《模拟电子技术基础》第3章 场效应管及其放大电路

第2讲 放大的概念和放大电路的性能指标
哈尔滨工业大学
电子学教研室
3.3 放大的概念和放大电路的性能指标
3.3.1 放大的概念
基本放大电路是放大电路中最基本的结构形式，是构成复
杂放大电路的基本单元，一般是指由一个双极型晶体管或场效
应管所组成的放大电路。
可以将放大电路看成是一个含有受控源的双端口网络。它由
意义；
2. 输出信号的能量主要是由直流电源提供的，只是经过双
极型晶体管或场效应管的控制作用，将直流电源的能量转换成
输出信号的能量。放大的本质是能量的控制与转换。
3.3 放大的概念和放大电路的性能指标
e
IC
IEN
ICN
Re
ICBO
c
IBN
b
电子
VCC
IB
空穴
Rc
IB= IEP + IBN - ICBO
图3.2.3 晶体管的电流放大作用
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
2. 晶体管的电流放大作用
发射极电流：IE = IEN+IEP，且IEN>>IEP
集电极电流：IC = ICN+ICBO
3.2 双极型晶体管
3.2.4 晶体管的共射特性曲线
2.输出特性曲线—— iC=f(uCE) IB=const
以IB为参变量的一族特性曲线
(1)当UCE=0V时，因集电极无收集
作用，IC=0；
(2)随着uCE 的增大，集电区收集电
子的能力逐渐增强，iC 随着uCE 增加而
增加；
(3)当uCE 增加到使集电结反偏电压
当温度升高时，半导体的本征激发增大，漂移电流增大，
ICBO 随之增大。经验数据表明：温度每升高10℃，ICBO 约增加一
倍。
2. 温度对输入特性曲线的影响
当温度升高时，输入特性曲线左移，uBE 减小，温度每增加
1℃，uBE的绝对值约减小2~2.5mV。
3. 温度对输出特性曲线的影响
当温度升高时，输出特性曲线上移且间距变大，穿透电流
第3章 双极型晶体管及其基本放大电路
第1讲 双极型晶体管
3.1 引言
晶体管的发明：世界上第一支晶体管诞生于美国贝尔实验室
启发思考：集智攻关，团队协作
肖克利，专攻理论物理，提出方向
“有一类晶体矿石被称为半导体，比如
锗或者硅，他们导电性并不太好，但是
有一些奇妙的特性，说不定哪天他们会
影响未来电子学的发展方向”
世界上第一支晶体管
诞生于贝尔实验室
3.1 引言
晶体管有两大类型:

双极型晶体管(BJT)

场效应管(FET)
双极型晶体管又称为半导体三极管、晶体三极管，简称晶体
管。它由两个PN结组合而成，有两种载流子参与导电，是一种
电流控制电流源器件（CCCS）。
场效应管仅有一种载流子参与导电，是一种电压控制电流源
巴丁，擅长固体物理，原理探索
“当巴丁将探针向锗晶体上的固定针靠
近到0.05毫米处时，突然发现，改变流过
探针的电流能极大地影响流过固定针的
电流，发现了电流的放大作用”
布拉顿，擅长实验物理，实验突破
“实验表明，只要将两根金属丝接触点
尽可能的靠近就可以引起半导体放大电
流的效果，如何实现？布拉顿精湛的实
验技艺开始大显神威”
以UCE为参变量的一族特性曲线
(1)当UCE=0V时，共射输入特性曲
线与半导体二极管的正向特性曲线相似，
iB和uBE呈指数关系；
(2)随着UCE 的增加，特性曲线向右
移；
(3)当UCE≥1V时，发射区发射到基
图3.2.4 NPN型晶体管的共射输入特性曲线
区的电子基本上被集电区收集，曲线右
移不明显，近似用UCE=1V曲线代替。
3.2.5 晶体管的主要参数
三、极限参数
由晶体管的极限参数 PCM、ICM和U(BR)CEO确定了晶体管的过
损耗区、过流区和击穿区。使用晶体管时，应避免使其进入上述
三个区域，保证晶体管工作在安全工作区。
图3.2.9 晶体管的安全工作区
3.2 双极型晶体管
3.2.6 晶体管的温度特性
1. 温度对ICBO的影响
信号源、放大电路、直流电源组成。放大电路一般都包括负载，
但负载不是放大电路的必须组成部分。
3.3 放大的概念和放大电路的性能指标
3.3.1 放大的概念
放大电路的作用主要体现在以下方面：
1. 放大电路主要利用输入信号对双极型晶体管或场效应管
的控制作用，使输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大。
放大的前提条件是不失真，即只有在不失真的前提下放大才有
ICEO增加， 增加，IC增加。
3.2 双极型晶体管
3.2.7 晶体管的型号及封装
国家标准对半导体三极管的命名如下:
用字母表示同一型号中的不同规格
3 D G 110 B
用数字表示同种器件型号的序号
用字母表示器件的种类
用字母表示材料
三极管
第一位：2二极管、3晶体管
第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、
I CEO (1 ) I CBO
3.2 双极型晶体管
3.2.5 晶体管的主要参数
二、交流参数
1. 交流电流放大系数
(1) 共发射极交流电流放大系数β

iC
i B
U CE const

/
（0.5 ~ 1）
% / C
T
3.2 双极型晶体管
3.2.5 晶体管的主要参数
0 / 2
时
所对应的信号频率称为晶体管的共射截止频率fβ。
4. 共基截止频率fα
低频时共基极交流电流放大系数为α0。α下降到
0 / 2
时所对
应的信号频率称为晶体管的共基截止频率fα。
特征频率、共射截止频率和共基截止频率三者之间大致满足
如下关系：
fα f T 0 fβ
3.2 双极型晶体管
C硅PNP管、D硅NPN管
第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、
G高频小功率管、A高频大功率管、
K开关管、W稳压管、P普通管、Z整流管
3.2 双极型晶体管
3.2.7 晶体管的型号及封装
(a) 金属圆壳封装晶体管
(b) 塑料封装晶体管
(c) 大功率晶体管
图3.2.10 晶体管的封装形式
第3章 双极型晶体管及其基本放大电路
3.2.5 晶体管的主要参数
晶体管的参数分为直流参数、交流参数和极限参数三类。
在uCE 不变的条件下，输出集
电极电流ICQ 与输入基极电流IBQ 之
比，定义：

I CQ I CEO
I BQ

I CQ
I BQ
u CE CONST
3.2 双极型晶体管
3.2.5 晶体管的主要参数
(2) 共基极直流电流放大系数ത
3.2.5 晶体管的主要参数
三、极限参数
1. 集电极最大允许电流ICM
当集电极电流IC增加到一定程度时， 就要下降，使 值明
显减小时的IC称为集电极最大允许电流ICM。
2. 集电极最大允许功率损耗PCM
集电结耗散功率pC=iC×uCE 。PCM 表示集电结上最大允许耗
散功率。
3.2 双极型晶体管
(2) 共基极交流电流放大系数
iC

i E
U CB const

2. 特征频率fT
是信号频率的函数。当信号频率高到一定程度时， 将会
下降。 下降到1时所对应的信号频率称为晶体管的特征频率，
用fT表示。
3.2 双极型晶体管
3.2.5 晶体管的主要参数
3. 共射截止频率fβ
低频时共发射极交流电流放大系数为0。下降到
I C I B （1＋ ）I CBO＝ I B I CEO
I CEO (1 ) I CBO
ICEO称为晶体管的穿透电流，通常很小，可以忽略。

IC
IB
ҧ
称为共射极直流电流放大系数。
ҧ >>1，描述了晶体管的电
流放大作用。
3.2 双极型晶体管
3.2.4 晶体管的共射特性曲线
图3.2.2 晶体管的三种组态
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
双极型晶体管的结构特点：基区很薄且掺杂浓度最低；发射
区的掺杂浓度高，集电区掺杂浓度比发射区低很多，集电结面积
大于发射结面积。双极型晶体管的源自构是对称的，但发射极和集电极不能互换。
为使双极型晶体管具有电流放大作用，发射结应加正向偏置
ത
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
3. 晶体管的电流放大系数
(2) 共射极直流电流放大系数
I C I CN I CBO I E I CBO ( I C I B ) I CBO
IC
＝

1
I B I CBO I B


1 1 1
(3) U(BR)CEO——基极开路时集电极—发射极间的击穿电压。
U(BR)CER表示BE间接有电阻时的集射极间的击穿电压。
U(BR)CES表示BE间短路时的集射极间的击穿电压。
几个击穿电压之间有如下关系：
U(BR)CBO≈U(BR)CES＞U(BR)CER＞U(BR)CEO＞U(BR)EBO
3.2 双极型晶体管
3.2.5 晶体管的主要参数
3. 反向击穿电压
反向击穿电压表示晶体管电极间承受反向电压的能力。
e
c
+
b
V
b
-
+
-
c
V
e
(b) U(BR)CES
(a) U (BR)CBO
- mA +
b
Rb
c
限流电阻
- mA +
限流电阻
- mA +
+
V
-
e
(c) U (BR)CER
限流电阻
限流电阻
- mA +
b
c
+
-
V
e
(d) U(BR)CEO
图3.2.8 晶体管击穿电压的测试电路
3.2 双极型晶体管
3.2.5 晶体管的主要参数
3. 反向击穿电压
(1) U(BR)CBO——发射极开路时的集电极—基极间的反向击穿
电压，即集电结的击穿电压。
(2) U(BR)EBO——集电极开路时发射极—基极间的反向击穿电
压，即发射结的击穿电压。
3. 晶体管的电流放大系数
(1) 共基极直流电流放大系数
通常把被集电区收集的电子所形成的电流ICN 与发射极电流
IE之比称为共基电极直流电流放大系数。
ത
I CN

IE
由于IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN，且ICN>> IBN，ICN>>IEP。通常ത
的值小于1，但≈1，一般
ത
为0.9-0.99。
ICN = IEN-IBN，且IEN>> IBN，ICN>>IBN
基极电流：IB = IEP+IBN-ICBO
发射极电流又可以写为：
IE = IEP+IEN = IEP+ICN+IBN
= (ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO) = IC+IB
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
较大时，运动到集电结的电子基本上都
图3.2.5 NPN型晶体管的共射输出特性曲线
被集电结收集，此后uCE 再增加，集电
极电流也没有明显的增加，特性曲线进
入与轴基本平行的区域。
3.2 双极型晶体管
3.2.4 晶体管的共射特性曲线
输出特性曲线可以分为3个区域：
(1)截止区
IB=0曲线下方的区域，iC=ICEO ≈0。
共发射极接法的晶体管的特性曲线包括：
1.输入特性曲线—— iB=f(uBE) UCE=const
2.输出特性曲线—— iC=f(uCE) IB=const
VCC
Rc
Rb
iC

uBE


uCE
iB
iE
CE

3.2 双极型晶体管
3.2.4 晶体管的共射特性曲线
1.输入特性曲线—— iB=f(uBE) UCE=const
器件（VCCS）。
3.2 双极型晶体管
3.2.1 双极型晶体管的结构及类型
双极型晶体管有两种结构类型：NPN型和PNP型。
图3.2.1 晶体管的结构和符号
3.2 双极型晶体管
3.2.2 晶体管的三种组态
共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；
共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示；
共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。

I CQ I CEO
I EQ

I CQ
I EQ
2. 极间反向电流
(1) 集电结的反向饱和电流ICBO
ICBO是发射极开路时集电结的反向饱和电流。小功率的硅管
ICBO小于1µA，锗管ICBO为10µA左右。
(2) 穿透电流
ICEO为基极开路时集电极与发射极之间的穿透电流。小功率
的硅管ICEO在几微安以下，锗管ICEO约在几十到几百微安。
发射结正偏且小于开启电压或发射结反
偏，集电结反偏。
(2)放大区
特性曲线几乎平行于横轴且等间距，
iC 随iB 的增加而线性增加。发射结正偏
且大于开启电压，集电结反偏。
图3.2.5 NPN型晶体管的共射输出特性曲线
(3)饱和区
iC 随uCE 的增大而迅速增大。发射
结正偏且大于开启电压，集电结正偏。
3.2 双极型晶体管
电压，集电结应加反向偏置电压。
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
1. 晶体管内部载流子的传输
如何保证注入的载流
子尽可能地到达集电区？
P
N
IE=IEN + IEP
IEN >> IEP
IC= ICN +ICBO
ICN= IEN – IBN
IEN>> IBN
ICN>>IBN
N
IEP
IE