模拟电路 第二章（三极管及其放大电路）【上】

一、BJT（三极管）

1、BJT的结构简介

（1）半导体三极管（Bipolar Junction Transistor: BJT）是指通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件。

（2）两种类型BJT的结构示意图如下所示。BJT结构上的特点是基区很薄、掺杂浓度很低，发射区比集电区的掺杂浓度高，集电区的面积比发射区大。

（3）两种类型BJT的电路符号：

2、放大状态下BJT的工作原理

（1）根据发射结和集电结所受的偏压不同，BJT有四种工作状态：

（2）以NPN管为例，说明放大状态下BJT中载流子的传输过程（对于PNP管，仅仅是两者偏压的极性、电流的方向相反，其余内容基本一样）：

①发射区向基区扩散载流子，形成发射极电流。

②载流子在基区扩散与复合，形成复合电流。

③集电区收集载流子，形成集电极电流。

（3）BJT的电流分配关系：

（4）BJT有三个电极，在放大电路中可有三种连接方式——共基极、共发射极（简称共射极）和共集电极，即分别把基极、发射极、集电极作为输入和输出端口的共同端。

（5）BJT管的放大作用举例：

（6）综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：

①内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。

②外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。

3、BJT的伏安特性曲线（以共射极放大电路为例）

（1）输入特性曲线：

（2）输出特性曲线：

4、BJT的主要参数

（1）电流放大系数：

（2）极间反向电流：

①集电极基极间反向饱和电流：发射极开路时，集电结的反向饱和电流。

②集电极发射极间的反向饱和电流：。

（3）极限参数：

①反向击穿电压：

[1]：发射极开路时的集电结反向击穿电压。

[2]：基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。

[3]：集电极开路时发射结的反向击穿电压。

②集电极最大允许电流——。

③集电极最大允许功率损耗——。

5、温度对BJT参数及特性的影响

（1）温度对BJT参数的影响：

①温度对的影响：温度每升高10℃，约增加一倍。

②温度对β" role="presentation">β$\beta$的影响：温度每升高1℃，β" role="presentation">β$\beta$值约增大0.5%~1%。

（2）温度对BJT特性曲线的影响：

①对输入特性的影响：温度升高时，BJT共射极连接的输入特性曲线将向左移动，温度每升高1℃，减小2mv~2.5mV。

②对输出特性的影响：温度升高时，BJT的、、β" role="presentation">β$\beta$都增大，结果导致BJT的输出特性曲线向上移动，而且各条曲线间的距离加大。

二、基本共射极放大电路

1、基本共射极放大电路的组成

        下图是基本共射极放大电路的原理图，其中BJT是核心元件，起放大作用。

        直流电源通过电阻给BJT的发射结提供正偏电压，并产生基极直流电流（常称为偏流，而提供偏流的电路称为偏置电路）。直流电源通过电阻，并与和配合，给集电结提供反偏电压，使BJT工作于放大状态。电阻的另一个作用是将集电极电流的变化转换为电压的变化，再送到放大电路的输出端。

        是待放大的时变输入信号，加在基极与发射极间的输入回路中，输出信号从集电极-发射极间取出（），发射极是输入回路与输出回路的共同端（称为“地”），所以称为共发射极放大电路。

2、基本共射极放大电路的工作原理

（1）静态（直流工作状态）：

        输入信号时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态，此时电路中的电压、电流都是直流量。

        静态时，BJT各电极的直流电流及各电极间的直流电压分别用、、、表示，这些电流、电压的数值可用BJT特性曲线上的一个确定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q，因此常将上述四个电量写成、、、。

        在放大电路中设置静态工作点是必不可少的，因为放大电路的作用是将微弱的输入信号进行不失真地放大，为此电路中的BJT必须始终工作在放大区域。如果没有直流电压和电流，如设，当输入电压的幅值小于发射结的门坎电压时，则在输入信号的整个周期内BJT始终是截止的，因而输出电压没有变化量，即使输入电压幅值足够大，BJT也只能在输入信号正半周大于的时间内导通，这必然使输出电压出现严重失真，所以必须要给放大电路设置合适的静态工作点。

        静态工作点可以由放大电路的直流通路（直流电流流通的路径）用近似计算法求得，具体步骤如下：

        ①令输入信号，画出放大电路的直流通路（电感视为短路，电容视为断路），标出各支路电流。

        ②使用基尔霍夫定律，由基级-发射极回路求。（常被认为是已知量，硅管约为0.6~0.7V，锗管约为0.2~0.3V）

        ③由BJT的电流分配关系求得

        ④由集电极-发射极回路求。

（2）动态：

        输入正弦信号后，电路将处在动态工作情况，此时BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。

        基极-发射极间的电压，是在发射结上产生的交流电压。当的幅值小于，且使发射结上所加正向电压仍然大于时，随的变化必然导致受其控制的基极电流、集电极电流产生相应变化，即、，其中是交流电流。与此同时，集电极-发射极间的电压也将发生变化，。

        需要说明的是，在的正半周，、、都将在静态值的基础上增加，电阻上的电压降也在增加，因此，电压在静态的基础上将减小，而在的负半周情况则相反，于是和是反相的。

        将用适当方式取出来，作为该放大电路的输出电压。只要选择合适的电路参数，就可以使输出电压的幅度比输入电压的幅度大得多，实现电压放大作用。

        如果只分析放大电路的交流参数，一般要画出交流通路（交流电流流通的路径）。画交流通路的原则是：

        ①对交流信号，电路中内阻很小的直流电压源可视为短路，内阻很大的电流源或恒流源可视为开路。

        ②对一定频率范围内的交流信号，容量较大的电容可视为短路。

（3）只要在电路中设置合适的静态工作点，并在输入回路加上一个能量较小的信号，利用发射结正向电压对各极电流的控制作用，就能将直流电源提供的能量，按输入信号的变化规律转换为所需要的形式供给负载。因此，放大作用实质上是放大器件的控制作用，放大器是一种能量控制部件。

3、放大电路静态工作点的稳定问题

（1）温度对静态工作点的影响：

（2）基极分压式射极偏置电路：

①基极分压式射极偏置电路的完整电路图如下所示。

②基极分压式射极偏置电路稳定工作点的原理：

③Q点的估算：

三、放大电路模型及主要性能指标

1、放大器的符号

（1）如下图所示，A所标识的器件即放大器的符号。

（2）下图虚线框内的是放大器的简化表示方法。

2、放大器的主要性能指标

（1）输入电阻：

        

（2）输出电阻：

（3）增益：反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力。（计算增益时，所使用的电流量和电压量均有正负之分，这也意味着增益的值可能为负，但是增益为负仅代表输入输出的方向不同，而增益的大小仅取决于增益的绝对值）

3、两个放大电路模型

（1）电压放大模型：

（2）电流放大模型：