晶体管原理(3-1)
功率场效应晶体管(MOSFET)原理3
功率场效应晶体管(MOSFET)原理功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。
一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。
电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。
小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VV MOSFET和双扩散VD MOSFET。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。
N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。
电气符号，如图1(b)所示。
电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。
当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。
如果在栅极和源极之间加一正向电压U GS，并且使U GS大于或等于管子的开启电压U T，则管子开通，在漏、源极间流过电流I D。
U GS超过U T越大，导电能力越强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
{{分页}}1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。
3晶体三极管
2.三极管内部载流子的运动规律
集电结反偏， 集电结反偏， 有少子形成的反 向电流ICBO。 基区空穴 向发射区的 扩散形成电流 IEP可忽略。 可忽略。 进入P 进入P 区的电 子少部分与基区 的空穴复合， 的空穴复合，形 成电流IBN ，多 数作为非平衡少 子扩散到集电结 B RB IB IBN E IE IC ICBO C ICN
v
v
i
i
输出特性曲线各区的特点： 输出特性曲线各区的特点：
（1）饱和区 a.发射结正偏，集电结正偏或反 发射结正偏， 发射结正偏 偏电压很小。 偏电压很小。 UCE≤UBE b. iC明显受uCE控制, 明显受 控制 iC＜βiB
1
4 3
i
C/
mA
iB =
µ 100 A 80 60
饱和区
随着VCE的变化而迅速变化。 的变化而迅速变化。 随着
∆iC
∆iB
β=
放大区 截止区
∆iC ∆iB
U CE =常量
β是常数吗？什么是理想三极管？什么情况下 β = β ? 是常数吗？什么是理想三极管？ 是常数吗
2. 输出特性
iC = f (uCE ) I
数 B =常
对应于一个I 就有一条i 变化的曲线。 对应于一个 B就有一条 C随uCE变化的曲线。 输出特性曲线特点： 输出特性曲线特点： a. 各条特性曲线形状相同 b. 每条输出特性起始部分很陡 V时 uCE=0 V时，因集电极无收 b （集电结反压增加， 当集电结反压增加， 吸引电子能力增强,ic增大 增大） 吸引电子能力增强 增大） 集作用， =0。 集作用，iC=0。 c．每条输出特性当超过某一数 u c ．CE ↑ → Ic ↑ 。 值时（ ），变得平坦 值时（约1V），变得平坦 ）， d. 曲线比较平坦的部分， 曲线比较平坦的部分， 的增加而略向上倾斜。 随vCE的增加而略向上倾斜。 d每条输出特性当超过某一数值时（约1V），变得平坦 每条输出特性当超过某一数值时（ 1V），变得平坦 ）， 这是基区宽变效应） （这是基区宽变效应） • CB ↑→ 基区宽带变窄 → B 1V后 当uCE ＞CE后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子 1V ↑→ 收集电子的能力足够强。这时， 变小 • 都被集电极收集， 再增加， 基本保持不变。 都被集电极收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不变。 iC •→ β = iB ↑→ iB 若不变则 C ↑
电工电子技术基础知识点详解3-1-晶体管的微变等效电路
微变等效电路法： 利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数 Au、
输入电阻 ri、输出电阻 ro等。
1. 晶体管的微变等效电路 晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。
(1) 输入回路
es
--
ic C
ib
rbe
RC
E
微变等效电路
Ii B Ib
Ic C
+
RS
βIb
E S-+
U i -
RB rbe
RC
E
+ RL uO
-
+ RL UO
-
小结
1. 晶体管的微变等效电路
2. 放大电路的微变等效电路 Nhomakorabearbe
RC
E
+ RL UO
-
ii B ib
+
R+S eS-
ui -
RB
ic C
+
RC RL uO -
E
交流通路
微变等效电路
将交流通路中的晶体管 用晶体管微变等效电路代替 即可得放大电路的微变等效 电路。
分析时假设输入为正弦 交流，所以等效电路中的电 压与电流可用相量表示。
ii B ib
+ RS
+ ui RB
IB
当信号很小时，在静态工作点附近的 输入特性在小范围内可近似线性化。
Q IB
UBE
O
UBE
输入特性
晶体管的 输入电阻
rbe
U BE IB
U CE
ube ib
3-1 MOS场效应管(北邮)
流向D漏区，形成电流 iD 。
vDS>0使栅、漏极间电压vGD=( vGS-vDS )＜vGS，使得导电沟道靠近漏极D
一侧吸引的电子少于源极S一侧。使导电沟道呈楔型状。
在导电沟道处于贯通的情况下，漏极电流 iD 与漏源电压vDS 呈二次函数关系。
夹断点向S源区方向移动。沟道长度有所缩短，源S、漏D间的耗尽区有所增长。
在vDS的作用下，自由电子由源区沿沟道向漏区方向运动，到达耗尽层夹断区， 被耗尽层内电场作用继续向漏区方向漂移，形成漏极电流iD 。
预夹断后再增加vDS ，vDS主要降在夹断沟道的、呈高电阻的耗尽层部分， 在剩余的沟道部分上的电场强度增加不多，因而，当vDS增大时， 电流 iD 基本不变，略有增加。此状态对应输出特性曲线的饱和区。
vGS=定值(较小)
vDS
vDS
vGS
iD
S N＋
G
D
N＋
P型衬底
12
(2) 可变电阻区
iD
可
（近似线形区）、(三极管区)
变 电
阻
导电沟道形成、楔形、预夹断前。 区
饱和区
vGS=定值
(较大) 击 穿 区
vGS＞Vth , vGD＞Vth , vDS＜vGS-Vth
0
iD
=
kp 2
W L
[2(vGS
源极S 栅极G
漏极 D
铝
SiO2绝缘层
t 厚度 ox
耗尽层
N+
L
P 型衬底
衬底
N+
沟 W宽道 度
B 衬底极
沟道 长度
第三章双极型晶体管
ICn
电子电流 电子流
上式等号右边第一项称为
发射效率，是入射空穴电
流与总发射极电流的比，
即：
I E•
I Ep IE
I Ep I Ep＋I En
第二项称为基区输运系数，
是到达集电极的空穴电流量
与由发射极入射的空穴电流
量的比，即
T
I Cp I Ep
所以 0＝T
发射区 (P )
}I EP
I En
基区 (n) I BB
(d)n-p-n双级型集体管的电路符号
图 4.2
+
VEC
-
E+
发射区 基区 集电区
P
n
P
+C
VEB
-B-
VCB
(a)理想一维p-n-p双级型集体管
IE E
+
+ VEC - IC - C
VEB
VBC
- + IB
B
(b)p-n-p双级型集体管的电路符号
-
VCE
+
E
发射区 基区 集电区
P
n
P
C
VBE
++ B
I En I BB
I B I E IC I En (I EpICp ) ICn
晶体管中有一项重要的参数
，称为共基电流增益，定义
为
0
I Cp IE
IB
空穴电流 和空穴流
图4.5
因此，得到
＝
0
I
I Cp Ep＋I
En
＝
I Ep I Ep＋I En
I Cp I Ep
}
集电区(P)
3t1c像素驱动电路侦测补偿原理
3t1c像素驱动电路侦测补偿原理
3T1C（Three transistor-one capacitor）像素驱动电路是一种常见的动态驱动电路，常用于液晶显示器的像素驱动。
在3T1C像素驱动电路中，每个像素点包含3个晶体管（T1、T2和T3）和一个电容器（C）。
T1和T2分别作为开关管控制像素的放电和充电，T3用于控制每个像素点的输出。
当电压应用在T1上时，T1打开并给像素点充电，此时C开始储存电荷。
当T1关闭并将电压应用在T2上时，T2打开，C 开始释放储存的电荷，使得像素点的电压下降。
根据C中储存的电荷量的不同，像素点的电压变化也会不同。
为了确保每个像素驱动电路输出的电压准确可靠，需要进行电路的侦测和补偿。
侦测和补偿的原理主要包括以下几个步骤：
1. 侦测：通过特定的电路，对每个像素电路的电荷储存和释放过程进行检测。
通过测量电容器C中的电压变化，可以获得像素驱动电路的输出电压情况。
2. 比较：将每个像素驱动电路的输出电压与期望的电压进行比较，判断是否存在电压偏差。
如果存在电压偏差，需要进行补偿操作。
3. 补偿：根据比较的结果，通过调整某些参数或电路元件的电压，对像素驱动电路进行调整，以使输出电压恢复到期望的水平。
常见的补偿方法包括电流源校准、电容器校准等。
通过侦测和补偿原理，可以实现像素驱动电路的准确驱动，提高液晶显示器的显示效果和稳定性。
贝尔实验室晶体管 原理
贝尔实验室晶体管原理
贝尔实验室晶体管的原理主要是通过控制材料内的电子流，实现对电路的放大和控制。
1947年12月23日，威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿在美国贝尔实验室发现了一种新型半导体器件——晶体管。
他们在实验室中使用了一个硅片和几根金属线制作出了世界上第一个晶体管。
晶体管的基本原理是“放大”，即用小电流去控制大电流。
此外，贝尔实验室在20世纪50年代还推动了数字交换机、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等重大发明，这些都体现了晶体管在电子技术中的重要作用和其背后的物理原理。
第3章习题解答
第3章习题解答习题来源：严国萍，龙占超，通信电子线路，科学出版社，2006年第一版，2009年第五次印刷，P89～P913-1. 解答晶体管低频放大器主要采用混合参数（H参数）等效模型分析方法；而晶体管高频小信号放大器主要采用形式等效电路（Y参数）以及物理模拟等效电路（混合π参数）分析方法。
分析方法的不同，本质原因在于晶体管在高频运用时，它的等效电路不仅包含着一些和频率基本没有关系的电阻，而且还包含着一些与频率有关的电容，这些电容在频率较高时的作用是不能忽略的。
高频小信号放大器不能用特性曲线来分析，这是因为特性曲线是晶体管低频运用时的工作曲线，是不随工作频率变化的；但晶体管在高频运用时，其结电容不可忽略，从而使得晶体管的特性随频率变化而变化。
因此在分析高频小信号时，不可用特性曲线来分析。
3-2. 解答r bb’含义：从晶体管内部结构可知，从基极外部引线b到内部扩散区中某一抽象点b’之间，是一段较长而又薄的N型（或P型）半导体，因掺入杂质很少，因而电导率不高，所以存在一定体积电阻，故在b-b’之间，用集总电阻r bb’表示。
r b’c含义：晶体管内部扩散区某一抽象点b’到集电极c之间的集电结电阻。
r bb’的影响：r bb’的存在，使得输入交流信号产生损失，所以r bb’的值应尽量减小，一般r bb’为15～50Ω。
r b’c的影响：因为集电结为反偏，所以r b’c较大，r b’c一般为10k～10MΩ，特别是硅管，r b’c很大，和放大器负载相比，它的作用往往可以忽略。
3-3. 解答g m是晶体管的跨导，反映晶体管的放大能力，即输入对输出的控制能力。
它和晶体管集电极静态电流（I E ）大小有关。
3-4. 解答因为高频小信号放大器的负载是一个谐振回路，如果阻抗不匹配，会使输出信号幅度减小，而且会失真，为此，必须考虑阻抗匹配的问题。
3-5. 解答小信号放大器主要质量指标有：增益，通频带，选择性，工作稳定性，噪声系数这5个指标。
单结晶体管工作原理
单结晶体管工作原理单结晶体管是一种半导体器件，广泛应用于电子设备中，如放大器、开关、振荡器等。
它是由一块单晶硅制成的，具有高频率、低噪声、低失真等优点，因此在通信、广播、电视等领域得到了广泛应用。
单结晶体管的工作原理主要涉及PN结、电场效应和空间电荷区等方面。
首先，当PN结处于正向偏置状态时，少数载流子（即空穴或电子）将被注入到另一侧，并在电场的作用下形成电流。
其次，当PN结处于反向偏置状态时，电场效应将导致载流子在晶体管中的运动，从而实现对电流的控制。
最后，空间电荷区的形成使得晶体管具有放大、开关等功能。
在实际应用中，单结晶体管的工作原理可以简单地概括为三个步骤，输入信号的注入、电场效应的调控和输出信号的放大。
当输入信号通过基极注入到晶体管中时，会在发射结和集电结之间形成电流。
随着输入信号的变化，电流也会相应地发生变化。
通过控制基极电流，可以改变发射结和集电结之间的电场分布，从而实现对输出信号的放大或调制。
除了放大作用外，单结晶体管还可以作为开关来控制电路的通断。
当基极电流为零时，晶体管处于截止状态，电路中没有电流通过；而当基极电流为正时，晶体管处于饱和状态，电路中允许通过大量电流。
这种开关特性使得单结晶体管在数字电路中得到了广泛应用，例如逻辑门、触发器、计数器等。
总的来说，单结晶体管的工作原理是基于半导体材料的PN结、电场效应和空间电荷区的作用。
通过对输入信号的控制，晶体管可以实现信号的放大、调制和开关等功能，从而在电子设备中发挥着重要的作用。
随着科技的不断发展，单结晶体管的工作原理也在不断完善和深化，为电子技术的发展提供了坚实的基础。
实验三--晶体管共射极单管放大器
实验三 晶体管共射极单管放大器一、实验目的1. 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2. 掌握放大器电压放大倍数A V 、输入电阻R i 、输出电阻R O 及最大不失真输出电压的测试方法。
3. 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验仪的使用方法。
二、实验原理晶体管单级放大电路有三种基本接法，即共射电路、共集电路、共基电路。
三种基本接法的特点分别为：1. 共射电路既能放大电流又能放大电压，输入电阻在三种电路中居中，输出电阻大，频带较窄；常做为低频电压放大电路的单元电路。
2. 共集电路只能放大电流不能放大电压，是三种接法中输入电阻最大、输出电阻最小的电路，具有电压跟随的特点。
常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。
3. 共基电路只能放大电压不能放大电流，输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当，但频率特性是三种接法中最好的电路，常用于宽频带放大器。
放大电路的主要性能指标有：放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带等。
而保证基本放大电路处于线性工作状态（不产生非线性失真）的必要条件是设置合适的静态工作点Q ，Q 点不但影响电路输出是否失真，而且直接影响放大器的动态参数。
本实验所采用的放大电路为电阻分压式工作点稳定的单管放大电路（图3-1）。
它的偏置电路采用R B1和R B2组成分压电路，因此基极电位U B 几乎仅决定于R B1与R B2对V CC 的分压，而与环境温度的变化无关；同时三极管的发射极中接有电阻R E ，它将输出电流I C 的变化引回到输入回路来影响输入量U BE ，以达到稳定静态工作点的目的。
当放大器的输入端加入输入信号u i 后，在放大器的输出端便可以得到一个与u i 相位相反，幅值被放大了的输出信号u O ，从而实现了电压放大。
图3-1电路的静态工作点可用下式估算：CC 2B 1B 1B B R +R R ≈U Ｖ C EBEB E I ≈R U U I －=)R R (I V ≈U E C C CC CE +-而电压放大倍数、输入电阻、输出电阻分别为： beLC V r R //R A β-= be 2B 1B i r //R //R =RC O R ≈R 注意：测量放大器的静态工作点时，应在输入信号u i =0的条件下进行。
3极管三个极的作用
3极管三个极的作用
3极管，又被称为双极型晶体管，是一种半导体电子器件，其最基本的结构由三个区域组成：P型、N型、P型（PNP），或N型、P型、N型（NPN）。
每个区域称为极，因此得名3极管。
3极管的三个极分别是发射极、基极和集电极，其作用各不相同，下文将介绍3极管三个极的工作原理及其作用。
1. 发射极
发射极是3极管的基极与P区接触的那个区域。
当一个极为0.7伏的电压施加在基极上，发射极与基极之间就会形成电子流，也就是电子从发射极拌了基极到达集电极，这个过程叫做放大。
发射极的主要作用是供应电子，控制电流。
2. 基极
基极是3极管的控制极，当一个较小的电流（例如来自微处理器的信号）施加在基极上，就能控制发射极、基极之间电子流的大小。
也就是说，基极的信号可以控制集电极和发射极之间的电流运输。
基极的主要作用是控制电流。
3. 集电极
集电极是3极管的输出极（或耗散）区域，其主要作用是将电子从发射极流向集电极，因此，集电极提供了电
子上的载体或流通的电路路径。
集电极与发射极之间存在一定的电流放大倍数，这就是3极管的主要作用。
综上，3极管的3个极各自承担着不同的任务，合理地控制和运用这些极，可以实现对电流信号的放大、切换、开关等一系列操作。
在现代电子科技中，3极管被广泛应用于电子电路、通讯、军工、航天等领域，成为当今世界必不可缺的重要元件之一。
(完整版)第三章习题解答
第三章双极型三极管基本放大电路3-1 选择填空1.晶体管工作在放大区时，具有如下特点______________。
a. 发射结正偏，集电结反偏。
b. 发射结反偏，集电结正偏。
c. 发射结正偏，集电结正偏。
d. 发射结反偏，集电结反偏。
2．晶体管工作在饱和区时，具有如下特点______________。
a. 发射结正偏，集电结反偏。
b. 发射结反偏，集电结正偏。
c. 发射结正偏，集电结正偏。
d. 发射结反偏，集电结反偏。
3．在共射、共集、共基三种基本组态放大电路中，电压放大倍数小于1的是______组态。
a. 共射b. 共集c. 共基d. 不确定4．对于题3-1图所示放大电路中，当用直流电压表测得U CE ≈V CC 时，有可能是因为______，测得U CE ≈0时，有可能是因为________。
题3-1图ccR La.R B 开路b. R C 开路c. R B 短路d. R B 过小5．对于题3-1图所示放大电路中，当V CC =12V ，R C =2k Ω，集电极电流I C 计算值为1mA 。
用直流电压表测时U CE =8V ，这说明______。
a.电路工作正常b. 三极管工作不正常c. 电容C i 短路d. 电容C o 短路 6.对于题3-1图所示放大电路中，若其他电路参数不变，仅当R B 增大时，U CEQ 将______；若仅当R C 减小时，U CEQ 将______；若仅当R L 增大时，U CEQ 将______；若仅更换一个β较小的三极管时，U CEQ 将______；a.增大b. 减小 c . 不变 d. 不确定 7.对于题3-1图所示放大电路中，输入电压u i 为余弦信号，若输入耦合电容C i 短路，则该电路______。
a.正常放大b. 出现饱和失真c. 出现截止失真d. 不确定 8. 对于NPN 组成的基本共射放大电路，若产生饱和失真，则输出电压_______失真；若产生截止失真，则输出电压_______失真。
电子科技大学《微电子器件》课件PPT(3-1)
3.1 双极结型晶体管基础
PN 结正向电流的来源是多子，所以正向电流很大 ；反向 电流的来源是少子，所以反向电流很小。
如果能用其他方法给反偏 PN 结Байду номын сангаас供大量少子，就能提高 反偏 PN 结的电流。
给反偏 PN 结提供少子的方法之一是在其附近制作一个正偏 PN 结，使正偏 PN 结注入的少子来不及复合就被反偏 PN 结收集 而形成很大的反向电流。反向电流的大小取决于其附近正偏 PN 结偏压的大小。
E
CE
C
P NP
NP N
B
B
E
C
E
C
B
B
均匀基区晶体管：基区掺杂为均匀分布。少子在基区主要 作扩散运动，又称为 扩散晶体管。
缓变基区晶体管：基区掺杂近似为指数分布，少子在基区 主要作漂移运动，又称为 漂移晶体管。
0
NE(x)
N+ P
xje
NB(x) NC
xjc
N
0 xje xjc
x
3.1.2 偏压与工作状态
PN P
通过改变正偏 PN 结的偏压来控制其附近反偏 PN 结的电流 的方法称为 双极晶体管效应 ，由此发明的双极结型晶体管获得 了诺贝尔物理奖。
双极结型晶体管 ( Bipolar Junction Transistor ) 简称为双极 型晶体管，或晶体管。
3.1.1 双极结型晶体管的结构
双极型晶体管有两种基本结构：PNP 型和 NPN 型，其结构 示意图和在电路图中的符号如下
定义：发射结正偏，集电结 零偏 时的 IC 与 IE 之比，称为
共基极直流短路电流放大系数，记为 ，即
IC
VEB 0,VCB 0
实验三-单结晶体管触发电路
实验三 晶闸管触发电路——单结晶体管触发电路一、实验目的：1、 掌握单结晶体管触发电路的工作原理；2、 学会使用示波器测量单结晶体管触发电路的个点电压波形；一、实验仪器设备：1、 ZEC-410型实验台2、 EM-11实验挂箱3、 双踪示波器一台4、 万用表一块、一字型螺丝刀一把（调节RP1用）三、实验原理：单结晶体管触发电路，是利用单结晶体管（双基极二极管）的负阻特性和RC 的充放电特性，构成频率可调的自激振荡电路，如图3-1所示0%R1R2R3R4R5R6D1D2VST1VST2C1V1V2C2T123456T2K GV3RP1图3-1 单结晶体管触发电路由同步变压器T1副边输出的交流同步电压，经D1半波整流，再由稳压管VST1,VST2进行削波，而得到梯形波电压，其过零点与晶闸管阳极电压的过零点一致，梯形波通过R5,V2向电容C2充电，当充电电压达到单结晶体管的峰点电压时，单结晶体管V3导通，从而通过脉冲变压器T2输出脉冲。
同时C2经V3和T2原边放电，由于时间常数很小，U c2很快下降至单结晶体管的谷点电压,V3重新关断，C2再次充电。
每个梯形波周期，V3可能导通，关断多次，但只有第一个输出脉冲起作用。
电容C2的充电时间常数由R7和V2的等效电阻等决定，调节RP1的滑动触点可改变V1的基极电压，使V1,V2都工作在放大区，即等效电阻可由RP1来调节，也就是说一个梯形波周期内的第一个脉冲出现时候（控制角）可由RP1来调节，控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。
四、实验内容及步骤：1、将控制台左上角的交流数字电压表（如图3-2所示）切换到300V档，用专用连接线将图3-2 数字交流电压表（左）及数字交流电流表（右）数字交流电压表接到单、三相可调交流电源输出的“U”孔和“N”孔中，如图3-3所示图3-3 单、三相可调交流电源调节“交流电源输出调节”旋钮，使电压表读数为200V；2、将连接交流电压表的两根连线改接到EM-11挂箱的“同步交流电压输入”端，并打开EM-11挂箱右下角的电源开关，T1原边同步交流电压信号已在内部接好。
第3章双极晶体管
的。
23
3. 缓变基区晶体管的电流放大系数 （1）缓变基区晶体管的自建电场
基区存在着杂质浓度梯度，这将导致空穴向 浓度低的方向扩散，空穴一旦离开，基区中的电 中性将被破坏。为了维持基区的电中性，必然会 在基区中产生一个电场，使空穴做反方向的漂移 运动来抵消空穴的扩散运动。这个为了维持基区 的电中性，而产生的电场称为缓变基区的自建电 场。
对于NPN晶体管，发射效率是注入基区的电子电 流与发射极电流的比值，即有
0
In (X 2 ) IE
对于NPN晶体管，基区输运系数是指到达集电结 的电子电流与注入基区的电子电流的比值，即有
0
In(X3) In(X2)
IC In(X2)
20
因此，可得 0
，
0
和
0
的关系为
0
IC IE
In(X2) IE
In(X3) In(X2)
0
0
所以，可按下面的步骤求解晶体管的电流放大倍数：
第一步 求发射效率；
第二步 求基区输运系数；
第三步 求共基极直流电流放大系数；
第四步 求共射极直流电流放大系数。
21
(1)发射效率
0
1
1 eWb
b Lpe
(2) 基区输运系数
晶体管的直流伏安特性曲线是指晶体管输入 和输出的电流—电压关系曲线。晶体管的三个端， 共有四个参数：输入电流、输入电压、输出电流 和输出电压。可以把任何两个参数之间的关系用 曲线表示出来(以其余两个参数中的一个作为参 变数)得到一族曲线，最常用的是输入特性曲线 和输出特性曲线。
第三章 双极型晶体管及其放大电路
基极开路时，集电极-发射极之间允许施加的最高反向电压，
其值比U (BR)CBO要小一些。
由晶体管的三个极限参数 I CM、PCM 和 U (BR)CEO，可以画出管子 的安全工作区，如图3-8所示。使用中，不允许将工作点设在安 全工作区外。
图 3-7
15
（2）晶体管的极限参数
1) 集电极最大允许电流 I CM
在使用三极管时，I
C
超过
I
时并不一定会使三极管损坏，
CM
但值将逐渐降低。
2) 集电极最大允许功耗 PCM 其大小主要决定于允许的集电结结温。锗管最高允许结温
为 700 C ，硅管可达1500 C ，超过这个值，管子的性能变坏，甚至 烧毁管子。
•
三极管电流放大的实验电路
IB(mA) IC(mA) IE(mA)
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
<0.001 0.70
1.50
2.30
3.10
3.95
<0.001 0.72
1.54
2.36
3.18
4.05
IB
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
IC
<0.001
0.70
1.50
2.30
第3章
双极型晶体管及其放大电路
3.1 双极型晶体管 3.2 基本放大电路的工作原理及其组成 3.3 静态工作点稳定及分压式射极偏置电路 3.4 共发射极电路 3.5 共集电极极放大电路和共基极极放大电路 3.6 多级放大电路 3.7 放大电路的频率响应和阶跃响应 3.8 电流源电路 3.9 应用电路介绍
第五章低噪放（3－1）晶体管模型
fT
=
gm
2π (cπ + cµ )
≈
gm
2πCπ
c
e
5.1.2 场效应管小信号模型
漏源电压
两个工作区---可变电阻区和恒流区(饱和区)---以 vDS 大小划分
1. 可变电阻区
( ) iD
=
β
n
⎡ ⎢⎣
vGS
− VGS (th)
vDS
−
1 2
vD2 S
⎤ ⎥⎦
当 vDS 很小，伏安特性近似为：
夹断点 可变电阻区
第五章 低噪声放大器（LNA）
LNA特点:
{ 1.位于接收机的最前端
噪声越小越好 要求有适当的稳定的增益
{ 小信号线性放大器
2.接收的信号很微弱且变化 线性动态范围大 增益自动控制
3.通过传输线直接和天线或天线滤波器相连 --- 匹配
4.应具有选频功能，抑制带外和镜象频率干扰 ---频带放大器
本章内容：1. 低噪声放大器的性能指标 2. 低噪声放大器的设计
− VGS (th) )2
恒流区特性：
① iD ～ vGS 成平方律关系
② 转移跨导（ vGS对 iD 的控制能力）
gm
=
∂iD ∂v GS
Q = β n (VGSQ − VGS (th) ) =
2βn I DQ
小信号跨导与管子特性及工作点偏置有关
3. 小信号等效电路
输入阻抗呈容性
4. 极限工作频率 fT
由等效电路中的电容引起
fT
=
gm
2π (CgS + Cgd )
≈
gm
2πCgS
反馈引起不稳定 输出电阻较大
晶体管三个电流的关系
晶体管三个电流的关系晶体管是现代电子技术中最重要的元件之一，它被广泛应用于电子设备中，如计算机、手机、电视机等等。
晶体管的三个电流分别是漏电流、基极电流和集电流，它们之间的关系是非常密切的，本文将详细介绍晶体管三个电流的关系。
一、晶体管的基本原理晶体管是一种半导体元件，由三个区域组成：基区、发射区、集电区。
它的工作原理是利用PN结的导电性质，当正向偏置时，电子会从N型半导体流入P型半导体，空穴从P型半导体流入N型半导体，这样就形成了一个电子-空穴对。
当反向偏置时，PN结处的电子和空穴会被阻挡，这时晶体管处于截止状态。
二、晶体管的三个电流晶体管的三个电流分别是漏电流、基极电流和集电流。
1. 漏电流漏电流是指在截止状态下，由于PN结的存在，电子和空穴会在晶体管中产生少量的漏电流。
漏电流的大小与PN结的质量、温度等因素有关，一般情况下，漏电流较小，不会影响晶体管的正常工作。
2. 基极电流基极电流是指在正向偏置时，由于电子从N型半导体流入P型半导体，空穴从P型半导体流入N型半导体，这样就形成了一个电子-空穴对，这些电子和空穴会在PN结处复合，产生少量的基极电流。
基极电流的大小与PN结的面积、电压等因素有关，一般情况下，基极电流较小，不会影响晶体管的正常工作。
3. 集电流集电流是指在正向偏置时，由于电子从N型半导体流入P型半导体，空穴从P型半导体流入N型半导体，这些电子和空穴会在PN结处复合，产生少量的集电流。
集电流的大小与PN结的面积、电压等因素有关，一般情况下，集电流较大，是晶体管正常工作的重要指标。
三、晶体管三个电流的关系晶体管的三个电流之间有着密切的关系，其中最重要的是集电流和基极电流之间的关系。
集电流是通过晶体管的电流，它的大小决定了晶体管的工作状态，而基极电流是控制晶体管的电流，它的大小决定了晶体管的开关状态。
当基极电流增大时，晶体管的集电流也会相应地增大，这是晶体管的放大状态。
当基极电流减小时，晶体管的集电流也会相应地减小，这是晶体管的截止状态。
实验三 负反馈放大电路
实验三 负反馈放大电路一、实验目的1、研究负反馈对放大器性能的影响。
2、掌握反馈放大器性能的测试方法。
二、实验仪器及设备1、双踪示波器。
2、数字万用表。
3、信号发生器4、模拟电子实验挂箱 三、实验原理实验原理图如图3-1，反馈网络由F R 、F C 、ef R 构成，在放大电路中引入了电压串联负反馈。
电压串联负反馈使得放大电路的电压放大倍数的绝对值减小，输入电阻增大，输出电阻减小；负反馈还对放大电路的频率特性产生影响，使得电路的下限频率降低、上限频率升高，起到扩大通频带，改善频响特性的作用。
四、实验内容（一）静态工作点的测试CC V =12V,i V =0时，用直流电压表测量第一级、第二级的静态工作点表3-1说明：计算开环电压放大倍数时，要考虑反馈网络对放大器的负载效应。
对于第一级电路，该负载效应相当于F C 、F R 于1R7并联，由于，所以F C 、F R 的作用可以略去。
对于第二级电路，该负载效应相当于F C 、F R 于1R7串联后作用在输出端，由于1R7<F R ，所以近似看成第二级接有内部负载F C 、F R1、负反馈放大器开环和闭环放大倍数的测试(图3-1电路中晶体管β值为120)(1)开环电路① 按图接线，R先不接入。
F② 输入端接入Vi=lmV f=l kHz的正弦波(注意输入lmV信号采用输入端衰减法即信号源用一个较大的信号。
例如：100mV，在实验板上经100：1衰减电阻降为lmV)。
调整接线和参数使输出不失真且无振荡(注意:如发现有寄生振荡，可采用以下措施消除:a 重新布线，尽可能走线短。
b 可在三极管eb间加几p到几百p的电容。
c 信号源与放大器用屏蔽线连接。
③ 按表3-2要求进行测量并填表。
④ 根据实测值计算开环放大倍数(2)闭环电路R①接通FA。
②按表3-2要求测量并填表，计算ufA≈1/F。
③根据实测结果，验证uf图3-1表3-2L R （KΩ）i V （mV ）o V (mV) u A (uf A )开环∞ 1 1K5 1 闭环∞ 1 1K512、负反馈对失真的改善作用(1) 将图3-1电路开环，逐步加大V i 的幅度，使输出信号出现失真(注意不要过份失真)记录失真波形幅度。
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3.1.3 少子浓度分布与能带图
均匀基区晶体管在 4 种工作状态下的少子分布图 放大状态：
饱和状态：
截止状态：
倒向放大状态：
均匀基区 NPN 晶体管在平衡状态下的能带图
N
P
N
EC EF EV
均匀基区 NPN 晶体管在 4 种工作状态下的能带图
放大状态：
饱和状态：
截止状态：
倒向放大状态：
3.1.4 晶体管的放大作用
J dp N区
J dn
Jr
xp
V
0
xn
以 PNP 管为例。忽略势垒区产生复合电流， 处于放大状态 的晶体管内部的各电流成分如下图所示，
I E I pE I nE , I B I nE I nr , I C I pC I pE I pr I E I nE I nr
加在各 PN 结上的电压为 PNP 管， VEB VE VB , VCB VC VB NPN 管， VBE VB VE , VBC VB VC 根据两个结上电压的正负，晶体管有 4 种工作状态， E结 C结 ＋ － ＋ ＋ － － － ＋ 工 作 状 态 放大状态，用于模拟电路 饱和状态，用于数字电路 截止状态，用于数字电路 倒向放大状态
由此发明的双极结型晶体管获得了诺贝尔物理奖。
美国贝尔实验室发明的世界上第一支锗点接触式双极型晶
体管。随后出现了结型双极型晶体管。
双极结型晶体管 ( Bipolar Junction Transistor) 简称为双极 型晶体管，或晶体管。
3.1.1 双极结型晶体管的结构
双极型晶体管有两种基本结构：PNP 型和 NPN 型，其结构 示意图和在电路图中的符号如下。 E C E C
晶体管放大电路有两种基本类型：共基极接法 与 共发射极
接法 。
IC IE P E NE N NB IB B B E P IC C NC P NC B IB N NB P NE IE E C
为了理解晶体管中的电流变化情况，先复习一下 PN 结中的
正向电流。 P区
J
J dp J dn J r
第 3 章 双极结型晶体管
3.1 双极结型晶体管基础
PN 结正向电流的来源是多子，所以正向电流很大；反向电 流的来源是少子，所以反向电流很小。如果给反偏 PN 结提供大
量少子，就能使反向电流提高。给反偏 PN 结提供少子的方法之
一是在其附近制作一个正偏 PN 结，使正偏 PN 结注入的少子来 不及复合就被反偏 PN 结收集而形成很大的反向电流。反向电流 的大小取决于正偏 PN 结偏压的大小。通过改变正偏 PN 结的偏 压来控制其附近反偏 PN 结的电流的方法称为 双极晶体管效应，
定义：发射结正偏，集电结反偏时的 IC 与 IB 之比，称为
共发射极静态电流放大系数，记为 hFE ，即：
IC hFE IB
VEB 0,VCB 0
α 与 hFB以及 β 与 hFE 在数值上几乎没有什么区别，但是若 采用 α 与 β 的定义，则无论对 α 与 β 本身的推导还是对晶体管 直流电流电压方程的推导，都要更方便一些，所以本书只讨论
α与β。
根据晶体管端电流之间的关系：IB = IE - I C ，及 α 与 β 的
定义，可得 α 与 β 之间的关系为
IC IC IE IB IE IC IE 1
1
对于一般的晶体管，α = 0.950 ~ 0.995 ，β = 20 ~ 200 。
P
N B
P
N B
P
N
E B
C
E B
C
均匀基区晶体管：基区掺杂为均匀分布。少子在基区主要
作扩散运动，又称为 扩散晶体管。
缓变基区晶体管：基区掺杂近似为指数分布，少子在基区
主要作漂移运动，又称为 漂移晶体管。
N+ P N
0
NE(x) NB(x) NC
xje
xjc
0 xje xjc
x
3.1.2 偏压与工作状态
除了上面两种直流电流放大系数外，还有 直流小信号电流
放大系数（也称为 增量电流放大系数）和 高频小信号电流放大
系数。直流小信号电流放大系数的定义是
dI C 0 dI E
VEB 0,VCB 0
dI C 0 dI B
VEB 0,VCB 0
定义：发射结正偏，集电结反偏时的 IC 与 IE 之比，称为
共基极静态电流放大系数，记为 hFB ，即：
IC hFB IE
VEB 0,VCB 0
定义：发射结正偏，集电结零偏时的 IC 与 IB 之比，称为
共发射极直流短路电
VEB 0,VCB 0
从 IE 到 IC ，发生了两部分亏损：InE 与 Inr 。
要减小 InE ，就应使 NE >> NB ；
要减小 Inr ，就应使 WB << LB 。
定义：发射结正偏，集电结零偏时的 IC 与 IE 之比，称为
共基极直流短路电流放大系数，记为 ，即：
IC IE
VEB 0,VCB 0