模拟电子线路第二章半导体三极管及放大电路基础
第一节学习要求
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
第一节学习要求
（1）掌握基本放大电路的两种基本分析方法--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。了解共发射极电路频率特性的分析方法和上、下限截止频率的概念。
第二节半导体三极管（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结之间的相互影响，使BJT表现出不同于单个 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飞跃。本节将围绕BJT为什么具有电流放大作用这个核心
问题，讨论BJT的结构、内部载流子的运动过程以及它的特性曲线和参数。
一、BJT的结构简介
BJT又常称为晶体管，它的种类很多。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；根据结
构不同，又可分成NPN型和PNP型等等。但从它们的外形来看，BJT都有三个
电极，如图3.1所示。
图3.1是NPN型BJT的示意图。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，对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的电流分配与放大作用
1、BJT内部载流子的传输过程
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内部载流子的传输过程为：
（1）发射极注入电子
由于发射结外加正向电压V EE，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I E，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，就在基区靠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，靠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，同时接在基区的电源V EE的正端则不断从基区拉走电子，好像不断供给基区空穴。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I B，所以基极电流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到达集电结，如复合越多，则到达集电结的电子越少，对放大是不利的。所以为了减小复合，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实际上与空穴复合的数量很少，大部分都能到达集电结。
（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缘的电子却有很强的吸引力，使电子很快地漂移过集电结为集电区所收集，形成集电极电流I C。与此同时，集电区的空穴也会在该电场的作用下，漂移到基区，形成很小的反向饱和电流I CB0。
2、电流分配关系
与正向偏置的二极管电流类似，发射极电流i E与v BE成指数关系：
集电极电流i C是i E的一部分，即：
式中β称为BJT的电流放大系数
三、BJT的特性曲线
１.共射极电路的特性曲线
（1）输入特性
V CE=0V时，b、e间加正向电压，这时发射结和集电结均为正偏，相当于两个二极管正向并联的特性。
V CE≥1V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I B。 v CE>1V以后，I C增加很少，因此I B的变化量也很少，可以忽略v CE对I B的影响，即输入特性曲线都重合。
注意:发射结开始导通的电压v BE：0.6V~0.7V(硅管)，0.1~0.3V(锗管)
（2）输出特性曲线
对于一确定的i B值，i C随V CE的变化形成一条曲线，给出多个不同的i B值，就产生一个曲线族。如图3.6所示。
① I B = 0V， I C=I CEO BJT截止，无放大作用，因此对应I B=0的输出特性曲
线以下的区域称为截止区如图3.6所示。
② I B﹥0 ， V CE<1V ，i C随I B的变化不遵循的规律，而且i C随V CE 的变化也是非线性的，所以该区域称为饱和区。
③ I B﹥0、V CE≥1V，i C随i B的变化情况为：
或
在这个区域中I C几乎不随V CE变化，对应于每一个I B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的主要参数
BJT的参数是用来表征管子性能优劣相适应范围的，它是选用BJT的依据。了解这些参数的意义，对于合理使用和充分利用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
两种情况下分别用符号和表示。其中
上式表明:BJT集电极的直流电流 I C与基极的直流电流I B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h FE来代表。
但是，BJT常常工作在有信号输人的情况下，这时基极电流产生一个变化量
，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I CBO。表示发射极开路，c、b间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）I CEO。表示基极开路，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）集电极最大允许电流I CM。表示BJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。当电流超过I CM时，三极管的性能将显著下降，甚至有烧坏管
子的可能。
（2）集电极最大允许功耗P CM。表示BJT的集电结允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。表示基极开路，c、e间的反向击穿电压。
4、晶体管的选择
（1）依使用条件选P CM在安全区工作的管子，并给予适当的散热要求。
（2）要注意工作时反向击穿电压，特别是V CE不应超过 V（BR）CEO。
（3）要注意工作时的最大集电极电流I C不应超过I CM。
（4）要依使用要求：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，β值大小要求。
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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，它能够利用BJT的电流控制作用把微弱的电信号增强到所要求的数值，例如常见的扩音机就是一个把微弱的声音变大的放大电路。声音先经过
话筒变成微弱的电信号，经过放大器，利用BJT的控制作用，把电源供给的能量转为较强的电信号，然后经过扬声器 (喇叭)还原成为放大了的声音。
为了了解放大器的工作原理，先从最基本的放大电路开始讨论。
一、共射极基本放大电路的组成
在图3.7所示的单管放大电路中，采用NPN型硅BJT，V CC是集电极回路的直流电源 (一般在几伏到几十伏的范围)，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围)，它的作用是将BJT的集电极电流i C 的变化转变为集电极电压V CE的变化。V BB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R b接基极，以保证发射结为正向偏置，并通过基极电阻 R b(一般在几千欧至几百千欧的范围) (一般在几十千欧至几百千欧的范围)，由V BB供给基极一个合适的基极电流
对于硅管，V BE约为0.7V左右，对于锗管，V BE约为0.2V左右，而V BB一般在几伏至几十伏
的范围内(常取V BB=V CC)，即V BB＞＞V BE，所以近似有
由上式可见，这个电路的偏流I B决定于V B，和R b的大小，V BB和R b经确定后，偏流I B就是固定的，所以这种电路称为固定偏流电路。R b又称为基极偏且电阻。
电容C b1和C b2称为隔直电容或耦合电容(一般在几微法到几十微法的范围)，它们在电路中的作用是"传送交流，隔离直流"。
值得指出的是，放大作用是利用BJT的基极对集电极的控制作用来实现的，即在输入端加一个能量较小的信号，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V CC 的能量转化为所需要的形式供给负载。因此，放大作用实质上是放大器件的控制作用；放大器是一种能量控制部件。同时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v i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V o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v i通过电容C b，加到BJT 的发射结，从而引起基极电流i B相应的变化。i B的变化使集电极电流i C随之变化。i C的变化量在集电极电阻R C上产生压降。集电极电压v CE =V CC一i CRC，当i C的瞬时值增加时，v CE就要减小，所以v CE的变化恰与i C相反。v CE中的变化量经过电容C b，传送到输出端成为输出电压V o。如果电路参数选择适当，v0的幅度将比v i大得多，从而达到放大的目的，对应的电流、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V cc和V BB的共同端点(0点)称为"地"，用符号"⊥"表示(注意，实际上这一点并不真正接到大地上)，并以地端作为零电位点 (参考电位点)。这样，电路中各点的电位实际上就是该点与地之间的电压(即电位差)。例如V c就是指集电极对地的电压。这些概念和术语，前面已作过初步的介绍，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
为了分析方便，我们规定:电压的正方向是以共同端 (0点) 为负端，其他各点为正端。图3.9中所标出的"十"、"一"号分别表示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i c、i b以流入电极为正；i E则以流出电极为正。图中表示电流、电压的符号的意义如下：
V BE、I B－（大写符号，大写下标）表示直流值。
v be、i b－（小写符号，小写下标）表示瞬时值。
v BE、i B－（小写符号，大写下标）表示交直流量之和。
V be、I b－（大写符号，小写下标）表示交流有效值。
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，一般选取V CC =V BB，如图3.9所示。左图是右图的习惯画法。
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第四节图解分析法
一、静态工作情况分析
我们把放大电路未加入信号V S时的状态称为静态，此时电路的电压（电流）值称为静态值，可用I BQ、I CQ、V CEQ表示。这些值在特性曲线上确定一点，这一点就称为Q点。
当放大电路输入信号后，电路中各处的电压、电流便处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。
对于静态工作情况，可以近似地进行估算，也可用图解法求解。
1.近似估算Q点
这里以图3.10所示电路为例估算电路的Q点。
（1）画出电路的直流通路如图3.10所示。画直流通路时，要将耦合电容C b1、C b2当成开路；
（2）由V CC、R b和三极管T构成的基极回路可得：
（3）利用I C=βI B的关系，可以求得I CQ
（4）从V CC、R c和三极管T构成的集电极回路可得：
2、用图解法确定Q点
（1）作出电路非线性部分（包括由厂家提供或从手册中获得特性曲线和确定其偏流的V CC、R b）的V-I特性如图3.11所示。
（2）作出线性部分的V-I特性--直流负载线
根据：V CEQ=V CC-I C R C
令i C=0，得v CE=V CC
令v CE=0，得i C=V CC/R C
画出由（V CC，0）和（0，V CC/R c）两点决定的直线，显然这是一条斜率为-1/R c的直线。由于讨论的是静态工作情况，电路中的电压、电流值都是直流量，所以上述直线称为直流负载线。
（3）由电路的线性与非线性两部分V-I特性的交点确定Q点（V CEQ，I CQ）
二、动态工作情况分析
1、放大电路在接入正弦信号时的工作情况
当接入正弦信号时，电路将处在动态工作情况，可以根据输入信号电压v i通过图解确定输出电压v o，从而可以得出v i与v o之间的相位关系和动态范围。图解的步骤是先根据输入信号电压v i在输入特性上画出i B的波形，然后根据i B的变化在输出特性上画出i c和v BE的波形。
(1)根据v i在输入特性上求i B
设放大电路的输入电压正弦波，当它加到放大电路的输入端后，BJT的基极和发射极之间的电压v BE就是在原有直流电压V BE的基础上叠加了一个交流量v i(v be)，根据vBE的变化规律，便可从输入特性画出对应的i B的波形图，如图3.12所示。由图上可读出对应于峰值为0.02V的输入电压，基极电流i B将在60μA与20μA之间变动。
（2）根据i B在输出特性曲线上求i C和v BE
因为放大电路的直流负载线是不变的，当i B在60μA与20μA之间变动时，直流负载线与输出特性的交点也会随之而变，对应于i B=60μA 的一条输出特性与直流负载线的交点是Q'点，对应于i B=20μA的一条输出特性与直流负载线的交点是0''点，所以放大电路只能在负载线的Q'0''段上工作，即放大电路的工作点随着i B的变动将沿着直流负载线在 Q'与0''点之间移动，因此，直线段 Q'0'' 是工作点移动的轨迹，通常称为动态工作范围。
由图可见，在v i的正半周， v i先由40μA增大到60μA，放大电路的工作点将由Q点移到Q'点，相应的i C和I C增到最大值，而v CE由原来的V CE减小到最小值；然后i B由60μA减小到40μA，放大电路的工作点将由 Q'回到 Q，相应的i C也由最大值回到I C，而v CE则由最小值回到V CE。在的负半周，其变化规律恰好相反，放大电路的工作点先由 Q 移到Q"，再由Q"回到Q点。
这样，就可在坐标平面上画出对应的i B、i C和v CE的波形图，如图3.12所示，v CE中的交流量v ce的波形就是输出电压v0的波形。
综上分析，可总结如下几点：
① 没有输入信号电压时， BJT 各电极都是恒定的电流和电压(I B、I C、V CE)，当在放大电路输入端加入输入信号电压后，i B、i c、v CE都在原来静态直流量的基础上叠加了一个交流量，即
i B=I B+i b, i C=I C+i c, v CE=V CE+v ce
因此，放大电路中电压、电流包含两个分量：一个是静态工作情况决定的直流成分 I B、 I C、V CE；另一个是由输入电压引起的交流成分i b、i c和v ce。虽然这些电流、电压的瞬时值是变化的，但它们的方向始终是不变的。
② v CE中的交流分量v ce(即经C b2隔直后的交流输出电压v o)的幅度远比v i为大，且同为正弦波电压，体现了放大作用。
③ 从图3.12中还可以看到，v0(v ce)与v i相位相反。这种现象称为放大电路的反相作用，因而共射极放大电路又叫做反相电压放大器，它是一种重要的电路组态。
图3.13 共射极电路
④合适的静态工作点是电路实现不失真放大的必要条件
2.交流负载线
放大电路在工作时，输出端总要接上一定的负载，如在图 3.13 中，负载电阻R L=4kΩ，这时放大电路的工作情况是否会因为R L的接人而受到影响呢?这是下面所要讨论的问题。
（1）画交流通路
在静态时，由于隔直电容C b2比的作用，R L对电路的Q点无影响。
动态工作时的情况则不同，隔直电容C b1和C b2在具有一定频率的信号作用下，其容抗可以忽略；同时考虑到电源V cc的内阻很小，可视为短路。这样便可画出图3.13的交流通路如图3.14所示。此时图中的电压和电流都是交流成分。
（2）计算交流负载电阻的阻值
由图3.14中可以看出，放大电路的交流负载电阻为R L与R C的并联值，即
（3）画交流负载线
可见，交流负载线要比直流负载线更陡一些。另外交流负载线和直流负载线必然在Q点相交，这是因为在线性工作范围内，输人电压在变化过程中是一定经过零点的。在通过零点时v i=0，因此，这一时刻既是动态过程中的一个点，又与静态工作情况相符，所以这一时刻的 i C和 v CE 应同时在两条负载线上，这只有是两条负载线的交点才有可能。因此只要再确定一点即可画出交流负载线。
由图3.15中可知，i cp≈I CQ=1.5mA，R L′=2kW，则v op=I CQ R L′=3V
只要作过Q（V CEQ，I CQ）和v CEM（v CEM，0）的直线即可获得交流负载线。
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第五节小信号模型（微变等效电路）分析法
如果放大电路的输入信号电压很小，就可以设想把BJT小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把BJT这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理，这就是BJT小信号建模的指导思想。这种方法是把非线性问题线性化的工程处理方法。
关于BJT的小信号建模，通常有两种方法，一种是已知网络的特性方程，按此方程画出小信号模型；另一种则是从网络所代表的BJT的物理机构出发加以分析，再用电阻、电容、电感等电路元件来模拟其物理过程，从而得出模型。本节从方程出发结合特性曲线来建立小信号模型。
一、BJT的小信号模型
1.BJT H 参数的引出
BJT在共射极接法时，可表示为图3.16所示的双口网络。 BJT的特性曲线用图形描述了管子内部电压、电流的关系。而BJT的参数，则是用数学形式表示管子内部电压、电流微变量的关系，两种方法都是表征管子性能、反映管内物理过程的，因而两者之间必然具有密切的内在联系。下面从管子的特性曲线出发，来找出BJT的参数。
图3.16中的输入回路和输出回路电压、电流的关系可分别表示为
v BE=f1(i B,v CE) i C=f2(i B,v CE)
如果BJT工作在小信号下，考虑电压、电流之间的微变关系，对上面两式取全微分可得：
在上面两个式子中，由于dv BE、dv CE、di B、di C代表无限小的信号增量，也就是可以用电流、电压的交流分量来代替。即：
式中h ie h re h fe h oe称为BJT的H参数，其中
2. BJT的H参数模型
（1） H参数模型的引出
v be=h ie i b+h re v ce表示输入回路方程，它表明输人电压v be是由两个电压相加构成的，其中一个是h fe i b，表示输入电流i b在r be上的电压降；另一个是h fe v ce，表示输出电压v ce对输入回路的反作用，用一个电压源来代表。如图3.17左边的输入端等效电路，这是戴维南等效电路的形式。
i c=h fe i b+h oe v ce表示输出回路方程，它表明输出电流i c是由两个并联支路的电流相加而成的，一个是由基极电流i b引起的i c= h fe i b，用电流源表示；另一个是由于输出电压加在输出电阻l/h oe 上引起的电流，即v ce h oe。这样，又得到图3.17右边的输出端等效电路，这是诺顿等效电路的形式。
由此得到包含四个H参数的BJT的小信号模型，这就是把BJT线性化后的线性模型。在分析计算时，可以利用这个模型来代替BJT，从而可以把BJT电路当作线性电路来处理，使复杂电路的计算大为简化。因此，它在电子电路分析中应用得很广泛。
用电子电路中的习惯符号表示四个H参数的 BJT微变等效电路如图3.17所示。
（2）模型的简化
对于共射接法的三极管微变等效电路，H参数的量级一般是：
由这些具体数字可见，h re和h oe相对而言是很小的，对于低频放大电路，输入回路中h re v ce 比v be小得多，而输出回路中负载电阻R C(或R L)比BJT输出电阻l/h oe小得多，所以在模型中常常可以把h oe和h re忽略掉，这在工程计算上不会带来显著的误差。因此图3.17可改画成图3.18。利用这个简化模型来表示BJT时，将使BJT放大电路的分析计算进一步简化。当负载电阻R c(R L)较小，满足R c(R L)/r ce ＜ 0.1的条件时，利用这个简化模型来分析低频放大电路所得放大电路的各主要指标，如电压增益、电流增益、放大电路的输入电阻及输出电阻等，其误差不会超过10%。这在工程上已能满足要求了。
（3）H参数的确定
应用H参数等效电路来分析放大电路时，首先必须得到BJT在Q点处的H参数。由于BJT 本身参数的分散性以及参数会随Q点变化而改变，实际上在计算时不能直接采用手册上提供的数据，因此在计算电路之前，首先必须确定所用的BJT在给定Q点上的H参数。
获得H参数的方法可采用H参数测试仪，或利用BJT特性图示仪测量β和r be，r be也可以借助下面的公式进行估算：
式中r bb＇为基区体电阻，对于低频小功率管，r bb＇约为200Ω左右。这样上式可改写为式中 VT为温度的电压当量，前已述及在室温(3ooK)时，其值为26mV。应当注意的是，上式的适用范围为0.1mA＜I E＜5mA，实验表明，超越此范围，将带来较大的误差。
几点说明：
（1）四个参数均对交流变化量而言，只能解决交流分量的计算，不能用于计算Q 。
（2）采用此法分析放大电路的步骤是：
①确定Q点；
②求出Q点附近的微变等效参数；
③画放大电路的微变等效电路；
④求解A V、R i、R o。
二、用H参数小信号模型分析共发射极基本放大电路例题1：原理电路如图3.19所示
（1）确定Q点
（2）求出Q点附近的微变等效参数
（3）画放大电路的微变等效电路
详解经典三极管基本放大电路 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP 两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 图1：三极管基本放大电路 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。
第 2 章三极管及放大电路基础 课题】 2.1 三极管 【教学目的】 1．掌握三极管结构特点、类型和电路符号。 2．了解三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．理解三极管的三种工作状态的特点，并会判断三极管所处的工作状态。4．理解三极管的主要参数的含义。【教学重点】 1．三极管结构特点、类型和电路符号。 2．三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．三极管的三种工作状态及特点。 【教学难点】 1．三极管的电流分配关系和对电流放大作用的理解。 2．三极管工作在放大状态时的条件。 3．三极管的主要参数的含义。 【教学参考学时】 2 学时 【教学方法】 讲授法、分组讨论法 【教学过程】 一、引入新课 搭建一个简单的三极管基本放大电路，通过对放大电路输入信号及输出信号的测试，引导学生认识三极管，并知道三极管能放大信号，为后续的学习打下基础。 二、讲授新课 2.1.1 三极管的基本结构 三极管是在一块半导体基片上制作出两个相距很近的PN结构成的。 两个PN结把整块半导体基片分成三部分，中间部分是基区，两侧部分分别是发射区和 集电区，排列方式有NPN和PNP两种， 2.1.2 三极管的电流放大特性 三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量，这就是三极管的电 流放大特性。 要使三极管具有放大作用，必须给管子的发射结加正偏电压，集电结加反偏电压。
三极管三个电极的电流（基极电流1 B、集电极电流l C、发射极电流l E）之间的关系为: I E| |I C I C l B l C、 l B l B 2.1.3三极管的特性曲线 三极管外部各极电流与极间电压之间的关系曲线，称为三极管的特性曲线，又称伏安特性曲线。 1.输入特性曲线 输入特性曲线是指当集-射极之间的电压V CE为定值时，输入回路中的基极电流I B与加在基-射极间的电压V BE之间的关系曲线。 三极管的输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线相似，也存在一段死区。 2.输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流I B为定值时，输出电路中集电极电流I C与集-射极间的 电压V CE之间的关系曲线。I B不同，对应的输出特性曲线也不同。 截止区：I B 0曲线以下的区域。此时，发射结处于反偏或零偏状态，集电结处于反 偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于断开状态。 饱和区：曲线上升和弯曲部分的区域。此时，发射结和集电结均处于正偏状态，三极管 没有电流放大作用，相当于一个开关处于闭合状态。 放大区：曲线中接近水平部分的区域。此时，发射结正偏，集电结反偏。三极管具有电流放大作用。 2.1.4 三极管的主要参数 1?性能参数：电流放大系数、，集电极-基极反向饱和电流I CBO，集电极-发射极反向饱和电流I CEO。 2.极限参数：集电极最大允许电流I CM、集电极-发射极反向击穿电压V（BR）CEO、集电 极最大允许耗散功率P CM 。 3．频率参数：共发射极截止频率 f 、特征频率f T 。 2.1.5 三极管的分类三极管的种类很多，分类方法也有多种。分别从材料、用途、功率、频率、制作工艺等方面对 三极管的类型予以介绍。 三、课堂小结1．三极管的结构、类型和电路符号。2．三极管的电流放大作用。 3．三极管三种工作状态的特点。4．三极管的主要参数。 四、课堂思考 P37 思考与练习题1、2、3。
第2章三极管及放大电路基础 【课题】 2.1 三极管 【教学目的】 1．掌握三极管结构特点、类型和电路符号。 2．了解三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．理解三极管的三种工作状态的特点，并会判断三极管所处的工作状态。 4．理解三极管的主要参数的含义。 【教学重点】 1．三极管结构特点、类型和电路符号。 2．三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．三极管的三种工作状态及特点。 【教学难点】 1．三极管的电流分配关系和对电流放大作用的理解。 2．三极管工作在放大状态时的条件。 3．三极管的主要参数的含义。 【教学参考学时】 2学时 【教学方法】 讲授法、分组讨论法 【教学过程】 一、引入新课 搭建一个简单的三极管基本放大电路，通过对放大电路输入信号及输出信号的测试，引导学生认识三极管，并知道三极管能放大信号，为后续的学习打下基础。 二、讲授新课 2.1.1 三极管的基本结构 三极管是在一块半导体基片上制作出两个相距很近的PN结构成的。 两个PN结把整块半导体基片分成三部分，中间部分是基区，两侧部分分别是发射区和集电区，排列方式有NPN和PNP两种， 2.1.2 三极管的电流放大特性 三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量，这就是三极管的电
流放大特性。 要使三极管具有放大作用，必须给管子的发射结加正偏电压，集电结加反偏电压。 三极管三个电极的电流(基极电流B I 、集电极电流C I 、发射极电流E I )之间的关系为： C B E I I I +=、B C I I = --β、B C I I ??=β 2.1.3 三极管的特性曲线 三极管外部各极电流与极间电压之间的关系曲线，称为三极管的特性曲线，又称伏安特性曲线。 1. 输入特性曲线 输入特性曲线是指当集-射极之间的电压CE V 为定值时，输入回路中的基极电流B I 与加在基-射极间的电压BE V 之间的关系曲线。 三极管的输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线相似，也存在一段死区。 2. 输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流B I 为定值时，输出电路中集电极电流C I 与集-射极间的电压CE V 之间的关系曲线。B I 不同，对应的输出特性曲线也不同。 截止区：0=B I 曲线以下的区域。此时，发射结处于反偏或零偏状态，集电结处于反偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于断开状态。 饱和区：曲线上升和弯曲部分的区域。此时，发射结和集电结均处于正偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于闭合状态。 放大区：曲线中接近水平部分的区域。此时，发射结正偏，集电结反偏。三极管具有电流放大作用。 2.1.4 三极管的主要参数 1. 性能参数：电流放大系数- -β、β，集电极-基极反向饱和电流CBO I ，集电极-发射极反向饱和电流CEO I 。 2. 极限参数：集电极最大允许电流CM I 、集电极-发射极反向击穿电压CEO BR V )(、集电极最大允许耗散功率CM P 。
实验名称：三极管共射放大电路 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1、学习共射放大电路的设计方法。 2、掌握放大电路静态工作点的测量与调整方法。 3、学习放大电路性能指标的测试方法。 4、了解静态工作点与输出波形失真的关系，掌握最大不失真输出电压的测量方法。 5、进一步熟悉示波器、函数信号发生器、交流毫伏表的使用。 二、实验内容 1、静态工作点的调整和测量 2、测量电压放大倍数 3、测量最大不失真输出电压 4、测量输入电阻和输出电阻 5、测量上限频率和下限频率 6、研究静态工作点对输出波形的影响 三、主要仪器设备 1、示波器、信号发生器、晶体管毫伏表 2、共射电路实验板 四、实验原理与实验步骤 单管共射放大电路 1、放大电路静态工作点的测量和调试 准备工作： (1) 对照电路原理图，仔细检查电路的完整性和焊接质量。 (2) 开启直流稳压电源，将直流稳压电源的输出调整到12V，并用万用表检测输出电压。确认后，先关
闭直流稳压电源。 (3) 将电路板的工作电源端与12V 直流稳压电源接通。然后，开启直流稳压电源。此时，放大电路处于工作状态。 静态工作点的调整，调节电位器，使Q 点满足要求(ICQ ＝1.5mA)。 直接测电流不方便，一般采用电压测量法来换算电流。 测电压时，要充分考虑到万用表直流电压档内阻对被测电路的影响 。因此应通过测电阻Rc 两端的压降VRc ，然后计算出ICQ 。 （若测出VCEQ ＜0.5V ，则说明三极管已饱和；若VCEQ ≈+VCC ，则说明三极管已截止。若VBEQ>2V ，则说明三极管已被击穿） 2、测量电压放大倍数 (1) 必须保持放大电路的静态工作点不变！ (2) 从信号发生器输出1kHz 的正弦波，作为放大电路的输入(Vi=10mV 有效值） 。 (3) 用示波器监视输出波形，波形正确后再用交流毫伏表测出有效值。 3、测量最大不失真输出电压 (1) 静态工作点不变，用示波器监视输出波形。 (2) 逐渐增大输入信号幅度，直至输出刚出现失真。 (3) 测量时通常以饱和失真为准(当Q 点位于中间时)。 (4) 交流毫伏表测出有效值。 4、测量输入电阻 实验原理： 放大电路的输入电阻可用电阻分压法来测量，图中R 为已知阻值的外接电阻，分别测出Vs 和Vi ，则 实验步骤： (1) 输入正弦波(幅度和频率?) 。 (2) 用示波器监视输出波形，要求不失真。 (3) 用交流毫伏表测出Vs 和Vi ，计算得到Ri 。 5、测量输出电阻 实验原理： 放大电路的输出电阻可用增益改变法来测量，分别测出负载开路时的输出电压Vo'和带上负载RL 后的输出电压Vo ，则 R V V V R V V V I V R i s i i s i i i i -=-== /) ('o L o L o V R R R V +=L o o o R V V R ???? ??-=1'
测判三极管的口诀 三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速掌握测判方法，笔者总结出四句口诀：三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准， 动嘴巴。’下面让我们逐句进行解释吧。 一、三颠倒，找基极 大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分 为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，图1是它们的电路符号和等效电路。 测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R X100或RX1k挡位。图2绘出了万用电表 欧姆挡的等效电路。由图可见，红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。 假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试 的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极（如这两个电极为1、2）,用万用 电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基 极（参看图1、图2不难理解它的道理）。 二、PN结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的 导电类型（图1）。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被 测管即为PNP型。 三、顺箭头，偏转大 找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c,哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透 电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。 （1）对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路如图3所示。根据这个原理，用万用电表的 黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转 角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔TC 极~b极极T红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致（顺箭头”，）所以此 时黑表笔所接的一定是集电极c,红表笔所接的一定是发射极e。
三极管放大电路设计,参数计算及静态工作点设置方法 说一下掌握三极管放大电路计算的一些技巧 放大电路的核心元件是三极管,所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种类较多,我们用常用的几种来解说一下(如图1)。图1是一共射的基本放大电路,一般我们对放大路要掌握些什么内容? (1)分析电路中各元件的作用; (2)解放大电路的放大原理; (3)能分析计算电路的静态工作点; (4)理解静态工作点的设置目的和方法。 以上四项中,最后一项较为重要。 图1中,C1,C2为耦合电容,耦合就是起信号的传递作用,电容器能将信号信号从前级耦合到后级,是因为电容两端的电压不能突变,在输入端输入交流信号后,因两端的电压不能突变因,输出端的电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化,从而将信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说明的是,电容两端的电压不能突变,但不是不能变。 R1、R2为三极管V1的直流偏置电阻,什么叫直流偏置?简单来说,做工要吃饭。要求三极管工作,必先要提供一定的工作条件,电子元件一定是要求有电能供应的了,否则就不叫电路了。 在电路的工作要求中,第一条件是要求要稳定,所以,电源一定要是直流电源,所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电?电阻就象是供水系统中的水龙头,用调节电流大小的。所以,三极管的三种工作状态“:载止、饱和、放大”就由直流偏置决定,在图1中,也就是由R1、R2来决定了。首先,我们要知道如何判别三极管的三种工作状态,简单来说,判别工作于何种工作状态可以根据Uce的大小来判别,Uce接近于电源电压VCC,则三极管就工作于载止状态,载止状态就是说三极管基本上不工作,Ic电流较小(大约为零),所以R2由于没有电流流过,电压接近0V,所以Uce就接近于电源电压VCC。
三极管放大电路 1、问题简述： 要求设计一放大电路，电路部分参数及要求如下： （1）信号源电压幅值：0.5V； （2）信号源内阻：50kohm； （3）电路总增益：2倍； （4）总功耗：小于30mW； （5）增益不平坦度：20 ~ 200kHz范围内小于0.1dB。 2、问题分析： 通过分析得出放大电路可以采用三极管放大电路。 2.1 对三种放大电路的分析 （1）共射级电路要求高负载，同时具有大增益特性； （2）共集电极电路具有负载能力较强的特性，但增益特性不好，小于1； （3）共基极电路增益特性比较好，但与共射级电路一样带负载能力不强。 综上所述，对于次放大电路来说单采用一个三极管是行不通的，因为它要求此放大电路具有比较好的增益特性以及有较强的带负载能力。 2.2 放大电路的设计思路 在此放大电路中采用两级放大的思路。 先采用共射级电路对信号进行放大，使之达到放大两倍的要求；再采用共集电极电路提高电路的负载能力。 3、实验目的 （1）进一步理解三极管的放大特性； （2）掌握三极管放大电路的设计； （3）掌握三种三极管放大电路的特性； （4）掌握三极管放大电路波形的调试； （5）提高遇到问题时解决问题的能力。 4、问题解决 测量调试过程中的电路： 增益调试： 首先测量各点（电源、基极、输出端）的波形：
结果如下：
绿色的线代表电压变化，红色代表电源。调节电阻R2、R3、R5使得电压的最大值大于电源电压的2/3。 V A=R2//R3//（1+β）R5 / [R2//R3//（1+β）R5+R1]，其中由于R1较大因此R2、R3也相对较大。 第一级放大输出处的波形调试（采用共射级放大电路）： 结果为： 红色的电压最大值与绿色电压最大值之比即为放大倍数。 则需要适当增大R2，减小R3的阻值。 总输出的调试： 如果放大倍数不合适，则调节R4与R5的阻值。即当放大倍数不足时，应增大R4，减小R5。 如果失真则需要调节R6，或者适当增大电源的电压值，必要时可以返回C极，调节C极的输出。 功率的调试： 由于大功率电路耗电现象非常严重，因此我们在设计电路时，应在满足要求的情况下尽可能的减小电路的总功耗。减小总功耗的方法有： （1）尽可能减小输入直流电压； （2）尽可能减小R2、R3的阻值； （3）尽可能增大R6的阻值。 电路输入输出增益、相位的调试： 由于在放大电路分别采用了共射极和共集电极电路，因此输出信号和输入信号相位相差180度。体现在波形上是，当输入交流信号电压达到最大值是，输出信号到达最小值。 由于工作频率为1kHz，当采用专门的增益、相位仪器测量时需要保证工作频率附近出的增益、相位特性比较平稳，尤其相位应为±180度附近。一般情况下，为了达到这一目的，通常采用的方法为适当增大C6（下图为C1）的电容。 最终调试电路：
第三章 三极管放大电路基础习题解答 3．1 对于典型的晶体管，其β值范围一般为150~50，试求其对应的α值范围。 解：因为β β α+= 1，当β值范围为150~50，α值的范围为0.98~0.993。 3．2 如果两个晶体管的参数α分别为0.99和0.98，则两个晶体管的β分别为多少？若其集电极的电流为mA 10，则对应的基极电流分别为多少？ 解：因为α α β-= 1，C B I I β 1 = 。当99.0=α时，100=β，mA I B 1.0=；当98 .0=α时，50=β，mA I B 2.0=。 3．3 对于一个晶体管，若其基极电流为A μ5.7，集电极电流为A μ940，试问晶体管的β和α分别为多少？ 解：33.1255 .7940=== B C I I β， 992.033.125133 .1251=+=+=ββα 3．4 对于一个PNP 型晶体管，当集电极电流为mA 1，其发射结电压V v EB 8.0=。试问，当集电极电流分别为mA 10、A 5时，对应的发射结电压EB v 分别为多少？ 解：因为T B E V V S C e I I =，则有? ?? ? ??=S C T BE I I V V ln ，因此有???? ??=S C T BE I I V V 11ln 。所以有??? ? ??=-C C T BE BE I I V V V 11ln 若令 mA I C 101=时，V I I V V V C C T BE BE 06.0110ln 26ln 11=??? ???=? ?? ? ??=-，则V V V BE BE 86.006.08.006.01=+=+= 若令 A I C 51=时，V I I V V V C C T BE BE 22.015000ln 26ln 11=??? ???=? ?? ? ??=-，则 V V V BE BE 02.122.08.022.01=+=+=。 3．5 在图P3.5所示的电路中，假设晶体管工作在放大模式，并且晶体管的β为无限大，试确定各图中所对应标注的电压、电流值。
三极管的作用：三极管放大电路原理 一、放大电路的组成与各元件的作用 Rb和Rc：提供适合偏置--发射结正偏，集电结反偏。C1、C2是隔直(耦合)电容，隔直流通交流。 共射放大电路 Vs ，Rs：信号源电压与内阻； RL：负载电阻，将集电极电流的变化△ic转换为集电极与发射极间的电压变化△VCE 二、放大电路的基本工作原理
静态(Vi=0,假设工作在放大状态) 分析，又称直流分析，计算三极管的电流和极间电压值，应采用直流通路(电容开路)。 基极电流：IB=IBQ=(VCC-VBEQ)/Rb 集电极电流：IC=ICQ=βIBQ 集-射间电压：VCE=VCEQ=VCC-ICQRc 动态(vi≠0)分析：
放大电路对信号的放大作用是利用三极管的电流控制作用来实现，其实质上是一种能量转换器。 三、构成放大电路的基本原则 放大电路必须有合适的静态工作点：直流电源的极性与三极管的类型相配合，电阻的设置要与电源相配合，以确保器件工作在放大区。输入信号能有效地加到放大器件的输入端，使三极管输入端的电流或电压跟随输入信号成比例变化，经三极管放大后的输出信号(如 ic=β*ib)应能有效地转变为负载上的输出电压信号。 电压传输特性和静态工作点 一、单管放大电路的电压传输特性
图解分析法：
输出回路方程： 输出特性曲线： AB段：截止区，对应于输出特性曲线中iB＜0的部分。 BCDEFG段：放大区 GHI段：饱和区 作为放大应用时：Q点应置于E处(放大区中心)。若Q点设置C处，易引起载止失真。若Q点设置F处，易引起饱和失真。 用于开关控制场合：工作在截止区和饱和区上。 二、单管放大电路静态工作点(公式法计算)
半导体三极管及放大电 路基础 Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
第二章半导体三极管及放大电路基础 第一节学习要求 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 第一节学习要求 （1）掌握基本放大电路的两种基本分析方法--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。了解共发射极电路频率特性的分析方法和上、下限截止频率的概念。 第二节半导体三极管（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结之间的相互影响，使BJT表现出不同 于单个 PN结的特性而具有电流放大，从而使PN结的应 用发生了质的飞跃。本节将围绕BJT为什么具有电流放 大作用这个核心问题，讨论BJT的结构、内部载流子的 运动过程以及它的特性曲线和参数。 一、BJT的结构简介 BJT又常称为晶体管，它的种类很多。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；根据结构不同，又可分成NPN型和PNP型等等。但从它们的外形来看，BJT都有三个电极，如图所示。 图是NPN型BJT的示意图。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，对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，这从图也可看到，因此它们并不是对称的。 二、BJT的电流分配与放大作用 1、BJT内部载流子的传输过程 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内部载流子的传输过程为： （1）发射极注入电子 由于发射结外加正向电压V EE，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
（一）、实验目的 1.对晶体三极管进行实物识别，了解它们的命名方法和主要技术指标； 2.学习放大电路动态参数（电压放大倍数等）的测量方法； 3.调节电路相关参数，用示波器观测输出波形，对饱和失真失真的情况进行研究； 4.通过实验进一步熟悉三极管的使用方法及放大电路的研究方法。 （二）、实验原理 一、三极管 1. 三极管基本知识 三极管，是一种电流控制电流的半导体器件·其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号，也用作无触点开关。三极管的分类方式很多，按照材料可分为硅管和锗管；按照结构可分为NPN和PNP；按照功能可分为开关管、功率管、达林顿管、光敏管等；按照功率可分为小功率管、中功率管和大功率管；按照工作频率可分为低频管、高频管和超频管；按照安装方式可分为插件三极管和贴片三极管。 三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，根据排列方式的不同可将三极管分为PNP和NPN两种。 从三个区引出相应的电极，分别为基极b发射极e和集电极c。发射区和基区之间的PN 结叫发射结，集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大。 两种不同类型三极管的表示方式如图1所示，PNP型三极管发射区"发射"的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子，其移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。
图1 不同类型三极管表示方式 2．三极管放大原理 （1）发射区向基区发射电子 电源Ub经过电阻Rb加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子(自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流Ie。同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。 （2）基区中电子的扩散与复合 电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。 （3）集电区收集电子 由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。 3．三极管的工作状态 截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。 放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β=ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。 饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。
实验二三极管基本放大电路 一、实验目的 学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 掌握放大器电压放大倍数、及最大不失真输出电压的测试方法。 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验原理 共射放大电路既有电流放大，又有电压放大，故常用于小信号的放大。改变电路的静态工作点，可调节电路的电压放大倍数。而电路工作点的调整，主要是通过改变电路参数来实现，负载电阻R L的变化不影响电路的静态工作点，只改变电路的电压放大倍数。该电路输入电阻居中，输出电阻高，适用于多级放大电路的中间级。 静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时V0的负半周将被削底；如工作点偏低易产生截止失真，即V0的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一不定期的V i，检查输出电压V0的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。工作点偏高或偏低不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。 图2－1 基本放大电路实验图 三、实验内容与步骤 1.调整静态工作点：按图连线，然后接通12V电源，调节信号发生器的频率和幅值调切旋 钮，使之输出f=1000Hz，Ui=10mV的低频交流信号，然后调节电路图中Rp1和Rp2使放大器输出波形幅值最大，又不失真。 2.去掉输入信号（最好使输入端交流短路），测量静态工作点（Ic，U ce，U be） 3.测量电压放大倍数：重新输入信号，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述二种 情况下的U0值（加入信号和无信号），此时的U0和U i相位相反。 4.测量幅频频特性曲线：保持输入信号的幅度不变，改变信号源频率f，按照下面的的频率 要求逐点测出相应的输出电压U0，记入下表，并且画出幅频特性曲线。
实验报告 课程名称：_电路与电子实验___________指导老师：_ _________成绩：实验名称：__ 三极管共射放大电路_______实验类型：__________ ____同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1．掌握放大电路静态工作点的测量与调整方法，了解在不同偏置条件下静态工作点对放大电路性能的影响。 2．学习放大电路的电压放大倍数和最大不失真输出电压的测量方法。 3．学习放大电路输入、输出电阻的测量方法以及频率特性的测量方法。 二、实验内容和原理 仿真电路图 实验名称：_______________________________姓名：________________学号：__________________ 静态工作点变化而引起的饱和失真与截止失真 1. 静态工作点的调整和测量 : 调节R W1，使Q 点满足要求(I CQ ＝1.5mA)。测量个点的静态电压值 2. R L ＝∞及R L ＝2K 时，电压放大倍数的测量 : 保持静态工作点不变！输入中频段正弦波，示波器 监视输出波形，交流毫伏表测出有效值。 3. R L ＝∞时，最大不失真输出电压V omax (有效值)≥3V : 增大输入信号幅度与调节R W1，用示波器监视 输出波形、交流毫伏表测出最大不失真输出电压V omax 。 4. 输入电阻和输出电阻的测量 : 采用分压法或半压法测量输入、输出电阻。 5. 放大电路上限频率f H 、下限频率f L 的测量 : 改变输入信号频率，下降到中频段输出电压的0.707 倍。 6. 观察静态工作点对输出波形的影响 : 饱和失真、截止失真、同时出现。 三、主要仪器设备 示波器、函数信号发生器、12V 稳压源、万用表、实验电路板、三极管9013、电位器、各种电阻及电容器若干等 四、操作方法和实验步骤 准备工作： a) 修改实验电路 ◆ 将K 1用连接线短路(短接R 7)； ◆ R W2用连接线短路； ◆ 在V 1处插入NPN 型三极管(9013)； ◆ 将R L 接入到A 为R L =2k ，不接入为R L ＝∞(开路) 。 b) 开启直流稳压电源，将直流稳压电源的输出调整到12V ，并用万用表检测输出电压。 c) 确认输出电压为12V 后，关闭直流稳压电源。 d) 用导线将电路板的工作电源与12V 直流稳压电源连接。 e) 开启直流稳压电源。此时，放大电路已处于工作状态。 实验步骤 1.测量并调整放大电路的静态工作点 P.
精品文档 实验报告 课程名称： 电路与模拟电子技术实验 指导老师： 张冶沁 成绩：__________________ 实验名称： 三极管共射极放大电路 实验类型： 电路实验 同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1.学习共射放大电路的设计方法与调试技术； 2.掌握放大器静态工作点的测量与调整方法，了解在不同偏置条件下静态工作点对放大器性能的影响； 3.学习放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及频率特性等性能指标的测试方法； 4.了解静态工作点与输出波形失真的关系，掌握最大不失真输出电压的测量方法； 5.进一步熟悉示波器、函数信号发生器的使用。 二、实验内容和原理 1.静态工作点的调整与测量 2.测量电压放大倍数 3.测量最大不失真输出电压 4.测量输入电阻 5.测量输出电阻 专业： 姓名： 学号： 日期： 地点： 学生序号6
6.测量上限频率和下限频率 7.研究静态工作点对输出波形的影响 三、主要仪器设备 示波器、信号发生器、万用表 共射电路实验板 四、操作方法和实验步骤 1.静态工作点的测量和调试 实验步骤： （1）按所设计的放大器的元件连接电路，根据电路原理图仔细检查电路的完整性。 （2）开启直流稳压电源，用万用表检测15V工作电压，确认后，关闭电源。 （3）将放大器电路板的工作电源端与15V直流稳压电源接通。然后，开启电源。此时，放大器处于工作状态。 （4）调节偏置电位器，使放大电路的静态工作点满足设计要求I CQ＝6mA。为方便起见，测量I CQ时，一般采用测量电阻R C两端的压降V Rc，然后根据I CQ=V Rc／Rc计算出I CQ。 （5）测量晶体管共射极放大电路的静态工作点，并将测量值、仿真值、理论估算值记录在下表中进行比较。 2.测量电压放大倍数(R L=∞、R L=1kΩ) 实验步骤： （1）从函数信号发生器输出1kHz的正弦波，加到电路板上的Us端。 （2）用示波器检查放大电路输出端是否有放大的正弦波且无失真。 （3）用示波器测量输入Ui电压，调节函数信号发生器幅度，使电路输入Ui= 10mV(有效值)。
三极管电路放大电路及其分析方法 一、教学要求 1.重点掌握的内容 （1）放大、静态与动态、直流通路与交流通路、静态工作点、负载线、放大倍数、输入电阻与输出电阻的概念； （2）用近似计算法估算共射放大电路的静态工作点； （3）用微变等效电路法分析计算共射电路、分压式工作点稳定电路的电压放大倍数A u和A us，输入电阻R i和输出电阻R0。 2.一般掌握的内容 （1）放大电路的频率响应的一般概念； （2）图解法确定共射放大电路的静态工作点，定性分析波形失真，观察电路参数对静态工作点的影响，估算最大不失真输出的动态范围； （3）三种不同组态（共射、共集、共基）放大电路的特点； （4）多级放大电路三种耦合方式的特点，放大倍数的计算规律。 3.一般了解的内容 （1）共射放大电路f L、f H与电路参数间的定性关系，波特图的一般知识。多级放大电路与共射放大电路频宽的定性分析； （2）用估算法估算场效应管放大电路静态工作点的方法。 二．内容提要 1.共射接法的两个基本电路 共射放大电路和分压式工作点稳定电路是模拟电路中最基本的单元电路。学习这两种基本电路的分析方法是学习比较复杂的模拟电路的基础。 2.两种基本分析方法——图解法和微变等效电路法 在“模拟电路”中，三极管是非线性元件，因此不能简单地采用“电路与磁路”课中线性电路地分析方法。图解法和微变等效电路法就是针对三极管非线性的特点而采用的分析方法。 3.放大电路的三种组态——共射组态、共集组态和共基组态 由于放大电路输入、输出端取自三极管三个不同的电极，放大电路有三种组态——共射组态、共集组态和共基组态。由于组态的不同，其放大电路反映出的特性是不同的。在实际中，可根据要求选择相应组态的电路。 4.两种放大元件组成的放大电路——双极型三极管放大电路和场效应管放大电路 一般来说，双极性三极管是一种电流控制元件，它通过基极电流i B的变化控制集电极电流I c的变化。而场效应管是一种电压控制元件，它通过改变栅源间的电压u GS来控制漏极电流i D的变化；其次，双极性三极管的输入电阻较小，而场效应管的输入电阻很高，静态时栅极几乎不取电流。由于它们性能和特点的不同，可根据要求选用不同元件组成的放大电路。 5.多级放大电路的三种耪合方式——阻容耦合、直接耦合和变压器耦合 将多级放大电辟连接起来的时候，就出现了级与级之间的耦合方式问题。通过电阻和电容将两级放大电路连接起来的方式称为阻容耦合。由于电容的作用，
三极管放大电路基本原理 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP两种。以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明三极管放大电路的基本原理。 以NPN型硅三极管为例，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。 三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式 U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因： 首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必 须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小
的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。 另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前。 但是在实际使用中要注意，在开关电路中，饱和状态若在深度饱和时会影响其开关速度，饱和电路在基极电流乘放大倍数等于或稍大于集电极电流时是浅度饱和，远大于集电极电流时是深度饱和。因此我们只需要控制其工作在浅度饱和工作状态就可以提高其转换速度。对于PNP型三极管，分析方法类似，不同的地方就是电流方向跟NPN 的刚好相反，因此发射极上面那个箭头方向也反了过来——变成朝里