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双极型晶体管及放大电路基础教案解析.ppt 106页
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第二章 双极型晶体管及放大电路基础 二、晶体管的放大原理 电流分配：
IE＝IB＋IC
IE－扩散运动形成的电流
IB－复合运动形成的电流
IC－漂移运动形成的电流
晶体管的三个工作区域
≤ uBE 2.2 放大电路的基本概念 2.2.1 放大的概念（对交流而言）
2.2.2 放大电路的主要技术指标 1．放大倍数: 电压放大倍数：输出电压与输入电压的变化量之比，用来表示将输入信号放大了多少倍。
2.输入电阻 从放大电路输入端看进去的等效电阻称为放大电路的输入电阻 。
3．输出电阻 放大电路的输出电阻Ro反映电路驱动负载的能力，是放大电路输出端看进去的等效电阻。
4．通频带 通常将放大倍数在高频和低频段分别下降至比中频段电压放大倍数的0.707倍（即下降3dB）处对应的频率定义为放大电路的上限频率和下限频率，两个频率之间的范围称为放大电路的通频带，用符号BW表示。
5．非线性失真系数D 当输入某一频率的正弦交流信号时，输出波形中除了被放大的该频率的基波输出外，还含有一定数量的谐波。谐波的总量与基波成分的比值称为非线性失真系数。 6．最大输出功率Pomax和效率η 晶体管是一个能量控制器件，它能通过晶体管的控制作用，把直流电源提供的能量转换成交流电能输出。所以，放大电路的最大输出功率，就是在输出信号不失真时，放大电路向负载提供的最大交流功率，用Pomax来表示。 规定放大电路的最大输出功率与直流电源提供的功率之比叫做放大电路的效率η。效率越高．在交流输入信号的控制下，能量转换能力就越强。
放大的对象：变化量 放大的本质：能量的控制和转换 放大的特征：功率放大 放大的基本要求：不失真，放大的前提 能够控制能量的元件称为有源元件 注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。
2.2.3 放大电路的工作原理 当晶体管用于放大时，可以接成三种电路形式，它们是共发射极放大电路、共基极放大电路、共集电极放大电路，分别简称为共射（CE）、共基（CB）、共集（CC）。
1．单管共发射极放大电路的组成
2．单管共射放大电路的工作原理 三点原则： （1）为了使晶体管在输入信号的整个周期内均处于放大区，必须给放大电路设置合适的静态工作点。对于晶体管组成的放大电路，外加直流电源的极性必须使晶体管的发射结正向偏置，而集电结反向偏置。
（2）输入回路的接法应该使输入信号（电压或电流）能够尽量不损失地加载到放大器件的输入端，并引起输入回路中的电压或电流产生相应的变化量。
（3）输出回路的接法应该使输出回路中电压或电流的变化量（即输出信号），能够尽可能多地传送到负载上。 2.3.1 放大电路的静态分析
当放大电路没有输入信号（即ui=0）时，电路中各处电压和电流均为直流量，此时电路处于静止状态，简称静态。通常静态工作点我们也称Q点，故对于晶体管的静态工作点，可以通过计算获得IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ这四个量来确定。通常，硅管的| UBEQ |＝0.7V，锗管的|UBEQ |＝0.3V，无须求解。
1．静态工作点的近似估算法 2．图解分析法 截止失真 饱和失真 消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，增大VCC。 最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC－ UCEQ ），取其小者，除以
。 晶体管的h参数等效模型（交流等效模型） 可将晶体管看成为一个两端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。 在低频、小信号作用下的关系式 简化的h参数等效电路－交流等效模型 2．用微变等效电路分析共发射极放大电路 2.4 放大电路静态工作点的稳定 2.4.1 温度对工作点的影响 2.4 放大电路静态工作点的稳定 2.4.1 温度对工作点的影响 2.4.2 射极偏置电路 稳定原理
Re的直流负反馈作用 引入直流负反馈 温度补偿：Rb1或Rb2采用热敏电阻。 Rb1应具有负温度系数， Rb2应具有正温度系数。 动态分析 2.5 晶体管单管放大电路的三种基本接法 2.5.1 共集基本放大电路 2、动态分析：输入、输出电阻的分析 1、静态分析 2.5.3 三种组态基本放大电路的比较
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"晶体三极管，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"
在电子元件家族中，三极管属于半导体主动元件中的分立元件。
广义上，三极管有多种，常见如下图所示。
狭义上，三极管指双极型三极管，是最基础最通用的三极管。
本文所述的是狭义三极管，它有很多别称：
三极管的发明
晶体三极管出现之前是真空电子三极管在电子电路中以放大、开关功能控制电流。
真空电子管存在笨重、耗能、反应慢等缺点。
二战时，军事上急切需要一种稳定可靠、快速灵敏的电信号放大元件，研究成果在二战结束后获得。
早期，由于锗晶体较易获得，主要研制应用的是锗晶体三极管。硅晶体出现后，由于硅管生产工艺很高效，锗管逐渐被淘汰。
经半个世纪的发展，三极管种类繁多，形貌各异。
小功率三极管一般为塑料包封；
大功率三极管一般为金属铁壳包封。
三极管核心结构
核心是“PN”结
是两个背对背的PN结
可以是NPN组合，也或以是PNP组合
由于硅NPN型是当下三极管的主流，以下内容主要以硅NPN型三极管为例！
NPN型三极管结构示意图
硅NPN型三极管的制造流程
管芯结构切面图
工艺结构特点：
发射区高掺杂：为了便于发射结发射电子，发射区半导体掺浓度高于基区的掺杂浓度，且发射结的面积较小;
基区尺度很薄:3~30μm，掺杂浓度低;
集电结面积大：集电区与发射区为同一性质的掺杂半导体，但集电区的掺杂浓度要低，面积要大，便于收集电子。
三极管不是两个PN结的间单拼凑，两个二极管是组成不了一个三极管的！
工艺结构在半导体产业相当重要，PN结不同材料成份、尺寸、排布、掺杂浓度和几何结构，能制成各样各样的元件，包括IC。
三极管电路符号
三极管电流控制原理示意图
三极管基本电路
外加电压使发射结正向偏置，集电结反向偏置。
集/基/射电流关系：
IE = IB + IC
IC = β * IB
如果 IB = 0, 那么 IE = IC = 0
三极管特性曲线
输入特性曲线
集-射极电压UCE为某特定值时，基极电流IB与基-射电压UBE的关系曲线。
UBER是三极管启动的临界电压，它会受集射极电压大小的影响，正常工作时，NPN硅管启动电压约为0.6V；
UBE&UBER时，三极管高绝缘，UBE&UBER时，三极管才会启动；
UCE增大，特性曲线右移，但当UCE&1.0V后，特性曲线几乎不再移动。
输出特性曲线
基极电流IB一定时，集极IC与集-射电压UCE之间的关系曲线，是一组曲线。
当IB=0时, IC→0 ,称为三极管处于截止状态，相当于开关断开;
当IB&0时, IB轻微的变化,会在IC上以几十甚至百多倍放大表现出来;
当IB很大时，IC变得很大，不能继续随IB的增大而增大，三极管失去放大功能，表现为开关导通。
三极管核心功能：
放大功能：小电流微量变化，在大电流上放大表现出来。
开关功能：以小电流控制大电流的通断。
三极管的放大功能
IC = β * IB （其中β≈ 10~400 ）
例：当基极通电流IB=50μA时,集极电流:
IC=βIB=120*50μA=6000μA
微弱变化的电信号通过三极管放大成波幅度很大的电信号，如下图所示：
所以，三极管放大的是信号波幅，三极管并不能放大系统的能量。
能放大多少？
哪要看三极管的放大倍数β值了！
首先β由三极管的材料和工艺结构决定：
如硅三极管β值常用范围为：30~200
锗三极管β值常用范围为：30~100
β值越大，漏电流越大，β值过大的三极管性能不稳定。
其次β会受信号频率和电流大小影响：
信号频率在某一范围内，β值接近一常数，当频率越过某一数值后，β值会明显减少。
β值随集电极电流IC的变化而变化，IC为mA级别时β值较小。一般地，小功率管的放大倍数比大功率管的大。
三极管主要性能参数
三极管性能参数较多，有直流、交流和极限参数之分：
共射直流放大系数
无交变信号输入，共射电路集基电流的比值。β=IC/IB
共基直流放大系数
无交变信号输入，共基极电路集射的比值。
集-射反向电流
基极开路，集-射极间反向电流，又称漏电流、穿透电流。
集极反向电流
射极开路时，集电结反向电流（漏电流）ICEO=βICBO
共射交流放大系数
共射电路，集基电流变化量比值：β=ΔIC/ΔIB
共基交流放大系数
共基电路，集射电流变化量比值：α=ΔIC/ΔIE
共射截止频率
β因频率升高3dB对应的频率
共基截止频率
α因频率升高而下降3dB对应的频率
频率升高，β下降到1时对应的频率。
集极最大电流
集极允许通过的最大电流。
集极最大功率
实际功率过大，三极管会烧坏。
集-射极击穿电压
基极开路时，集-射极耐电压值。
温度对三极管性能的影响
温度几乎影响三极管所有的参数，其中对以下三个参数影响最大。
（1）对放大倍数β的影响：
在基极输入电流IB不变的情况下，集极电流IC会因温度上升而急剧增大。
（2）对反向饱和电流（漏电流）ICEO的影响：
ICEO是由少数载流子漂移运动形成的，它与环境温度关系很大，ICEO随温度上升会急剧增加。温度上升10℃，ICEO将增加一倍。
虽然常温下硅管的漏电流ICEO很小，但温度升高后，漏电流会高达几百微安以上。
（3）对发射结电压UBE的影响：
温度上升1℃，UBE将下降约2.2mV。
温度上升，β、IC将增大，UCE将下降，在电路设计时应考虑采取相应的措施，如远离热源、散热等,克服温度对三极管性能的影响。
三极管的分类
从技术工艺
硅三极管0.6V锗三极管0.3V
一般地：锗管为PNP型硅管为NPN型
PNP型NPN型
按制造工艺
平面型合金型扩散型
高频管多为扩散型低频管多为合金型
低频管&3MHz中频管3~30(MHZ)高频管30~500 (MHZ)超高频管&500MHZ
小功率PCM &0.5W中功率0.5&PCM&1w大功率PCM &1w
功率越大体积越大，散热要求越高。
放大管开关管高反压管光电管带阻尼管数字管
从封装外形
按封装材料
金属封装玻璃封装陶瓷封装塑料封装薄膜封装
塑料封装为主流金属封装成本较高
按封装形式
引线式TO贴片式SOT
贴片式正逐步取代引线式。
三极管命名标识
不同的国家/地区对三极管型号命名方式不同。还有很多厂家使用自己的命名方式。
中国大陆三极管命名方式
2：二极管3：三极管
A：PNP锗B：NPN锗C：PNP硅D：NPN硅
X：低频小功率G：高频小功率D：低频大功率A：高频大功率
例：3DD12X NPN型低频大功率硅三极管
日本三极管型号命名方式
0：光电管1：二极管2：三极管
A：PNP高频管B：PNP低频管C：NPN高频管D：NPN低频管
电子协会登记顺序
例：2SC1895 高频NPN型三极管
美国电子工业协会（EIA）三极管命名方式
JANTX：特军级JANTXV：超特军JANS：宇航级（无）：非军用品
1：二极管2：三极管“n”：n个PN 结元件
EIA注册标识
EIA登记顺序号
例：JANS2N2904 宇航级三极管
欧洲三极管命名方式
A：锗管B：硅管
C：低频小功率D：低频大功率F：高频小功率L：高频大功率
登记顺序号
例：BC208A 硅材料低频小功率三极管
三极管封装及管脚排列方式
关于封装：
三极管设计额定功率越大，其体积就越大，又由于封装技术的不断更新发展，所以三极管有多种多样的封装形式。
当前，塑料封装是三极管的主流封装形式，其中“TO”和“SOT”形式封装最为常见。
关于管脚排列：
不同品牌、不同封装的三极管管脚定义不完全一样的，一般地，有以上规律：
规律一：对中大功率三极管，集电极明显较粗大甚至以大面积金属电极相连，多处于基极和发射极之间；
规律二：对贴片三极管，面向标识时，左为基极，右为发射极，集电极在另一边；
基极 — B 集电极 — C 发射极 — E
三极管的选用原则
考虑三极管的性能极限，按“2/3”安全原则选择合适的性能参数。:
集极电流IC:
IC &2 / 3 *ICM
ICM 集极最大允许电流
当 IC&ICM时，三极管β值减小，失去放大功能。
集极功率PW:
PW & 2 / 3 *PCM
PCM集极最大允许功率。
当PW & PCM 三极管将烧坏。
集-射反向电压UCE:
UCE & 2 / 3*UBVCEO
UBVCEO基极开路时,集-射反向击穿电压
集/射极间电压UCE&UBVCEO时，三极管产生很大的集电极电流击穿,造成永久性损坏。
工作频率：
? = 15% * ?T
?T — 特征频率
随着工作频率的升高，三极管的放大能力将会下降，对应于β=1 时的频率?T叫作三极管的特征频率。
此外，还应考虑体积成本，优先选用贴片式三极管。
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