半导体三极管复习提要

一、晶体管基本知识

一、晶体管的结构和分类

半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。

晶体管按所用半导体材料可分为硅管和锗管；按用途可分为放大管和开关管；按工作频率可分为低频管和高频管；按功率大小可分为小功率管、中功率管和大功率管；按结构可分为NPN型和PNP型。

在一块半导体基板上按特定的方式，形成三个掺杂区：集电区、基区、发射区；每个掺杂区对应引出一根电极，分别称为集电极C、基极B、和发射极E；发射区与基区之间的PN结称为发射结，基区与集电区之间的PN结称为集电结。结构与符号如图2-4所示。

C C 集电极 C 集电极 B 集电区 N 集电区 P E 集电结

基极B P NPN型

集电结

C 基极B N 基区 发射结

基区 发射结

B 发射区 N 发射区 P

E 发射极 E PNP型

E 发射极 图2-4 晶体管结构示意图及符号

半导体三极管由三区（集电区、基区、发射区）两结（集电结、发射结）和三极（集电极C、基极B、发射极E）构成。 需要注意：

1) NPN型和PNP型晶体管符号的箭头方向不同，它表示发射结加正向偏置时的

电流方向。

2) 晶体管并不是两个二极管的简单组合，不能用两个二极管来代替一个晶体管。一般情况下，晶体管的发射极和集电极也不能互换使用。 二、晶体管的电流分配关系及电流放大作用 1．晶体管各极的电流分配关系

发射极电流等于基极电流与集电极电流之和。 即 IE?IB?IC 2．晶体管的电流放大作用

“发射结正偏，集电结反偏”是晶体管具有电流放大作用的外部条件。

晶体管是一种电流控制器件，其电流放大作用就是基极电流IB的微小变化控制了集电极电流IC的较大变化。但需要注意的是，晶体管放大电流时，被放大的IC是由电源

UCC提供的，并不是晶体管自身产生的，放大的实质是小信号对大信号的控制作用。

?IC???IB

三、晶体管的特性曲线 1．输入特性曲线

它的形状与二极管的正向特性曲线类似，硅管的死区电压约为0.5V，锗管死区电压约为0.2V。晶体管正常导通后，硅管的UBE约为0.7V，锗管UBE约为0.3V。

iB /μA iC mA 80 iB 60 μA + uRC CE 40 RB +V － V uBE UCC 20 UBB － uBE/V 0 0.2 0.4 0.6 0.8 图2-6 晶体管特性测量的测试电

图2-7 晶体管输入特性曲线

2．输出特性曲线 iC /mA 饱和区 100μA 4 80μA 3 放 60μA 2 大 40μA 区 截止区 1 20μA IB=0μA 0 3 6 9 12 uCE /V

图2-8晶体管输出特性曲线

根据晶体管的工作状态不同，可将输出特性曲线分为三个区域。

(1)放大区 放大区是指曲线近似平行于横轴的平坦区域。在此区域，晶体管工作于放大状态。使晶体管工作在放大区的条件是：反射结正偏，集电结反偏。此时，发射结压降硅管为0.6～0.7V，锗管0.2～0.3V，对于NPN型晶体管，UC?UB?UE。 (2)饱和区 饱和区是指图2-8的左边IB?0，uCE?0.3V的区域。使晶体管工作在饱和状态时的条件是：发射结正偏，集电结也正偏。此时，对于NPN型晶体管，

UB?UC?UE，集电极C与发射极E之间如同一个处于闭合状态的开关，相当于短路。(3)截止区 截止区是指图2-8中IB?0曲线以下的区域。使晶体管工作在截止区的条件是：发射结反偏，集电结正偏。此时，对于NPN型晶体管，UC?UE?UB，集电极C与发射极E之间电压降为电源电压，如同一个开关处于断开状态，相当于开路。四、晶体管的主要参数 1．共射极电流放大系数?

电流放大系数是表征晶体管放大能力的参数。电路工作状态有两种：

电路无交流信号输入而工作在直流状态时称为静态，静态电流放大系数 ??ICI B电路有交流信号输入时的工作状态称为动态，动态电流放大系数

???iC?i

BUCE?常数 2．极间反向电流

极间反向电流是由少数载流子形成的，其大小表征了管子的温度特性。 (l)ICBO (2) ICEO 3．极限参数

极限参数是表征晶体管能否安全工作的参数。

(l)集电极最大允许电流ICm (2)反向击穿电压 (3)集电极最大允许耗散功率PCM 二、基本放大电路

一、基本放大电路的组成及各元器件的作用 +UCC

RRB B + C2 C1 + + VT + uRL uo i － －

b) 图2-9 共射极基本放大电路

VT:三极管，具有放大作用，是放大电路的核心

UCC:电源,保证晶体管的发射结正偏，集电结反偏，使晶体管处在放大状态，同时也

为输出信号提供能量，

RB:基极偏置电阻RB用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点。 RC：集电极负载电阻RC将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，实现电压放大。

C1：输入耦合电容C1用来传递交流信号，起耦合的作用；同时，又使放大电路和信号

源及负载间直流相隔离，起隔直作用。

C2：输出耦合电容，用来传递交流信号，起耦合的作用；同时，又使放大电路和信

号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。

RL：负载

二、电路中电压和电流符号写法的规定

(1)直流分量 符号用大写字母加大写下标表示，如IB表示基极的直流电流。 (2)变流分量瞬时值 符号用小写字母加小写下标表示，如ib表示基极的交流电流。 (3)总量瞬时值 交、直流信号并存，是直流分量和交流分量之和，符号用小写字

母和大写下标表示，如iB表示基极电流的总瞬时值。

三、共射极基本放大电路的静态分析

静态是指无信号输入(ui?0)时电路的工作状态，此

+U时电路中只有直流电源形成的直流电流和直流电压。静态时

CC

RC RB 晶体管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IICQ BQ、

IBQ + +UCEQ ICQ和UCEQ）。

U BEQ－ － 1、 画直流通路图：

具体方法是：电感在直流电路中可视为短路；电容在直流电图2-10 直流通路图

路中可视为开路。

2．估算静态工作点

由图2—10可得出电路的静态工作点 IUCC?UBEQBQ?R

B通常电压UBEQ 近似等于二极管的正向电压，UCC >>UBEQ，则

IUCCBQ?R （2-8） B ICQ??IBQ （2-9）

UCEQ?UCC?RCICQ （2-10）

四、共射极基本放大电路的动态分析 ic 动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、ib 电压随输入信号作相应变化的状态。 + VT + 1．画交流通路图

RC RL uuo

i RB 由于对交流信号而言，直流电源和电容可－

－ 视为短路。

图2-11 交流通路图

2．估算放大器常用性能指标

(l)晶体管的输入电阻rbe 估算公式为

r26mVbe?300??1???ImA （2-12） E从此可见，rbe与静态电流IEQ有关，静态工作点不同，rbe取值也不同。常用小功率管的rbe约为1kΩ左右。

(2)电压放大倍数Au 电压放大倍数反映了放大电路对电压的放大能力，定义为输出电压比输入电压，用Au表示，即

A?uouu （2-13）

i输入电压ui=ibrbe；输出电压uC??iCR'L，放大电路的输出端接负载时，集电极负

载电阻RC与放大电路的负载电阻RL是并联的，并联后称为交流等效负载R?L， 即 R??RC//RRCRLLL?RR

C?L所以，放大电路的电压放大倍数为

Auo??ib?u?u?RLr???R?L （2-14） iibberbe式2-14中，负号“-”表示输出信号uo与输入信号ui反相，这种现象称为共射放大电路的倒相作用。

放大电路的输出端未接负载时，R?L?RC，电压放大倍数为 A?RCu??r （2-15）

be(3)输入电阻ri和输出电阻ro 从放大器的输入端看进去的交流等效电阻ri称为放大器的输入电阻，如图2-11所示，即

ruii?i?RB//rbe （2-16） i由于晶体管C-E极之间的动态电阻很大，所以输出电阻近似等于集电极负载电阻RC，即

ro?RC （2-17）

输出电阻是衡量放大电路带负载能力的性能指标。放大电路接负载后，可以看做是一个具有一定内阻的信号源，这个内阻就是放大电路的输出电阻。放大电路的输出

电阻越小，向外输出信号时，自身消耗越少，放大电路的带负载能力越强。

五、静态工作点的设置与波形失真

所谓失真，指输入信号经放大器输出后产生了畸变。若静态工作点Q设置偏高，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真,若Q点设置偏低，则进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真，饱和失真和截止失真都是由于工作点进入晶体管非线性区而引起的，统称为非线性失真。

六、静态工作点的稳定 1、分压式偏置放大电路

它与共射基本放大电路的区别是在基极增加了一个偏置电阻，在发射极增加了一个射极电阻RE。两个基极偏置电阻RB1和RB2对直流电源UCC分压，使基极电位VB近似不变（忽略基极静态电流IB），因此称为分压式偏置电路。 +UCC

+U RRCB1 + C2 RB1 RCC

C C1 II+ 1 CQI+ VT BQ+ UCEQ + RL uI2 +U ou BEQ － i RB2 R RE + B2 － －

RE － CE

b)

a)

图2-13 分压式偏置放大电路

a) 分压式偏置放大电路图 b) 直流通路图

(1)静态工作点的估算

忽略基极静态电流，基极电位为URB2BQ?RUCC

B1?RB2