譜進行引計算②靜會態(tài)工育作狀英態(tài)的翁圖解起分析父法2.慈由傳直流吳負載糧線VCE=VCC－ICRCVCC喬、VCC/Rc3.匠得扁到Q點的王參數(shù)IB、IC和VCE。1.痕在棚輸出挎特性玻曲線甜上確純定兩個叔特殊犧點,即肺可畫膨出直迅流負椅載線正。放大嗚電路葬的動說態(tài)圖望解分奸析（1糖）交村流負尸載線1.媽從B點通躍過輸壓出特曾性曲下線上打的Q點做館一條著直線棍，其斜丟率為-1/R'L。2.R'L=RL∥Rc，是交綠流負導載電大阻。3.擠交流腫負載負線是漫有交叉流差輸入氏信號蛙時Q點的蓮運動襲軌跡謹。4.胸交流謙負載樸線與環(huán)直流負載廉線相渡交Q點。通過杏圖解久分析棒，可娃得如雪下結娃論：1.vivBEiBiCvCE|-vo|2.vo與vi相位馳相反桶；3.貨可夏以測很量出還放大只電路委的電豈壓放孫大倍夾數(shù)；4.涼可顛以確吃定最牲大不撕失真末輸出及幅度。(2辦)交流塊工作臂狀態(tài)戒的圖沃解分堵析①波形快的失辟真飽和焦失真截止鵝失真由于工放大凳電路迎的工蛾作點造達到馬了三雜極管的飽倘和區(qū)鈔而引守起的肯非線錘性失梢真。艇對于NP升N管，輸出飼電壓屆表現(xiàn)冤為底沉部失粘真。由于另放大絞電路滅的工矩作點辦達到栗了三被極管的截鍛止區(qū)誰而引杏起的曠非線鴉性失綱真。休對于NP場N管，輸出御電壓裝表現(xiàn)奮為頂媽部失鞋真。(3車)最大雙不失碑真輸痛出幅意度注意許：對叔于PN娛P管，挎由于鄭是負槳電源芹供電需，失厘真的阿表現(xiàn)腰形式洽，與NP澆N管正表好相透反。波形（動畫汁3-耐3）②放團大電萍路的葬最大掉不失關真輸靜出幅跌度放大錫電路魂要想愈獲得夕大的碗不失批真輸仁出幅巖度，做需要術：1.寒工作針點Q要設液置在敏輸出陷特性香曲線體放大敲區(qū)的引中間沫部位慚；2.懼要有頓合適摸的交涌流負討載線。（4）非線頌性失醋真放大輔器要殖求輸江出信搜號與荷輸入僚信號弟之間咱是線糟性關咽系，屢不能種產生循失真愛。由于緩三極韻管存合在非欣線性較，使疾輸出啞信號內產生村了非線川性失毒真。非線禿性失梳真系楚數(shù)的而定義乘：在某該一正鴉弦信年號輸越入下幅，輸復出波令形因道非線辣性而閑產生天失真歷，其誕諧波鍋分量介的總化有效棕值與居基波頭分量妄之比直，用TH榆D表示更，即(5馬)輸出繳功率黃和功績率三貧角形要想PO大，聽就要余使功種率三癢角形揮的面粗積大枯，即靈必須矛使Vom和Iom都要圓大。放大術電路巾向電此阻性姓負載熄提供丟的輸出節(jié)功率在輸楚出特榴性曲彎線上吐，三病角形AB鞠Q的面瀉積，紡稱為功率哀三角勾形。三極宗管的譜低頻升小信悲號模適型(1胸)模慰型的鳥建立1.擔三極布管可顏以用軟一個紙模型秧來代至替。2.鋸對于填低頻排模型則可以置不考市慮結效電容景的影強響。3.溪小信會號意洪味著飼三極繡管在衡線性歡條件央下工竿作，頌微變厘也具作有線含性同稀樣的惰含義。h參數(shù)敬模型（2)模型趕中的品主要賺參數(shù)rbe交流葬輸入刮電阻iB——輸出殿電流茶源表示辰三極哭管的電流荷放大勵作用①hie為輸入便電阻，即rbe。②hre為電壓尿反饋喊系數(shù)，即μr。③hfe為電流籮放大俯系數(shù)，即。④hoe為輸出遍電導，即1/rce。(3務)模型仆簡化μr反映斥三極掠管內坑部的威電壓勁反饋美，因恢數(shù)量汪很小由，一訊般可幕以忽急略。1/rce與電件流源和并聯(lián)蜘時，恒分流奮極小梳，可防作開蓋路處客理。用H參數(shù)抄小信簡號模從型分并析共勉射極杜基本屯放大零電路(1悄)小碼信號斬等效犁電路(2翼)電壓踩增益(3弓)輸入僑電阻Ri(4)輸出耽電阻Ro穩(wěn)定及工作蜘點I1分壓圾式偏丸置VBI1=(額5~確10腥)IBVB=(穴3~來5)再VIB(1棚)確膨定工坑作點對:QIe+Ve-VB+VBE-穩(wěn)定嗚過程(2喝)電壓另增益工作拆點穩(wěn)釋定，增益嚷下降販。解決問這個曾矛盾犧的方部法是劈燕加電恰容Ce。(3流)輸入際電阻Ri輸入衡電阻提高神了，妨相當嗎于增分加了薦一個赤(1奏+β)仍Re的電您阻。(4)輸出扁電阻Ro由K傭VL行：輸出最電阻提高榜了，嗎即提脾高了幟電路催的恒版流特刃性。集電很極電材路（1）求輕工作起點：QQ(2拌)電壓畏增益輸入開電壓旦與輸抬出電翼壓同惡相電壓診跟隨塊器（3）輸望入電錘阻+-Ri（4賀）輸醒出電搞阻Ro電壓筒增益建<1設，輸替入電隸壓與笨輸出欲電壓扭同相禮，輸蛇入電芳阻高崗，輸謀出電剝阻低蠻。*復副合管善可提悼高輸慚入電洗阻，扔提高β值。共基麻極電算路(1疊)直流欲分析與共引射組奔態(tài)相推同。(2吩)交流挽分析①電暑壓放時大倍漲數(shù)②輸入向電阻③輸局出電促阻Ro≈RC=βR氧'L/rbe放大餓電路增的頻能率響央應在放脈大電厲路的焦通頻含帶中帆給出蔑了頻納率特糖性的項概念布--匙-幅度炕頻率航特性相位乖頻率慰特性幅頻特性是描繪：輸入信號幅度固定，輸出信號的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律。即∣∣=∣∣=相頻特性是描繪：輸出信號與輸入信號之間相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律。即放大察電路傳的幅姥頻特特性和稻相頻舉特性臥，稱疲為頻駛率響蠟應。念因放禿大電來路對羞不同死頻率擇成分臂信號登的增趕益不辰同，攪從而案使輸質出波吃形產教生失宵真，樸稱為幅度尿頻率治失真，簡撇稱幅洽頻失俘真。雁放大挺電路畢對不躲同頻祖率成耀分信見號的僅相移攻不同伍，從飯而使聞輸出頁波形膀產生恩失真瓦，稱痕為相位累頻率尖失真，簡捆稱相查頻失崖真。目幅頻饒失真杯和相老頻失鞏真是線性廉失真。(動畫閘5-熱1)產生刮頻率呈失真怖的原奪因1.斃放大皮電路遼中存謝在電認抗性北元件是，例如耦合情電容布、旁茅路電藥容、叼分布關電容基、變亮壓器、把分布桿電感蜂等;2.森三極纖管的()是壇頻率漫的函饑數(shù)。在研毛究頻舞率特遞性時戲，三毯極管對的低傲頻小寇信號職模型括不再敵適用津，而盛要采面用高鳥頻小勸信號貸模型休。單極亦放大掛電路伏的高蔥頻響古應（1）高頻裹小信毫號模行型

基區(qū)體電阻，b'是假想的基區(qū)內的一個點。、發(fā)射結電阻和電容。、集電結電阻和電容。受控電流源根據(jù)醒這一糊物理畏模型腎可以趁畫出混合π型高貧頻小廈信號容模型串。高頻混合π型小信號模型電路這一模型中用代替，這是因為β本身就與頻率有關，而gm與頻率無關。推導如下:（2）用代替由此過可見gm是與念頻率葛無關課的0和rb’e的比凝，因憂此gm與頻束率無帝關。若IE=1資mA外，gm=1壩mA浮/2呆6m住V≈憑38覆mS腫。gm稱為孕跨導真，還煩可寫凈成