晶体三极管可以组成三种基本放大电路，如图5-38所示。的三种放大电路外图（a)是共发射极电路，信号从基极发射极输人，从集电极发射极输出，发射极是公共端。这是最常用的放大电路，图（b)是共基极电路，信号从发射极基极输入，从集电极基极输出，基极是公共端。图（c）是共集电极电路，信号从基极集电极输人，从发射极集电极输出，集电极是公共端。必须指出，电源对交流信号来说可以看成短路，三种电路的比较见表5-23.
详细讲解MOSFET管驱动电路
在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。
下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结，其中参考了一些资料，非全部原创。包括MOS管的介绍，特性，驱动以及应用电路。
1，MOS管种类和结构
MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。
至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。
对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电
阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。下面的介绍中，也多以NMOS为主。
MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。
在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。
2，MOS管导通特性
导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。
NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC 时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。
3，MOS开关管损失
不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。
MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。
导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。
4，MOS管驱动
跟双极性晶体管相比，一般认为使MOS管导通不需要电流，只要GS电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。
在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
第二注意的是，普遍用于高端驱动的NMOS，导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压（VCC）相同，所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里，要得到比VCC大的电压，就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动MOS管。
上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压，设计时当然需要有一定的余量。而且电压越高，导通速度越快，导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里，但在12V汽车电子系统里，一般4V导通就够用了。
MOS管的驱动电路及其损失，可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。讲述得很详细，所以不打算多写了。
5，MOS管应用电路
MOS管最显著的特性是开关特性好，所以被广泛应用在需要电子开关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光。
现在的MOS驱动，有几个特别的需求，
1，低压应用
当使用5V电源，这时候如果使用传统的图腾柱结构，由于三极管的be有0.7V左右的压降，导致实际最终加在gate上的电压只有4.3V。这时候，我们选用标称gate电压4.5V的MOS管就存在一定的风险。
同样的问题也发生在使用3V或者其他低压电源的场合。
2，宽电压应用
输入电压并不是一个固定值，它会随着时间或者其他因素而变动。这个变动导致PWM电路提供给MOS管的驱动电压是不稳定的。
为了让MOS管在高gate电压下安全，很多MOS管内臵了稳压管强行限制gate电压的幅值。在这种情况下，当提供的驱动电压超过稳压管的电压，就会引起较大的静态功耗。
同时，如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压，就会出现输入电压比较高的时候，MOS管工作良好，而输入电压降低的时候gate电压不足，引起导通不够彻底，从而增加功耗。
3，双电压应用
在一些控制电路中，逻辑部分使用典型的5V或者3.3V数字电压，而功率部分使用12V甚至更高的电压。两个电压采用共地方式连接。
这就提出一个要求，需要使用一个电路，让低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管，同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2中提到的问题。
在这三种情况下，图腾柱结构无法满足输出要求，而很多现成的MOS驱动IC，似乎也没有包含gate电压限制的结构。
于是我设计了一个相对通用的电路来满足这三种需求。
电路图如下：
图1 用于NMOS的驱动电路
图2 用于PMOS的驱动电路
这里我只针对NMOS驱动电路做一个简单分析：
Vl和Vh分别是低端和高端的电源，两个电压可以是相同的，但是Vl不应该超过Vh。
Q1和Q2组成了一个反臵的图腾柱，用来实现隔离，同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。
R2和R3提供了PWM电压基准，通过改变这个基准，可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位臵。
Q3和Q4用来提供驱动电流，由于导通的时候，Q3和Q4相对Vh 和GND最低都只有一个Vce的压降，这个压降通常只有0.3V左右，大大低于0.7V的Vce。
R5和R6是反馈电阻，用于对gate电压进行采样，采样后的电压通过Q5对Q1和Q2的基极产生一个强烈的负反馈，从而把gate电压限制在一个有限的数值。这个数值可以通过R5和R6来调节。
最后，R1提供了对Q3和Q4的基极电流限制，R4提供了对MOS 管的gate电流限制，也就是Q3和Q4的Ice的限制。必要的时候可以在R4上面并联加速电容。
这个电路提供了如下的特性：
1，用低端电压和PWM驱动高端MOS管。
2，用小幅度的PWM信号驱动高gate电压需求的MOS管。
3，gate电压的峰值限制
4，输入和输出的电流限制
5，通过使用合适的电阻，可以达到很低的功耗。
6，PWM信号反相。NMOS并不需要这个特性，可以通过前臵一个反相器来解决。
在设计便携式设备和无线产品时，提高产品性能、延长电池工作时间是设计人员需要面对的两个问题。DC-DC转换器具有效率高、输出电流大、静态电流小等优点，非常适用于为便携式设备供电。目前DC-DC转换器设计技术发展主要趋势有：（1）高频化技术：随着开关频率的提高，开关变换器的体积也随之减小，功率密度也得到大幅提升，动态响应得到改善。小功率DC-DC转换器的开关频率将上升到兆赫级。（2）低输出电压技术：随着半导体制造技术的不断发展，微处理器和便携式电子设备的工作电压越来越低，这就要求未来的DC-DC变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的要求。
这些技术的发展对电源芯片电路的设计提出了更高的要求。首先，随着开关频率的不断提高，对于开关元件的性能提出了很高的要求，同时必须具有相应的开关元件驱动电路以保证开关元件在高达兆
赫级的开关频率下正常工作。其次，对于电池供电的便携式电子设备来说，电路的工作电压低（以锂电池为例，工作电压2.5～3.6V），因此，电源芯片的工作电压较低。
MOS管具有很低的导通电阻，消耗能量较低，在目前流行的高效DC－DC芯片中多采用MOS管作为功率开关。但是由于MOS管的寄生电容大，一般情况下NMOS开关管的栅极电容高达几十皮法。这对于设计高工作频率DC－DC转换器开关管驱动电路的设计提出了更高的要求。
在低电压ULSI设计中有多种CMOS、BiCMOS采用自举升压结构的逻辑电路和作为大容性负载的驱动电路。这些电路能够在低于1V 电压供电条件下正常工作，并且能够在负载电容1～2pF的条件下工作频率能够达到几十兆甚至上百兆赫兹。本文正是采用了自举升压电路，设计了一种具有大负载电容驱动能力的，适合于低电压、高开关频率升压型DC－DC转换器的驱动电路。电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计并经过Hspice仿真验证，在供电电压1.5V ，负载电容为60pF时，工作频率能够达到5MHz以上。
自举升压电路
自举升压电路的原理图如图1所示。所谓的自举升压原理就是，在输入端IN输入一个方波信号，利用电容Cboot将A点电压抬升至高于VDD的电平，这样就可以在B端输出一个与输入信号反相，且高电平高于VDD的方波信号。具体工作原理如下
。
当VIN为高电平时，NMOS管N1导通，PMOS管P1截止，C点电位为低电平。同时N2导通，P2的栅极电位为低电平，则P2导通。这就使得此时A点电位约为VDD，电容Cboot两端电压UC≈VDD。由于N3导通，P4截止，所以B点的电位为低电平。这段时间称为预充电周期。
当VIN变为低电平时，NMOS管N1截止，PMOS管P1导通，C点电位为高电平，约为VDD。同时N2、N3截止，P3导通。这使得P2的栅极电位升高，P2截止。此时A点电位等于C点电位加上电容Cboot
两端电压，约为2VDD。而且P4导通，因此B点输出高电平，且高于VDD。这段时间称为自举升压周期。
实际上，B点电位与负载电容和电容Cboot的大小有关，可以根据设计需要调整。具体关系将在介绍电路具体设计时详细讨论。在图2中给出了输入端IN电位与A、B两点电位关系的示意图。
驱动电路结构
图3中给出了驱动电路的电路图。驱动电路采用Totem输出结构设计，上拉驱动管为NMOS管N4、晶体管Q1和PMOS管P5。下拉驱动管为NMOS管N5。图中CL为负载电容，Cpar为B点的寄生电容。虚线框内的电路为自举升压电路。
本驱动电路的设计思想是，利用自举升压结构将上拉驱动管N4的栅极（B点）电位抬升，使得UB>VDD+VTH ，则NMOS管N4工作在线性区，使得VDSN4 大大减小，最终可以实现驱动输出高电平达到VDD。而在输出低电平时，下拉驱动管本身就工作在线性区，可以保证输出低电平位GND。因此无需增加自举电路也能达到设计要求。
考虑到此驱动电路应用于升压型DC－DC转换器的开关管驱动，负载电容CL很大，一般能达到几十皮法，还需要进一步增加输出电流能力，因此增加了晶体管Q1作为上拉驱动管。这样在输入端由高电平变为低电平时，Q1导通，由N4、Q1同时提供电流，OUT端电位迅速上升，当OUT端电位上升到VDD－VBE时，Q1截止，N4继续提供电流对负载电容充电，直到OUT端电压达到VDD。
在OUT端为高电平期间，A点电位会由于电容Cboot 上的电荷泄漏等原因而下降。这会使得B点电位下降，N4的导通性下降。同时由于同样的原因，OUT端电位也会有所下降，使输出高电平不能保持在VDD。为了防止这种现象的出现，又增加了PMOS管P5作为上拉驱动管，用来补充OUT端CL的泄漏电荷，维持OUT端在整个导通周期内为高电平。
驱动电路的传输特性瞬态响应在图4中给出。其中（a）为上升沿瞬态响应，（b）为下降沿瞬态响应。从图4中可以看出，驱动电路上升沿明显分为了三个部分，分别对应三个上拉驱动管起主导作用的时期。1阶段为Q1、N4共同作用，输出电压迅速抬升，2阶段为N4起主导作，使输出电平达到VDD，3阶段为P5起主导作用，维持输出高电平为VDD。而且还可以缩短上升时间，下降时间满足工作频率在兆赫兹级以上的要求。
需要注意的问题及仿真结果
电容Cboot的大小的确定
Cboot的最小值可以按照以下方法确定。在预充电周期内，电容Cboot 上的电荷为VDDCboot 。在A点的寄生电容（计为CA）上的电荷为VDDCA。因此在预充电周期内，A点的总电荷为
Q_{A1}=V_{DD}C_{boot}+V_{DD}C_{A} （1）
B点电位为GND，因此在B点的寄生电容Cpar上的电荷为0。
在自举升压周期，为了使OUT端电压达到VDD，B点电位最低为VB＝VDD+Vthn。因此在B点的寄生电容Cpar上的电荷为
Q_{B}=(V_{DD}+V_{thn})Cpar （2）
忽略MOS管P4源漏两端压降，此时Cboot上的电荷为VthnCboot ，A点寄生电容CA的电荷为（VDD+Vthn）CA。A点的总电荷为
QA2=V_{thn}C_{BOOT}+(V_{DD}+V_{thn})C_{A} （3）
同时根据电荷守恒又有
Q_{B}=Q_{A}-Q_{A2} （4）
综合式（1）～（4）可得
C_{boot}=\frac{V_{DD}+V_{thn}}{v_{DD}-v_{thn}}Cpar+\fr ac{v_{thn}}{v_{DD}-v_{thn}}C_{A}=\frac{V_{B}}{v_{DD}-v_{thn }}Cpar+\frac{V_{thn}}{v_{DD}-v_{thn}}C_{A} （5）
从式（5）中可以看出，Cboot随输入电压变小而变大，并且随B点电压VB变大而变大。而B点电压直接影响N4的导通电阻，也就影响驱动电路的上升时间。因此在实际设计时，Cboot的取值要大于式（5）的计算结果，这样可以提高B点电压，降低N4导通电阻，减小驱动电路的上升时间。
P2、P4的尺寸问题
将公式（5）重新整理后得：
V_{B}=({V_{DD}-V_{thn})\frac{C_{boot}}{Cpar}-V_{thn}\f rac{C_{A}}{Cpar} （6）
从式（6）中可以看出在自举升压周期内， A、B两点的寄生电容使得B点电位降低。在实际设计时为了得到合适的B点电位，除了增加Cboot大小外，要尽量减小A、B两点的寄生电容。在设计时，预充电PMOS管P2的尺寸尽可能的取小，以减小寄生电容CA。而对
于B点的寄生电容Cpar来说，主要是上拉驱动管N4的栅极寄生电容，MOS管P4、N3的源漏极寄生电容只占一小部分。我们在前面的分析中忽略了P4的源漏电压，因此设计时就要尽量的加大P4的宽长比，使其在自举升压周期内的源漏电压很小可以忽略。但是P4的尺寸以不能太大，要保证P4的源极寄生电容远远小于上拉驱动管N4的栅极寄生电容。
阱电位问题
如图3所示，PMOS器件P2、P3、P4的N-well连接到了自举升压节点A上。这样做的目的是，在自举升压周期内，防止他们的源/漏--阱结导通。而且这还可以防止在源/漏--阱正偏时产生由寄生SRC 引起的闩锁现象。
上拉驱动管N4的阱偏臵电位要接到它的源极，最好不要直接接地。这样做的目的是消除衬底偏臵效应对N4的影响。
Hspice仿真验证结果
驱动电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计并经过Hspice 仿真验证。在表1中给出了电路在不同工作电压、不同负载条件下的上升时间tr和下降时间tf 的仿真结果。在图5中给了电路工作在输入电压1.5V、工作频率为5MHz、负载电容60pF条件下的输出波形。
结合表1和图5可以看出，此驱动电路能够在工作电压为1.5V，工作频率为5MHz，并且负载电容高达60pF的条件下正常工作。它可以应用于低电压、高工作频率的DC－DC转换器中作为开关管的驱动电路。
结论
本文采用自举升压电路，设计了一种BiCMOS Totem结构的驱动电路。该电路基于Samsung AHP615 BiCMOS工艺设计，可在1.5V电压供电条件下正常工作，而且在负载电容为60pF的条件下，工作频率可达5MHz以上。
详解经典三极管基本放大电路 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP 两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 图1：三极管基本放大电路 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。
课题第一章晶体=极管和场效晶体管 2.1.1—2.1.3三极管的基本特性 课型 新课 投课班级17机电授课时数2课时 教学目标 1.掌握三极管的结构、分类和符号 2.理解三极管的工作电压和基本连接方式 3.理解三极管电流的分配和放大作用、掌握电流的放大作用 教学重点三极管结构、分类、电流分配和放大作用教学难点电流分配和放大作用 学情分析学生已经了解了PN结及特性学生已熟练掌握晶体二极管的基本特性 教学方法讲授法、引导法、图示法、对比法、多媒体演示法 教后记 通过对本次课的学习，学生了解了三极管的基本特性，了解三极管中的PN结与二极皆中PN结的区别，同时掌握了三极管的基本连接方式和放大倍数的讣算方法，并能进行实际应用，利用査表法说出三极管的型号
A.引入 在电子线路中，经常用的基本器件除二极管外，还有三引脚的三极管。B?新授课 2.1,1三极管的结构、分类和符号 一、晶体三极管的基本结构 1?观察外形 2.三极管的结构图 （1〉发射区掺杂浓度较大，以利于发射区向基区发肘载流子。（2）基区很薄，掺杂少，载流子易于通过。 <3）集电区比发射区体枳大且掺杂少，收集载流子。 注意：三极管并不是两个PN结的简单组合，不能用两个二极管代替。 二、图形符号 a. NPN 型 三.分类 1?内部三个区的半导体分类：NPN型、PNP型 2.工作频率分类：低频管和高频管 3.以半导体材料分：错、硅 2.1.2三极管的工作电压和基本连接方式 一、三极管的工作电压 1?三极笛工作时，发射结加正向电压?集电结加反向电压。 2?偏置电压：基极与发射极之间的电压。 二.三极管在电路中的基本连接方式 1?共发射极接法（讲解） 三极：发射极、 两结：发射结、基极、集电极 集电结 基区、集电区 （引导： 比较两种符 号，箭头说 明发射结导 通的方向） C b V e b. PNP 型 集 C电 极 集 C电 极 b V
三极管放大电路原理 一、放大电路的组成与各元件的作用 Rb和Rc：提供适合偏置--发射结正偏，集电结反偏。C1、C2是隔直(耦合)电容，隔直流通交流。 共射放大电路 Vs ，Rs：信号源电压与内阻； RL：负载电阻，将集电极电流的变化△ic转换为集电极与发射极间的电压变化△VCE 二、放大电路的基本工作原理 静态(Vi=0,假设工作在放大状态) 分析，又称直流分析，计算三极管的电流和极间电压
值，应采用直流通路(电容开路)。 基极电流：IB=IBQ=(VCC-VBEQ)/Rb 集电极电流：IC=ICQ=βIBQ 集-射间电压：VCE=VCEQ=VCC-ICQRc 动态(vi≠0)分析： ，， ， ， 其中。
放大电路对信号的放大作用是利用三极管的电流控制作用来实现，其实质上是一种能量转换器。 三、构成放大电路的基本原则 放大电路必须有合适的静态工作点：直流电源的极性与三极管的类型相配合，电阻的设置要与电源相配合，以确保器件工作在放大区。输入信号能有效地加到放大器件的输入端，使三极管输入端的电流或电压跟随输入信号成比例变化，经三极管放大后的输出信号(如ic =β*ib)应能有效地转变为负载上的输出电压信号。 电压传输特性和静态工作点 一、单管放大电路的电压传输特性 图解分析法：
输出回路方程： 输出特性曲线：
AB段：截止区，对应于输出特性曲线中iB＜0的部分。 BCDEFG段：放大区 GHI段：饱和区 作为放大应用时：Q点应置于E处(放大区中心)。若Q点设置C处，易引起载止失真。若Q 点设置F处，易引起饱和失真。 用于开关控制场合：工作在截止区和饱和区上。 二、单管放大电路静态工作点(公式法计算) 单电源固定偏置电路：选择合适的Rb，Rc，使电路工作在放大状态。 工作点稳定的偏置电路：该方法为近似估算法。
三极管的工作原理集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#
项目一三极管的工作原理 三极管，全称应为半导体三极管，也称晶体管、晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号，也用作无触点开关。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。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN 和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。下图是各种常用三极管的实物图和符号。 一、三极管的电流放大作用 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 二、三极管的偏置电路 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取）。当基极与发射极之间的电压小于时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于时，基极电流都是0）。如果我们事先在三极管的基 极上加上一个 合适的电流 （叫做偏置电 流，上图中那 个电阻Rb就 是用来提供这 个电流的，所 以它被叫做基 极偏置电 阻），那么当 一个小信号跟 这个偏置电流 叠加在一起 时，小信号就
第四章晶体二极管与晶体三极管 本章概述：晶体管是采用半导体晶体材料（如硅、锗、砷化镓等）制成的，在 电子产品中应用十分广泛。本章从二、三极管的型号、分类、外形识别及检测等多个方面，对常用二、三极管进行了较为详细和系统的讲解。 第一节晶体二极管和晶体三极管的型号命名方法 一、中华人民共和国国家标准（GB249-74） 国标（GB249-74）半导体器件型号命名由五部分组成，见表4-1。 表4-1 国标半导体器件型号命名方法
例如：锗PNP高频小功率管为3AG11C，即 ３（三极管）Ａ（PNP型锗材料）Ｇ（高频小功率管）１１（序号）Ｃ（规格号）二、美国电子半导体协会半导体器件型号命名法 表4-2 美国电子半导体协会半导体器件型号命名法 三、日本半导体器件型号命名方法 表4-3 日本半导体器件型号命名方法 第二节半导体器件的外形识别
一、晶体二极管的外形识别 1.晶体二极管的结构与特性 定义：晶体二极管由一个PN结加上引出线和管壳构成。所以，二极管实际就是一个PN结。电路图中文字表示符号为用V表示。 基本结构：PN结加上管壳和引线，就成为了半导体二极管。 图4-1 二极管的结构和电路符号 二极管最主要的特性是单向导电性，其伏安特性曲线如图4-2所示。 1）正向特性 当加在二极管两端的正向电压（P为正、N为负）很小时（锗管小于0.1伏，硅管小于0.5伏），管子不导通，处于“截止”状态，当正向电压超过一定数值后，管子才导通，电压再稍微增大，电流急剧暗加（见曲线I段）。不同材料的二极管，起始电压不同，硅管为0.5-0.7伏左右，锗管为0.1-0.3左右。
测判三极管的口诀 三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速掌握测判方法，笔者总结出四句口诀：三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准， 动嘴巴。’下面让我们逐句进行解释吧。 一、三颠倒，找基极 大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分 为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，图1是它们的电路符号和等效电路。 测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R X100或RX1k挡位。图2绘出了万用电表 欧姆挡的等效电路。由图可见，红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。 假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试 的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极（如这两个电极为1、2）,用万用 电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基 极（参看图1、图2不难理解它的道理）。 二、PN结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的 导电类型（图1）。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被 测管即为PNP型。 三、顺箭头，偏转大 找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c,哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透 电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。 （1）对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路如图3所示。根据这个原理，用万用电表的 黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转 角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔TC 极~b极极T红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致（顺箭头”，）所以此 时黑表笔所接的一定是集电极c,红表笔所接的一定是发射极e。
三极管工作原理分析，精辟、透彻，看后你就懂 随着科学技的发展，电子技术的应用几乎渗透到了人们生产生活的方方面面。晶体三极管作为电子技术中一个最为基本的常用器件，其原理对于学习电子技术的人自然应该是一个重点。三极管原理的关键是要说明以下三点: 1、集电结为何会发生反偏导通并产生Ic，这看起来与二极管原理强调的PN结单向导电性相矛盾。 2、放大状态下集电极电流Ic为什么会只受控于电流Ib而与电压无关；即：Ic与Ib之间为什么存在着一个固定的放大倍数关系。虽然基区较薄，但只要Ib为零，则Ic即为零。 3、饱和状态下，Vc电位很弱的情况下，仍然会有反向大电流Ic 的产生。 很多教科书对于这部分内容，在讲解方法上处理得并不适当。特别是针对初、中级学者的普及性教科书，大多采用了回避的方法，只给出结论却不讲原因。即使专业性很强的教科书，采用的讲解方法大多也存在有很值得商榷的问题。这些问题集中表现在讲解方法的切入角度不恰当，使讲解内容前后矛盾，甚至造成讲还不如不讲的效果，使初学者看后容易产生一头雾水的感觉。笔者根据多年的总结思考与教学实践，对于这部分内容摸索出了一个适合于自己教学的新讲解方法，并通过具体的教学实践收到了一定效果。虽然新的讲解方法肯定会有所欠缺，但本人还
是怀着与同行共同探讨的愿望不揣冒昧把它写出来，以期能通过同行朋友的批评指正来加以完善。 一、传统讲法及问题： 传统讲法一般分三步，以NPN型为例（以下所有讨论皆以NPN型硅管为例），如示意图A。1.发射区向基区注入电子；2.电子在基区的扩散与复合；3.集电区收集由基区扩散过来的电子。”（注1） 问题1：这种讲解方法在第3步中，讲解集电极电流Ic的形成原因时，不是着重地从载流子的性质方面说明集电结的反偏导通，从而产生了Ic，而是不恰当地侧重强调了Vc的高电位作用，同时又强调基区的薄。这种强调很容易使人产生误解。以为只要Vc足够大基区足够薄，集电结就可以反向导通，PN结的单向导电性就会失效。其实这正好与三极管的电流放大原理相矛盾。三极管的电流放大原理恰恰要求在放大状态下Ic与Vc在数量上必须无关，Ic只能受控于Ib。
三极管的工作原理（转载） 三极管的工作原理 对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流去控制大电流。 放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。 所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。 如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。 在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。 如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。 饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。 在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。 而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。 结构与操作原理
三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面，如图1所示，可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为射极（emitter, E）、基极（base, B）和集 极（collector, C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出 npn与pnp三极管的电路符号，射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体， 和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中 性的p型区和n型区隔开。 图1 pnp(a)与npn(b)三极管的结构示意图与电路符号。 三极管的电特性和两个pn接面的偏压有关，工作区间也依偏压方式来分类，这里 我们先讨论最常用的所谓”正向活性区”(forward active)，在此区EB极间的pn接 面维持在正向偏压，而BC极间的pn接面则在反向偏压，通常用作放大器的三极管 都以此方式偏压。图2(a)为一pnp三极管在此偏压区的示意图。 EB接面的空乏 区由于在正向偏压会变窄，载体看到的位障变小，射极的电洞会注入到基极，基 极的电子也会注入到射极；而BC接面的耗尽区则会变宽，载体看到的位障变大， 故本身是不导通的。图2(b)画的是没外加偏压，和偏压在正向活性区两种情形 下，电洞和电子的电位能的分布图。 三极管和两个反向相接的pn二极管有什么差别呢？其间最大的不同部分就在 于三极管的两个接面相当接近。以上述之偏压在正向活性区之pnp三极管为例， 射极的电洞注入基极的n型中性区，马上被多数载体电子包围遮蔽，然后朝集电极 方向扩散，同时也被电子复合。当没有被复合的电洞到达BC接面的耗尽区时， 会被此区内的电场加速扫入集电极，电洞在集电极中为多数载体，很快藉由漂移电流 到达连结外部的欧姆接点，形成集电极电流IC。 IC的大小和BC间反向偏压的大小 关系不大。基极外部仅需提供与注入电洞复合部分的电子流IBrec，与由基极注入 射极的电子流InB? E（这部分是三极管作用不需要的部分）。 InB? E在射极与与电 洞复合，即InB? E=I Erec。pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类可以清楚地 在图3(a)中看出。
通俗易懂的三极管工作原理 1、晶体三极管简介。晶体三极管是p 型和n 型半导体的有机结合，两个pn 结之间的相 互影响，使pn 结的功能发生了质的飞跃，具有电流放大作用。晶体三极管按结构粗分有npn 型和pnp 型两种类型。如图2-17所示。（用Q 、VT 、PQ 表示） 三极管之所以具有电流放大作用，首先，制造工艺上的两个特点：(1)基区的宽度做的非常薄；(2)发射区掺杂浓度高，即发射区与集电区相比具有杂质浓度高出数百倍。 2、晶体三极管的工作原理。 其次，三极管工作必 要条件是(a)在B 极和 E 极之间施加正向电 压(此电压的大小不能 超过1V)；（b ）在C 极 和E 极之间施加反向 电压（此电压应比eb 间电压较高）；（c ）若 要取得输出必须施加 负载。 图2-17 三极管的构造示意图 最后，当三极管满足必要的工作条件后，其工作原理如下： (1) 基极有电流流动时。由于B 极和E 极之间有正向电压，所以电子从发射极向基极移动，又因为C 极和E 极间施加了反向电压，因此，从发射极向基极移动的电子，在高电压的作用下，通过基极进入集电极。于是，在基极所加的正电压的作用下，发射极的大量电子被输送到集电极，产生很大的集电极电流。 （2）基极无电流流动时。在B 极和E 极之间不能施加电压的状态时，由于C 极和E 极 间施加了反向电压，所以集电极的 电子受电源正电压吸引而在C 极和E 极之间产生空间电荷区，阻碍了从发射极向集电极的电子流动，因而就没有集电极电流产生。 综上所述，在晶体三极管中 很小的基极电流可以导致很大的 集电极电流，这就是三极管的电 流放大作用。此外，三极管还能通过基极电流来控制集电极电流的导通和截止，这就是三极管的开关作 图2-18 晶体三极管特性曲线 用（开关特性）。参见晶体三极管特性曲线2-18图所示： 3、晶体三极管共发射极放大原理如下图所示： A 、vt 是一个npn 型三极管，起放大作用。
晶体三极管的应用
第二章晶体三极管及其应用 教学重点 1．掌握晶体三极管的结构、工作电压、基本连接方式和电流分配关系。 2．熟练掌握晶体三极管的放大作用；共发射极电路的输入、输出特性曲线；主要 参数及温度对参数的影响。 教学难点 1．晶体三极管的放大作用 2．输入、输出特性曲线及主要参数 第一节晶体三极管 一、晶体三极管的结构、分类和符号 （一）、三极管的基本结构 1．三极管的外形：如图2-1所示。三极管通常有三个电极，功率大小不同的三极管体积和封装形式各不相同，近年来生产的小、中功率管多采用硅酮塑料封装，大功率三极管采用金属封装，通常做成扁平形状并有螺钉安装孔，有的大功率管干脆制成螺栓形状，这样能够使三极管的
外壳和散热器连成一体，便于散热。 2．三极管的结构：三极管的核心是两个 PN 结，按照两个PN 结的组合方式不同，可分为 PNP 型管和NPN 型两类，如图2-2所示。 3．晶体三极管有三个区――发射区、基区、 集电区； 发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最 少；集电区比发射区体积大且掺杂少。两个PN 结――发射区和基区之间的PN 结称为发射结(BE 结)、集电区和基区之间的PN 结称为集电结(BC 结)；三个电极――发射极e (E )、基极b (B )和集电极c (C )； （二）、晶体三极管的符号 晶体三极管的符号如图2-3所示。 箭头：表示发射结加正向 电压时的电流方向。 文字符号：V (三)、晶体三极管的分类 图 2-3 三极管符号 图2-1 三极管外形 图2-2 三极管的结构图
1．三极管有多种分类方法。 按内部结构分：有NPN型和PNP型管； 按工作频率分：有低频和高频管； 按功率分：有小功率和大功率管； 按用途分：有普通管和开关管； 按半导体材料分：有锗管和硅管等等。 2．国产三极管命名法：例如：3DG表示高频小功率NPN型硅三极管；3CG表示高频小功率PNP型硅三极管；3AK表示PNP型开关锗三极管等。 二、三极管的基本连接方式 如图2-4所示，晶体三极管有三种基本连接方 (a) 共发射极接法 (b) 共基极接法 (c) 共集电极接法 式：共发射极、共基极和共集电极接法。最常用的是共发射极接法。 第二节晶体三极管的电流放大和分配作用 一、晶体三极管的电流放大作用
一、三极管的结构类型与工作原理 半导体三极管又称为晶体管、三极管、双极型晶体管、BJT 。它由2个背靠背的PN结组成，分为NPN型、PNP型。由制造的材料又分为硅三极管、锗三极管。 NPN型三极管：c：collector 集电极；b：base 基极；e：emitter 发射极 采用平面管制造工艺，在N＋型底层上形成两个PN结。 工艺特点：三个区，二个结，引出三根电极杂质浓度(e区掺杂浓度最高，b区较高，c 区最低)；面积大小( c区最大，e区大，b区窄)。 PNP型三极管：在P＋型底层上形成两个PN结。
NPN管的工作原理：为使NPN管正常放大时的条件：射结正偏(VBE＞0)，集电结反偏(VCB＞0)。 发射区向基区大量发射电子(多子)，进入基区的电子成为基区的少子，其中小部分与基区的多子( 空穴)复合，形成IB电流，绝大部分继续向集电结扩散并达到集电结边缘。因集电结反偏，这些少子将非常容易漂移到集电区，形成集电集电流的一部分ICN。而基区和集电区本身的少子也要漂移到对方，形成反向饱和电流ICBO。 ，， 晶体管的四种工作状态： 1、发射结正偏，集电结反偏：放大工作状态用在模拟电子电路 2、发射结反偏，集电结反偏：截止工作状态 3、发射结正偏，集电结正偏：饱和工作状态用在开关电路中 4、发射结反偏，集电结正偏：倒置工作状态较少应用 三种基本组态：集电极不能作为输入端，基极不能作为输出端。
1、共基组态(CB) 输入：发射极端：基极公共(此处接地) 。输出：集电极。 VBE＞0，发射结正偏，VCB＞0(∵VCC＞VBB)，集电结反偏。所以三极管工作在放大状态。 发射极组态(CE)： 共集电极组态(CC)：
三极管工作原理 1、晶体三极管简介。晶体三极管是p型和n型半导体的有机结合，两个pn结之间的相互影响，使pn结的功能发生了质的飞跃，具有电流放大作用。晶体三极管按结构粗分有npn型和pnp型两种类型。如图2-17所示。(用Q、VT、PQ表示)三极管之所以具有电流放大作用，首先，制造工艺上的两个特点：(1)基区的宽度做的非常薄;(2)发射区掺杂浓度高，即发射区与集电区相比具有杂质浓度高出数百倍。 2、晶体三极管的工作原理。 其次，三极管工作必要条件是(a)在B极和E极之间施加正向电压(此电压的大小不能超过1V);(b)在C极和E极之间施加反向电压(此电压应比eb间电压较高);(c)若要取得输出必须施加负载。 图2-17 三极管的构造示意图 最后，当三极管满足必要的工作条件后，其工作原理如下： (1) 基极有电流流动时。由于B极和E极之间有正向电压，所以电子从发射极向基极移动，又因为C极和E极间施加了反向电压，因此，从发射极向基极移动的电子，在高电压的作用下，通过基极进入集电极。于是，在基极所加的正电压的作用下，发射极的大量电子被输送到集电极，产生很大的集电极电流。 (2)基极无电流流动时。在B极和E极之间不能施加电压的状态时，由于C极和E极间施加了反向电压，所以集电极的电子受电源正电压吸引而在C极和E极之间产生空间电荷区，阻碍了从发射极向集电极的电子流动，因
而就没有集电极电流产生。 综上所述，在晶体三极管中很小的基极电流可以导致很大的集电极电流，这就是三极管的电流放大作用。此外，三极管还能通过基极电流来控制集电极电流的导通和截止，这就是三极管的开关作用(开关特性)。 参见晶体三极管特性曲线2-18图所示： 图2-18 晶体三极管特性曲线 3、晶体三极管共发射极放大原理如下图所示： A、vt是一个npn型三极管，起放大作用。 B、ecc 集电极回路电源(集电结反偏)为输出信号提供能量。 C、rc 是集电极直流负载电阻，可以把电流的变化量转化成电压的变化量反映在输出端。 D、基极电源ebb和基极电阻rb，一方面为发射结提供正向偏置电压，同时也决定了基极电流ib. 图2-19 共射极基本放大电路 E、cl、c2作用是隔直流通交流偶合电容。 F、rl是交流负载等效电阻。 交流通路：ui正端-cl-vtb-vtc-c2-rl-ui负端。 (1)在日常使用中采用两组电源不便，可用一组供电。
三极管开关电路工作原理解析 图一所示是NPN三极管的共射极电路，图二所示是它的特性曲线图，图中它有3 种工作区域：截止区(Cutoff Region)、线性区 (Active Region) 、饱和区(Saturation Region)。三极管是以B 极电流IB 作为输入，操控整个三极管的工作状态。若三极管是在截止区，IB 趋近于0 (VBE 亦趋近于0)，C 极与E 极间约呈断路状态，IC = 0，VCE = VCC。若三极管是在线性区，B-E 接面为顺向偏压，B-C 接面为逆向偏压，IB 的值适中 (VBE = 0.7 V)， I C =h F E I B 呈比例放大，Vce = Vcc -Rc I c = V cc - Rc hFE IB可被 IB 操控。若三极管在饱和区，IB 很大，VBE = 0.8 V，VCE = 0.2 V，VBC = 0.6 V，B-C 与B-E 两接面均为正向偏压，C-E间等同于一个带有0.2 V 电位落差的通路，可得I c=( Vcc - 0.2 )/ Rc ，Ic 与 IB 无关了，因此时的IB大过线性放大区的IB 值， Ic 三极管的作用：三极管放大电路原理 一、放大电路的组成与各元件的作用 Rb和Rc：提供适合偏置--发射结正偏，集电结反偏。C1、C2是隔直(耦合)电容，隔直流通交流。 共射放大电路 Vs ，Rs：信号源电压与内阻； RL：负载电阻，将集电极电流的变化△ic转换为集电极与发射极间的电压变化△VCE 二、放大电路的基本工作原理 静态(Vi=0,假设工作在放大状态) 分析，又称直流分析，计算三极管的电流和极间电压值，应采用直流通路(电容开路)。 基极电流：IB=IBQ=(VCC-VBEQ)/Rb 集电极电流：IC=ICQ=βIBQ 集-射间电压：VCE=VCEQ=VCC-ICQRc 动态(vi≠0)分析： 放大电路对信号的放大作用是利用三极管的电流控制作用来实现，其实质上是一种能量转换器。 三、构成放大电路的基本原则 放大电路必须有合适的静态工作点：直流电源的极性与三极管的类型相配合，电阻的设置要与电源相配合，以确保器件工作在放大区。输入信号能有效地加到放大器件的输入端，使三极管输入端的电流或电压跟随输入信号成比例变化，经三极管放大后的输出信号(如 ic=β*ib)应能有效地转变为负载上的输出电压信号。 电压传输特性和静态工作点 一、单管放大电路的电压传输特性 图解分析法： 输出回路方程： 输出特性曲线： AB段：截止区，对应于输出特性曲线中iB＜0的部分。 BCDEFG段：放大区 GHI段：饱和区 作为放大应用时：Q点应置于E处(放大区中心)。若Q点设置C处，易引起载止失真。若Q点设置F处，易引起饱和失真。 用于开关控制场合：工作在截止区和饱和区上。 二、单管放大电路静态工作点(公式法计算) 晶体管分类及应用 摘要 晶体管是现代电子设备制造的基础,广泛出现在现代电子系统中。晶体管为电子领域带来了革命性的变化,使得电子设备体积更小、成本更低、更加高效。本文归纳了晶体管的分类以及各类晶体管在一些场景下的应用。 正文 一、绪论 晶体管是几乎所有现代电子产品中的关键活动组件,被许多人看作20世纪最伟大的发明之一。现代的半导体器件可以被大批量自动化生产,因此每个晶体管的的成本都很低廉。晶体管的低成本,灵活性和可靠性使其成为无处不在的器件。晶体管机电一体化电路已经成为机电设备控制设备来控制机器。相比于机械控制系统,微控制器和计算机程序用于控制系统显得更加便捷。 二、分类 1）按材料 锗晶体管: 1948年锗晶体管出现后,固态电子器件的应用开始。最早在1941年,锗二极管开始取代了电子装置里的真空管。但是锗晶体管有一个重大缺点,易产生热失控。 硅晶体管:硅的电子特性比锗优越,但是所需的纯度高,取代锗晶体管。 化合物半导体砷化镓晶体管:砷化镓拥有一些比硅还要好的电子特性,如高的饱和电子速率及高的电子迁移率。在高速器件中,化合物晶体管是一个不错的选择。用砷化镓制造的化合物晶体管可以达到很高的工作频率,原因在于化合物砷化镓的电子迁移率是单质硅的5倍。 碳化硅晶体管 硅锗合金晶体管：在CMOS工艺方面，SiGe工艺的成本和硅工艺相当，但在异质结技术方面，SiGe工艺的成本比砷化镓工艺还要低。SiGe材料可让异质结双极性晶体管整合进CMOS逻辑集成电路，达成混合信号电路的功能。 石墨烯晶体管等。 2）按结构 BJT、JFET、IGFET (MOSFET)、IGBT等。 3）按电极性 n–p–n及p–n–p（BJT），N沟道及P沟道（FET）。 4）按最大额定功率 低功率晶体管、中功率晶体管及高功率晶体管。 5）按最大工作频率 低频晶体管、中频晶体管、高频晶体管、无线电频率（RF）晶体管、微波频率晶体管。 6）按应用类型 开关晶体管、泛用晶体管、音频晶体管、高压晶体管等。 7）按封装技术 插入式金属封装或塑胶封装、表面黏着技术、球栅阵列封装、功率晶体等。 8）按增益系数 hfe、βF或gm（跨导）等。 三、应用 双极结型晶体管（BJT） 双极性晶体管可放大信号,并应用在功率控制和模拟信号处理等领域。使用双极性晶体管可通过已知的基极-发射极的偏置电压和其温度、电流关系来测量温度。现在人们不断认识到能源问题,而场效应管技术由于功耗更低,在数字集成电路中逐渐成为主流,双极性晶体管的使用相对较少。相比于金属氧化物半导体场效应晶体管,双极性晶体管提供了一定的跨导和输出电阻,在功率控制等方面能力突出,并具有高速和耐久的特性。因此,双极性晶体管仍在模拟电路中占据重要位置,特别是高频应用电路的重要配件。可将MOSFET用BiCMOS技术和双极性 三极管的工作原理 对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流去控制大电流。放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。 所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。 结构与操作原理 三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面，如图1所示，可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为射极（emitter, E）、基极（base, B）和集极（collector, C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出 npn与pnp三极管的电路符号，射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体，和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中性的p型区和n型区隔开。 图1 pnp(a)与npn(b)三极管的结构示意图与电路符号。 晶体三极管的结构及封装 晶体三极管是各种电子设备中的核心器件。其突出特点是在一定条件下具有电流放大作用，可用做电子开关，在电子电路中被广泛应用。 晶体三极管由两个PN结和三个电极构成，用途及功率不同，封装尺寸也不同。常用的有平面型小功率、中功率及大功率三极管。 小功率三极管的封装尺寸及实物图如下图(a)所示。 中功率三极管的封装尺寸及实物图如下图(b)所示。 大功率三极管的封装尺寸及实物图如下图（c）所示。 贴片式三极管的封装尺寸及实物图如下图(d)所示。 常用的合金型小功率、中功率、大功率三极管有以下几种： 小功率合金型三极管实物图如下图(e）所示。 中功率合金型三极管实物图如下图(f)所示。 大功率合金型三极管实物图如下图(g）所示。 常见的三极管结构有平面型和合金型两类，分别如图5-15(a)和(b)所示。硅管主要是平面型，锗管主要是合金型。 不同类型的三极管虽然制造方法不同，但在结构上都分成PNP或NPN三层。因此又将三极管分为NPN型和PNP型两种。国产硅三极管主要是NPN型，锗管主要是PNP型下图是它们的结构示意图和电路符号。晶体三极管在电路中的表示方法有：国内最早用BG表示，彩色电视机电路中用Q和V表示。目前的电子电路中用VT来表示。 各种三极管都分为发射区、基区和集电区等三个区域。三个区域的引出线分别称为发射极、基极和集电极，并分别用E,B和C表示。发射区与基区之间的PN结称为发射结，基区与集电区之间的P-N结称为集电结。 NPN型三极管和PNP型三极管的工作原理相同，不同的只是使用连接电源的极性不同，管子各极之间的电流方向也不同。下面以NPN晶体三极管为例进行介绍。 对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流去控制大电流。 放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。 所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。 在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。 如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。 饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。 在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。 而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。 结构与操作原理 三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面，如图1所示，可有pnp和npn两种组合。三个接出来的端点依序称为射极（emitter, E）、基极（base, B）和集 极（collector, C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出npn 与pnp三极管的电路符号，射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体，和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中性的p型区和n型区隔开。 图1 pnp(a)与npn(b)三极管的结构示意图与电路符号。 晶体管放大器结构原理图解 功率放大器的作用是将来自前置放大器的信号放大到足够能推动相应扬声器系统所需的功率。就其功率来说远比前置放大器简单，就其消耗的电功率来说远比前置放大器为大，因为功率放大器的本质就是将交流电能“转化”为音频信号，当然其中不可避免地会有能量损失，其中尤以甲类放大和电子管放大器为甚。 一、功率放大器的结构 功率放大器的方框图如图1-1所示。 1、差分对管输入级 输入级主要起缓冲作用。输入输入阻抗较高时，通常引入一定量的负反馈，增加整个功放电路的稳定性和降低噪声。 前置激励级的作用是控制其后的激励级和功劳输出级两推挽管的直流平衡，并提供足够的电压增益。 激励级则给功率输出级提供足够大的激励电流及稳定的静态偏压。激励级和功率输出级则向扬声器提供足够的激励电流，以保证扬声器正确放音。此外，功率输出级还向保护电路、指示电路提供控制信号和向输入级提供负反馈信号（有必要时）。 一、放大器的输入级功率放大器的输入级几乎一律都采用差分对管放大电路。由于它处理的信号很弱，由电压差分输入给出的是与输入端口处电压基本上无关的电流输出，加之他的直流失调量很小，固定电流不再必须通过反馈网络，所以其线性问题容易处理。事实上，它的线性远比单管输入级为好。图1-2示出了3 种最常用的差分对管输入级电路图。 图1-2种差分对管输入级电路 1、加有电流反射镜的输入级 在输入级电路中，输入对管的直流平衡是极其重要的。为了取得精确的平衡，在输入级中加上一个电流反射镜结构，如图1-3所示。它能够迫使对管两集电极电流近于相等，从而可以对二次谐波准确地加以抵消。此外，流经输入电阻与反馈电阻的两基极电流因不相等所造成的直流失调也变得更小了，三次谐波失真 也降为不加电流反射镜时的四分之一。 在平衡良好的输入级中，加上一个电流反射镜，至少可把总的开环增益提高6Db。而对于事先未能取得足够好平衡的输入级，加上电流反射镜后，则提高量最大可达15dB。另一个结果是，起转换速度在加电流反射镜后，大致提高了一倍。 2、改进输入级线性的方法 在输入级中，即使是差分对管采用了电流反射镜结构，也仍然有必要采取一定措施，以见效她的高频失真。下面简述几钟常用的方法。 1）、恒顶互导负反馈法 图1-4示出了标准输入级（a）和加有恒定互导（gm）负反馈输入级（b）的电路原理图。经计算，各管加入的负反馈电阻值为22Ω当输入电压级为-40dB条件下,经测试失真由0.32%减小到了0.032%。同时，在保持gm为恒定的情况下，电流增大两倍,并可提高转换速率(10~20)V/us。三极管的作用：三极管放大电路原理
晶体管的分类及应用
三极管的工作原理
晶体三极管的结构及封装
pnpnpn三极管原理讲解
晶体管放大器结构原理图解
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