第2章三极管及放大电路

饱和失真。
若Q点位置偏低（Q2），由于在输入信号负半周
图2.1 三极管的结构及符号
三极管内部结构分为发射区、基区和集电区，
相应的引出电极分别为发射极e、基极b和集电极c。 发射区和基区之间的PN结称为发射结，集电 区和基区之间的PN结称为集电结。 电路符号中，发射极的箭头方向表示三极管在
正常工作时发射极电流的实际方向。
三极管在制作时，其内部结构特点是：
① 基极及管型的判别： 具体测试方法如图2.8（a）所示。 ② 集电极和发射极的判别： 具体测试方法如图2.8（b）所示，在实际测试中， 常用手指代替100kΩ的电阻。
(a)基极的测试
(b) 集电极和发射极的测试
图2.8 三极管管脚的测试
(2)判别ICEO的大小 对于NPN管，将万用表置于电阻档的R×100或
UBE约为0.7V左右，锗管的约为0.3V左右。
2.输出特性曲线 当IB取值不同时，就有一条不同的输出特性曲
线，如图2.6所示。
图2.6 三极管的输出特性曲线
3.三极管的三个工作区 (1) 三极管输出特性曲线中，IB=0的输出特性 曲线以下，横轴以上的区域称为截止区。其特点是： 发射结和集电结均为反偏，各电极电流很小，相当 于一个断开的开关。 (2) 输出特性曲线中，截止区以上平坦段组成 的区域称为放大区。其特点是：发射结正偏，集电 结反偏。此时IC受控于IB；同时IC与UCE基本无关， 可近似看成恒流。此区内三极管具有电流放大作用。
三极管的命名方法见附录1，型号参数举例见附
录4及附录5。
2.1.6
特种三极管简介
1.光电三极管 光电三极管如图2.9所示。
(a) 结构示意图
(b) 电路符号
图2.9 光电三极管
(c) 基本电路
2.光电耦合器 光电耦合器如图2.10所示。
图2.10 光电耦合器
2.1思考题
试说出三极管的各种分类。 如何在三极管输出特性曲线的放大区求出某一 工作点Q的 和β？ 如何利用万用表检测三极管的管脚及其好坏？ 比较普通三极管和特殊三极管的异同。
管等。 一般硅管多为NPN型，锗管多为PNP型。
2.1.2 三极管的电流放大作用 1.三极管放大的条件 三极管实现电流放大的外部偏置条件：发射结 正偏，集电结反偏，此时，各电极电位之间的关系 是： NPN型 PNP型 UC＞UB＞UE UC＜UB＜UE
如图2.2所示。
图2.2 三极管放大的外部偏置条件
大作用。
电流放大作用的实质是通过改变基极电流IB的 大小，达到控制IC的目的，而并不是真正把微小电 流放大了，因此称三极管为电流控制型器件。
例2.1 测得工作在放大状态的三极管两个电极
的电流如图2.4所示。
（1）求另一个电极的电流，并在图中标出实际 方向。 （2）标出e、b、c极，并判断出该管是NPN型还 是PNP型管。
数据，如表2.1所示。
表2.1 电流放大实验数据
IB(mA) -0.004 IC(mA) 0.004 IE(mA) 0
0 0.01 0.01
0.01 1.09 1.10
0.02 2.08 2.10
0.03 3.07 3.10
0.04 4.06 4.10
0.05 5.05 5.10
由表可得：三极管各电极电流分配关系是：
2.电流分配关系 图2.3是NPN管放大实验电路。
图2.3 放大实验电路
电路中的三极管的偏置满足发射结正偏，集电结
反偏。 发射结正偏，可使发射区的多子（自由电子）通 过PN结注入到基区，以形成基极电流IB； 集电结反偏，使集电极电位高于基极电位，于是 在集电结上有一个较强的电场，把由发射区注入到基 区的自由电子大部分拉到集电区，形成集电极电流IC。 调节Rb，改变IB的大小，得出相应的IC和IE的
2.2.2 基本放大电路的组成及原理 1.电路组成 电路如图2.14所示。
图2.14 基本放大电路
2.工作原理
设输入正弦交流信号为ui，则
uBE= UBE +ui
iB=IB+ib iC=IC+ic uCE = UCC iC RC， 最后，通过隔直电容的作用，uCE中的交流成
分uce到达输出端，形成输出电压uo。上述各电流、 电压波形如图2.15所示。
2.1 半导体三极管 2.2 基本放大电路 2.3 放大电路的静态工作点对输出波形的影响 2.4 放大电路的直流偏置方式 2.5 放大电路的三种组态 2.6 放大电路性能指标的估算 2.7 多级放大电路 2.8 放大电路的频率特性 本章小结
2.1 半导体三极管
2.1.1 三极管的结构 三极管是由两个PN结构成的，其基本特性是具有 电流放大作用。三极管按其结构不同分为NPN型和PNP 型两种。相应的结构示意图及电路符号如图2.1所示。
2.1.3 三极管的特性曲线 1.输入特性曲线 三极管的输入特性曲线如图2.5所示。
图2.5 三极管的输入特性曲线
由图2.5所示的输入特性曲线可以看出： 曲线是非线性的，也存在一段死区，当外加 UBE电压小于死区电压时，三极管不能导通，处于 截止状态。
三极管正常工作时，UBE变化不大，对于硅管，
对于负载来说，放大器相当于一个带有内阻的 信号源，这个内阻就是输出电阻， ro的大小反映了 放大器带负载能力的强弱。如图2.12所示。
图2.12 求输出电阻的等效电路
（4）非线性失真 放大器的输出信号波形与输入信号波形如图 2.13所示。
(a) 不失真波形
(b) 失真波形
图2.13 放大器的非线性失真
例2.2 若测得放大电路中工作在放大状态的三个 三极管的三个电极对地电位U1、U2、U3分别为下述 数值，试判断它们是硅管还是锗管？是NPN型还是 PNP型？并确定c、b、e极。 (1) U1 = 2.5V (2) U1 = -6V (3) U1 = -1.7V U2 = 6V U2 = -3V U2 = -2V U3 = 1.8V U3 = -2.7V U3 = 0V
集-射极电压
基-射极电压 集电极电源 基极电源 发射极电源
UCE
UBE
uce
ube
Uce
Ube
uCE
uBE VCC VBB VEE
2.2思考题
简述基本放大电路的工作原理。

放大电路的性能指标有那些?
返 回
2.3 放大电路的静态工作点 对输出波形的影响
放大电路输入端未加交流信号（即ui=0）时， 电路的工作状态称为直流状态，简称静态。将静
(3) 输出特性曲线中，UCE≤UBE的区域，即曲线 的上升段组成的区域称为饱和区。饱和区的特点是：
发射结和集电结均为正偏。
饱和时的UCE称为饱和压降，用UCES表示，UCES 很小，一般约为0.3V。工作在此区的三极管相当于 一个闭合的开关，没有电流放大作用。
2.1.4
三极管的主要参数
1.电流放大系数 电流放大系数是反映三极管电流放大能力的基本 参数，主要有 和β 2.极间反向电流 (1) ICBO是指发射极开路时从集电极流到
(2 ) 基区很薄，且掺杂浓度低； (3 ) 集电结面积大于发射结面积。 以上特点是三极管实现放大作用的内部条件。
三极管按其所用半导体材料不同，分为硅管和 锗管； 按用途不同，分为放大管、开关管和功率管； 按工作频率不同，分为低频管和高频管；
按耗散功率大小不同，分为小功率管和大功率
IE = IB + IC
由于基极电流很小，因而IE≈IC。
C 通常称 I B 为共射极直流电流放大系数，因
I
而有：
IC I B
I E (1 ) I B
通常 数。
I C 称为共射极交流电流放大系 I B
由表2.1还可知：β≈
3.放大作用的实质 由上述实验结果可知，当IB有一微小变化时，能 引起IC较大的变化，这种现象称为三极管的电流放
图2.15 放大器有关电流、电压波形
由图2.15可以看出：uo的幅度远大于ui的幅度，
可见该电路将ui进行了放大，且uo与ui的相位相反。
晶体管放大电路中各电流、电压的名称和符号 如表2.3所示。
表2.3 放大电路中各电流、电压的名称和符号
名称 基极电流 集电极电流 发射极电流 静态值 IB IC IE 正弦交流分量 瞬时值 ib ic ie 有效值 Ib Ic Ie 总电流或电压 瞬时值 iB iC iE 直流电源 对地电压
返 回
2.2 基本放大电路
2.2.1 放大电路的基本知识
1.放大的概念
所谓放大，就是用较小的输入信号去控制较 大的输出信号，且输出与输入之间有相应的变化 关系。其方框图如图2.11所示。
图 2.11 放大电路方框图
2.放大电路的性能指标
(1) 放大倍数
输出电压 Au 输入电压 uo ui
io 输出电流 Ai 输入电流 ii
Po 负载获得的功率 Ap 信号源提供的功率 Pi
（2）输入电阻ri
ri就是向放大电路输入端看进去的等效电阻，ri 越大，表明放大电路从信号源索取的电流越小，放 大电路输入端所得的电压越接近信号源电压，对于 电压放大器，要求ri要大。
（3）输出电阻ro
图2.7 极间反向电流
(2) 穿透电流ICEO
是指基极开路（IB=0）、集电极与发射极之间加
上规定的电压时，从集电极流到发射极的电流。如 图2.7(b)所示。它与ICBO之间的关系为：
ICEO = (1+β) ICBO
3.极限参数 (1)集电极最大允许电流ICM (2) 集电极—发射极间击穿电压U(BR)CEO (3) 集电极最大允许功耗PCM
解：
(1) 由于U13 = U1- U3= 0.7V，故该管为硅管，且 1、3管脚中一个是e极，一个是b极，则2脚为c极。