《晶体管的电流放大作用》教案（a）
NPN型PNP型
图1.3.2
图1.3.4
1.当发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电E
由于发射结加的是正向电压，又因为发射区杂
三极管的电流放大作用 教学目标： 知识目标——掌握三极管电流的分配，知道三极管电流放大系数β 能力目标——让学生学会万用表测量电流的方法和注意事项，培养学生理论联系实践的能力。 情感目标——通对学生“做中学做中教”课堂学习，培养学生的专业兴趣 教学重点：三极管的电流分配，基极电流对集电极电流的控制作用。 教学方法：实验教学法、演示教学法、归纳总结教学法。 教学过程： 一．引入 通过听音乐——功率放大器——核心原件“三极管”——引出三极管作用“电流放大作用” 二、引用FLASH动画模拟演示，得出IE=IB+IC，和IB的变化引起IC的电话的过程。 三、教学和实验过程 让学生通过测量已经做好的，PCB板上的电路中的电流。 测试过程分两次每次都按以下步骤进行： 1．先根据学生对万用表的使用情况，讲解万用表的使用，以及测量方法和注意事项。 2．测试过程中关注每一个学生的测试情况，提出不足改正错误肯定成绩、提高时间动手能力。 3．实验数据分析 （1）实验数据汇总：首先对比学生的实验数据，确定正确的实验数据，对错误的数据进行为什么 （2）对实验实验数据进行分析得出结论
具体在学生测试电路中考虑到仪表精度问题分两种形式测量电流： 1、用万用表电流档测量三极管电流 电流第一次第二次第三次第四次 I B(mA) 0 0.02 0.03 0.04 I C(mA) I E(mA) 得出结果：（1）I E=I B+I C （2）又因为基极电流I B很小，所以集电极电流I C与发射极电流IE 近似相等。即I C≈I E。 2、用万用表电压挡测试电压转换成电流测量I B和IC，然后在对数据进行计 算得出，共发射极直流电流放大倍数和交流放大倍数。
晶体三极管的电流放大作用 晶体三极管具有电流放大作用，其实质是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。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。 晶体三极管的三种工作状态 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。根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。半导体三极管除了构成放大器和作开关元件使用外，还能够做成一些可独立使用的两端或三端器件 （1）扩流。把一只小功率可控硅和一只大功率三极管组合，就可得到一只大功率可控硅，其最大输出电流由大功率三极管的特性决定，见附图9（a）。图9（b）为电容容量扩大电路。利用三极管的电流放大作用，将电容容量扩大若干倍。这种等效电容和一般电容器一样，可浮置工作，适用于在长延时电路中作定时电容。用稳压二极管构成的稳压电路虽具有简单、元件少、制作经济方便的优点，但由于稳压二极管稳定电流一般只有数十毫安，因而决定了它只能用在负载电流不太大的场合。图9（c）可使原稳压二极管的稳定电流及动态电阻范围得到较大的扩展，稳定性能可得到较大的改善。 （2）代换。图9（d）中的两只三极管串联可直接代换调光台灯中的双向触发二极管；图9（e）中的三极管可代用8V左右的稳压管。图9（f）中的三极管可代用30V左右的稳压管。上述应用时，三极管的基极均不使用。 （3）模拟。用三极管够成的电路还可以模拟其它元器件。大功率可变电阻价贵难觅，用图9（g）电路可作模拟品，调节510电阻的阻值，即可调节三极管C、E两极之间的阻抗，此阻抗变化即可代替可变电阻使用。图9（h）为用三极管模拟的稳压管。其稳压原理是：当加到A、B两端的输入电压上升时，因三极管的B、E结压降基本不变，故R2两端压降上升，经过R2的电流上升，三极管发射结正偏增强，其导通性也增强，C、E极间呈现的等效电阻减小，压降降低，从而使AB端的输入电压下降。调节R2即可调节此模拟稳压管的稳压值。
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)。
三极管内部载流子的运动规律、电流分配关系和放大作用 一、三极管的三种连接方式 三极管在电路中的连接方式有三种：①共基极接法；②共发射极接法，③共集电极接法。如图Z0115所示。共什么极是指电路的输入端及输出端以这个极作为公共端。必须注意，无论那种接法，为了使三极管具有正常的电流放大作用，都必须外加大小和极性适当的电压。即必须给发射结加正向偏置电压，发射区才能起到向基区注入载流子的作用；必须给集电结加反向偏置电压（一般几～几十伏），在集电结才能形成较强的电场，才能把发射区注入基区，并扩散到集电结边缘的载流子拉入集电区，使集电区起到收集载流子的作用。 二、三极管内部载流子的运动规律 在发射结正偏、集电结反偏的条件下，三极管内部载流子的运动，可分为3个过程，下面以NPN型三极管为例来讨论（共射极接法）。 1．发射区向基区注入载流子的过程 由于发射结外加正向电压，发射区的电子载流子源源不断地注入基区，基区的多数载流子空穴，也要注入发射区。如图Z0116所示，二者共同形成发射极电流IE。但是，由于基区掺杂浓度比发射区小2～3个数量级，注入发射区的空穴流与注入基区的电子流相比，可略去。
2. 载流子在基区中扩散与复合的过程 由发射区注入基区的电子载流子，其浓度从发射结边缘到集电结边缘是逐渐递减的，即形成了一定的浓度梯度，因而，电子便不断地向集电结方向扩散。由于基区宽度制作得很小，且掺杂浓度也很低，从而大大地减小了复合的机会，使注入基区的95％以上的电子载流子都能到达集电结。故基区中是以扩散电流为主的，且扩散与复合的比例决定了三极管的电流放大能力。 3．集电区收集载流子的过程 集电结外加较大的反向电压，使结内电场很强，基区中扩散到集电结边缘的电子，受强电场的作用，迅速漂移越过集电结而进入集电区，形成集电极电流Inc。另一方面，集电结两边的少数载流子，也要经过集电结漂移，在c，b之间形成所谓反向饱和电流I CBO，不过，I CBO一般很小，因而集电极电流 I N C +I CBO≈ I N C GS0105 同时基极电流 I B =I PB+I E-I CBO≈I PB- I CBO GS0106 反向饱和电流I CBO与发射区无关，对放大作用无贡献，但它是温度的函数，是管子工作不稳定的主要因素。制造时，总是尽量设法减小它。 三、三极管的电流分配关系与放大作用 1．电流分配关系 由图Z0116可知，三极管三个电极上的电流组成如下： 发射极电流I E I E＝I NE＋I PE≈I NE GS0107 基极电流I B I B= I PB + I PE - I CBO≈I PB - I CBO 集电极电流I C I C=I N C +I CBO≈ I N C 同时由图Z0116也可看出 I NE＝I N C＋I PB GS0108 由以上诸式可得到 I E＝I C＋I B GS0109 它表明，发射极电流I E按一定比例分配为集电极电流I c和基极电流I B 两个部分，因而 晶体三极管实质上是一个电流分配器件。对于不同的晶体管，尽管I C与I B的比例是不同的， 但上式总是成立的，所以它是三极管各极电流之间的基本关系式。 由图Z0116也可以看出，I N C代表由发射区注入基区进而扩散到集电区的电子流，I PB代表 从发射区注入基区被复合后形成的电流。对于一个特定的三极管，这二者的比例关系是确定 的，通常将这个比值称为共发射极直流电流放大系数。用表示， 即
东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：电路与电子线路实验II 第一次实验 实验名称：三极管放大电路 院（系）：吴健雄专业：信息 姓名：学号： 实验室: 金智楼502 实验组别： 6 同组人员：实验时间： 2013 年 4月 9 日 评定成绩：审阅教师：
一、实验目的及要求 1、实验目的 通过对单级晶体管低频电压放大电路的工程估算、安装和调试，掌握放大器的主要性能指标及其测试方法； 掌握双踪示波器、函数发生器、交流毫伏表、直流稳压电源的使用方法。 2、实验要求 测量静态工作点主要性能参数：ICQ集电极静态工作电流、VCEQ 晶体管压降； 测量主要动态性能参数：AV电压增益、Ri输入电阻、Ro输出电阻； 利用扫频仪观察电路的幅频特性与相频特性。 二、实验原理 放大电路的基本组成 半导体器件 输入信号源输出负载 R L 直流电源和相应的偏置电路 静态工作点的设置
集电极静态工作电流：I CQ=V RC/R C 静态工作点对电路输出失真的影响： 截止失真 Vo波形的顶部被压缩，说明Q点偏低，应增大基极偏流IBQ，即增大ICQ。饱和失真 Vo波形的底部被削波，说明Q点偏高，应减小IBQ ，即减小ICQ 。 偏置电路的选择
用换算法测量输入电阻 Ri 和输出电阻Ro 其中，vo’和vo分别为vs不变的情况下断开和接入负载RL时的输出电压。 放大电路的频率响应 三、电路设计及仿真 1、实验电路图
实验的电路图上图所示，三极管选用9013NPN型晶体管。 Rs为采样电阻RL为负载电阻 R1为上偏置电阻R2为下偏置电阻 Rc为集电极电阻 RE为发射极电阻 C1为输入耦合电容 C2为输出耦合电容 CE为旁路电容 调节RW使静态工作点位于交流负载线的中点（VCEQ=6V），加大输入信号的幅度，使得输出波形同时出现正、反向失真，稍微减小输入信号幅度，使失真刚好消失，读出此时的输出电压峰峰值vop-p，再用万用表的DCV档测量此时RE两端的静态电压，计算出ICQ。 2、实验仿真图 根据设计的实验电路图在 Multisim上画出如下仿真电路图： 四、电路测试结果
（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。
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： ，， ， ， 其中。
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) 单电源固定偏置电路：选择合适的Rb，Rc，使电路工作在放大状态。 工作点稳定的偏置电路：该方法为近似估算法。
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。
班级： 组别： 姓名： 组内评价： 教师评价： 课题：晶体三极管放大作用 【学习目标】 1、 通过举例让学生了解放大器在生活中运用在哪些地方从而喜欢学习放大器。 2、 通过学习能自主完成一个简单的放大电路。 3、 理解放大器的工作条件和工作原理。 【自主梳理】 1．、． 三极管要实现放大作用必须满足的外部条件．．．．是什么？．．．． 2、 晶体三极管的电流放大作用的涵义是什么？ 3、 晶体三极管的三个极电流应满足什么关系（即电流分配关系）？ 4、 三极管的特性曲线的理解和绘制 【课堂探究】 一．三极管工作电压 三极管要实现放大作用必须满足的外部条件．．．．：发射结加正向电压，集电结加反向电压．．．．．．．．．．．．．．．．．，即发射结正偏，集电结反偏．．．．．．．．．．．． 。如图2.1.17所示，其中V 为三极管，Vcc 为集电极电源电压，VBB 为基极电源电压，两类管子外部电路所接电源极性正好相反，Rb 为基极电阻，Rc 为集电极电阻。若以发射极电压为参考方向，则三极管发射结正偏，集电结反偏，这个外部条件也可用电压关系来表示；对于NPN 型：V C >V B >V E ；对于PNP 型：V E >V B >V C Rb Rc Uc c U B B I B I C I E
（ - - β=I C/I B），称为三极管共发射极电路的直流放大系数。当三极管制成后，--β也就确定了， 其值远大于1。 若考虑集电区少数载流子漂移形成的集电结反向饱和电流I CBO，则I C与I B之间有关系： I C= - - βI B+（1+--β）I CBO=--βI B+I CEO，式中I CEO为穿透电流，其计算公式为I CEO=（1+--β）I CBO 单位为mA。 三．三极管的特性曲线 1．输入特性曲线 输入特性是指在U CE一定的条件下，加在三极管基极与发射极之间的电压U BE与基极电流I B 之间的关系。输入特性曲线如图2.1.19所示。 图2.1.19 输入特性曲线 从图中看到，它与二极管的伏安特性曲线十分相似。 当U CE=OV，输入曲线与二极管伏安特性曲线形状一样，当U CE≥1V（≤-1V）时特性曲线向右（向左）移动了一段距离。而U CE>1V以后，不同U CE值的各条输入特性曲线几乎重叠在一起。实际应用中，三极管的U CE一般大于1V，因而U CE>1V时的曲线更具有实际意义。 由三极管输入特性曲线可看出：①三极管的输入特性曲线是非线性的，超过死区电压，三极管才出现基极电流。死区电压的大小与三极管材料有关，硅管约为0.5V，锗管约为 0.2V。②加在发射结上的正偏电压U BE只能工作在零点几伏。其中硅管在0.7V左右，锗管 在0.3V左右。 2．输出特性曲线 输出特性指基极电流I B为确定值时，在输出回路中集电极与发射极之间的电压U CE与集电极电流I C之间的关系。固定一个I B值，可得到一条输出特性曲线，改变I B值，可得到一族输出特性曲线。其特性曲线如图2.1.20所示。在输出特性曲线上可划分三个区：放大区、截止区、饱和区。
1．三极管放大条件 三极管的电流放大作用与三极管内部PN结的特殊结构有关。如图1- 27和图1- 28所示，三极管犹如两个反向串联的PN结，如果孤立地看待这两个反向串联的PN结，或将两个普通二极管串联起来组成三极管，是不可能具有电流的放大作用的。三极管若想具有电流放大用，则在制作过程中一定要满足以下内部条件： ①为了便于发射结发射电子，ICS8248DF-39发射区半导体的掺杂浓度远高于基区半导体的掺杂浓度，且发射结的面积较小。 ②发射区和集电区虽为同一性质的掺杂半导体，但发射区的掺杂浓度要高于集电区的掺杂浓度，且集电结的面积要比发射结的面积大，便于收集电子。 ③联系发射结和集电结两个PN结的基区非常薄，且掺杂浓度也很低。 上述的结构特点是三极管具有电流放大作用的内因，要使三极管具有电流的放大作用，除了三极管的内因外'还要有部条件，要实现电流放大，必须做到：①三极管的发射结为正向偏置；②集电结为反
向偏置。这是三极管具有电流放大作用的外部条件。下面以NPN型三极管为例，分析其内部载流子的运动规律——即电流分配和放大的规律。 2．三极管内部载流子的运动情况及电流放大作用 图1- 29中的U BB是基极电源，使三极管的发射结处在正向偏置的状态，Ucc是集电极电源，作用是使三极管的集电结处在反向偏置的状态，Rb是基极电阻，Rc是集电极电阻。三极管内部载流子运动情况的示意图如图1- 29所示。图中，载流子的运动规律可分为以下的几个过程。 (1)发射区向基区发射电子 发射结处在正向偏置，使发射区的多数载流子（自由电子）不断地通过发射结扩散到基区，即向基区发射电子。与此同时，基区的空穴也会扩散到发射区，由于两者掺杂浓度上的悬殊，形成发射极电流I E的载流子主要是电子，电流的方向与电子流的方向相反。发射区所发射的电子由电源Ec的负极来补充。 (2)电子在基区中的扩散与复合
晶体管内部的电流分配关系和放大原理 要使晶体管正常工作且具有放大功能，就必须给集电结和发射结加上合适的电压。发射结加正向偏压UBE(正向偏压一般不大于1V)，才能使发射区的多数载流子注入基区，给集电结加上较大的反向电压（反向电压一般在几伏到几十伏），保证发射区注入到基区并扩散到集电结边缘的载流子被集电区收集，形成集电极电流。为实现晶体管的正常工作，就要保证发射结加正向偏压，集电结加反向电压，这是晶俸管放大的外部条件。晶体管有三种不同的连接方式：共发射极接法、共集电极接法、共基极接法，如图1.4.3所示。无论哪种接法，发射结正向偏压，集电结反向偏压是最基本的和必须满足的要求。下面以NPN管的共基极接法为例，讨论晶体管内部载流子的运动和电流分布情况。1．载流子的运动规律内部载流子的运动可分为三部分，如图1.4.4所示。1)发射区向基区注入载流子的过程发射结正向偏压，使PN结变薄，阻抗减小，扩散运动得以加强。发射区的多数载流子（电子）在发射结电场作用下，源源不断地向基区注入，形成发射极电流IEN。与此同时，基区的多数载流子（空穴）也在电场力的作用下，越过PN结扩散到发射区，形成电流IEP。流过发射结的电流j。，应为电子电流IEN和空穴电流IEP之和。但由于发射区掺杂浓度高，基区掺杂浓度低且很薄，一般讨论图1.4.4内部载流子传输过程时，注入发
射区的空穴形成的电流IEP比起注入到基区的电子电流IEN 来说可以忽略不计。即IE主要是发射区向基区注入的载流子所形成的电流IE=IEN +IEP～IEN 2)电子在基区的扩散和复合过程发射区的多子电子扩散注入到基区后，在靠近发射结边缘附近密集，形成从发射结到集电结的密度梯度分布。这种梯度分布促使电子在基区内继续向集电结方向扩散。 基区内电子在扩散的同时，一部分与基区空穴相遇并复合，复合所需的空穴由电源UBE提供，基区内空穴基本保持不变，复合形成电流IBP。晶体簪内部的扩散与复合，是一对特殊的矛盾，其放大能力取决于两者的比例关系。在制造晶体管时，为使注入基区的电子绝大部分能到达集电结，故基区做得很薄，且掺杂浓度很低，减少电子与空穴的复合几率。 3)集电极收集电子的过程集电结上所加的反向电压，使集电结形成很强的电场。基区中扩散到集电结附近的电子，在强电场的作用下，迅速漂移越过集电结进入集电区，形成流入集电极的电流ICN。与此同时，集电结反向偏压作用，使基区和集电区的少数载流子漂移过集电结，形成反向漂移电流ICBO。反向漂移电流从集电区注入基区，并由基极流出，与发射区无关，对电流放大没有贡献。但它受温度影响很大，是影响晶体管稳定性的一个主要因素。2．晶体管电流分配关系从前面的讨论，可以绘出电流分配图1.4.5。电流分配关系为：发射极电流IE =IEN+IFP≈JEN基极电流IB
三极管的作用有哪些 晶体三极管的电流放大作用 晶体三极管具有电流放大作用，其实质是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。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。 晶体三极管的三种工作状态 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。 根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。
三极管最基本的作用是放大作用，它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。 三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。 半导体三极管除了构成放大器和作开关元件使用外，还能够做成一些可独立使用的两端或三端器件（1）扩流。 把一只小功率可控硅和一只大功率三极管组合，就可得到一只大功率可控硅，其最大输出电流由大功率三极管的特性决定，见附图9（a）。图9（b）为电容容量扩大电路。利用三极管的电流放大作用，将电容容量扩大若干倍。这种等效电容和一般电容器一样，可浮置工作，适用于在长延时电路中作定时电容。用稳压二极管构成的稳压电路虽具有简单、元件少、制作经济方便的优点，但由于稳压二极管稳定电流一般只有数十毫安，因而决定了它只能用在负载电流不太大的场合。图9（c）可使原稳压二极管的稳定电流及动态电阻范围得到较大的扩展，稳定性能可得到较大的改善。 （2）代换。 图9（d）中的两只三极管串联可直接代换调光台灯中的双向触发二极管；图9（e）中的三极管可代用8V 左右的稳压管。图9（f）中的三极管可代用30V 左右的稳压管。上述应用时，三极管的基极均不使用。 （3）模拟。 用三极管够成的电路还可以模拟其它元器件。大功率可变电阻价贵难觅，用图9（g）电路可作模拟品，调节510电阻的阻值，即可调节三极管C、E两极之间的阻抗，此阻抗变化即可代替可变电阻使用。图9（h）为用三极管模拟的稳压管。其稳压原理是：当加到A、B两端的输入电压上升时，因三极管的B、E 结压降基本不变，故R2两端压降上升，经过R2的电流上升，三极管发射结正偏增强，其导通性也增强，C、E极间呈现的等效电阻减小，压降降低，从而使AB端的输入电压下降。调节R2即可调节此模拟稳压管的稳压值。
绍兴市中等专业学校教案
教学过程 教学课题第二章三极管`课时2课时 教学环节师生活动 复习旧课： ?二极管结构特点、类型和电路符号？ ?二极管具有什么特性？ ?二极管好坏判断？ ?画出二极管伏安特性曲线？ 导入新课： 放大电路在电子电路中无处不在，如：住宅门厅安装的电子门铃、对讲机以及人们身边的收音机等，都是由于其中的放大电路，才使扬声器发出较大的声音。而常见放大电路的核心部分——电信号的放大器件就是三极管 提问的方式，让学生回答。（三极管也具有类似 特征） 举生活中例子，并实物演示
做一做：三极管中电流分配和放大作用 观察分析实验参考数据： 1）三极管各极电流分配关系：I E = I B + I C ，I E ≈ I C ?I B 2）基极电流和集电极电流之比基本为常量，该常量称为共发射极直流放大系数β，定义为：B C I I = β 3）基极电流有微小的变化量Δi B ，集电极电流就会产生较大的变化量Δi C ，且电流变化量之比也基本为常量，该常量称为共发射交流放大系数β，定义为：B C Δi i ?= β 1．三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信号控制较大的集电极电流信号，实现“以小控大”的作用。 2．三极管电流放大作用的实现需要外部提供直流偏置，即必须保证三极管发射结加正向电压（正偏），集电结加反向电压（反偏）。如图所示，电位关系应为V C >V B >V E 。 PNP 型三极管放大工作时，其电源电压V CC 极性与NPN 型管相反，这时，管子三个电极的电流方向也与NPN 型管电流方向相反，电位关系则为V E >V B >V C 。 课堂小结 1、三极管的结构特点。 R c VT V CC V BB I C I B I E c b e I e e I c c I b b 细 R b 粗
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。 图一：晶体三极管（NPN ）的结构 ftiiiK ft*諒 T|l|- h： 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）及基区的多数载流子（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lc,只剩下很少（1-10% ）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重新补纪念给，从而形成了基极电流Ibo根据电流连续性原理 得：le=lb+lc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lc, 这就是所谓电流放大作用，lc与lb是维持一定的比例关系，即：31=lc/lb式中：3-称为
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。
三极管的作用总结 提及三极管，我们马上就可以想到它可以放大电流，电流由基极流至集电极的过程中，便不知不觉的被放大了β倍。那么贴片三极管仅起到电流放大作用吗?它还能不能完成其他任务呢? 新晨阳电子 什么是三极管 三极管，半导体三极管的简称，我们也经常将其称为双极型晶体管、晶体三极管。三极管是一种基本的电流控制电流的半导体元器件，具有电流放大的作用，是电子电路的核心元件。现已广泛用于各领域各功能电路中。 电流放大 三极管的作用之一就是电流放大，这也是其最基本的作
用。以共发射极接法为例，一旦由基极输入一个微小的电流，在集电极输出的电流大小便是输入电流的β倍，β被叫做三极管的电流放大系数。将输入的微弱信号扩大β倍后输出，这便是三极管的电流放大作用。 新晨阳电子 用作开关 三极管的作用之二就是用作开关。三极管在饱和导通时，其CE极间电压很小，低于PN结导通电压，CE极间相当于短路，“开关”呈现开的状态;三极管在截止状态时，其CE极间电流很小，相当于断路，“开关”呈现关的状态。因此可完成开关的功能，且其开关速度极快，控制灵敏，且不产生电火花。
扩流 三极管的作用之三就是扩流作用，在某些情况下，可扩大电流限值或贴片电容容量等。比如：将小功率可控硅与大功率三级管相结合，可以得到大功率可控硅，扩大了最大输出电流值;在长延时电路中，三极管可完成扩大电容容量的作用。 代换 三极管的作用之四就是代换作用，在一定情况下与某些电子元器件如贴片钽电容相结合可代换其它器件，完成相应功能。比如：两只三极管串联可代换调光台灯中的双向触发贴片二极管;在某些电路中，三极管可以代换8V的稳压管，代换30V的稳压管等等。
晶体三极管“电路放大功能”原理 PN结的本质：在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。 1、切入点： 要想很自然地说明问题，就要选择恰当地切入点。讲三极管的原理我们从二极管的原理入手讲起。二极管的结构与原理都很简单，内部一个PN结具有单向导电性，如示意图B。很明显图示二极管处于反偏状态，PN结截止。我们要特别注意这里的截止状态，实际上PN结截止时，总是会有很小的漏电流存在，也就是说PN结总是存在着“反向关不断”现象，PN结的单向导电性并不是百分之百。 为什么会出现这种现象呢？这主要是因为P区除了因“掺杂”而产生的多 数载流子“空穴”之外，还总是会有极少数的本征载流子“电子”出现。N区 是一样，除了多数载流子电子之外，也会有极少数的载流子空穴存在。 PN结反偏时，能够正向导电的多数载流子被拉向电源，使PN结变厚，多数载流子不能再通过PN结承担起载流导电的功能。所以，此时漏电流的形成主要靠的是少数载流子，是少数载流子在起导电作用。反偏时，少数载流子在电源的作用下能够很容易地反向穿过PN结形成漏电流。漏电流之所以很小，是因为少数载流子的数量太少。很明显，此时漏电流的大小主要取决于少数载流子的数量。如果要想人为地增加漏电流，只要想办法增加反偏时少数载流子的数量即可。所以，如图B，如果能够在P区或N区人为地增加少数载流子的数量，很自然的漏电流就会人为地增加。其实，光敏二极管的原理就是如此。光敏二极管与普通光敏二极管一样，它的PN结具有单向导电性。因此，光敏二极管工作时应加上反向电压，如图所示。当无光照时，电路中也有很小的反向饱和漏电流，一般为1×10-8—1×10-9A(称为暗电流)，此时相当于光敏二极管截止；当有光照射时，PN 结附近受光子的轰击，半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子—空穴对，这些载流子的数目，对于多数载流子影响不大，但对P区和N区的少数载流子来说，则会使少数载流子的浓度大大提高，在反向电压作用下，反向饱和漏电流大大增加，形成光电流，该光电流随入射光强度的变化而相应变化。光电流通过负载RL时，在电阻两端将得到随人射光变化的电压信号。光敏二极管就是这样完成电功能转换的。