loading第2章 三极管及其基本放大电路
电子线路的主要作用是对信号进行传输和处理，其中最基本的作用是对信号进行放大。能将信号放大的电路称为放大电路或放大器，其作用是将微弱的电信号放大为功率或幅度足够大且与原来信号变化规律一致的信号，即进行不失真的放大。许多电子设备如收音机、电视机、手机、音响等都要用到放大器。
显然，放大的结果是交流信号能量的增加。当然，能量是守恒的，交流信号能量的增加实际是由直流电源的能量转化而来的（直流电源可以是电池或由市电交流电整流滤波而得到）。三极管（BJT）就是一种能将直流能量转化为交流能量的器件，这样的器件也称为有源器件。由三极管构成的基本放大电路是其他各类放大电路的基础，本章主要介绍三极管的基本特性及其基本放大电路。
2.1 三极管
半导体三极管又称为双极型三极管、晶体三极管，简称三极管或BJT，是一种最为常用的半导体器件。由于三极管中两个PN结之间的相互影响，使其表现出不同于二极管（单个PN结）的特性，具有电流放大作用。
2.1.1 三极管的结构与符号
各种三极管器件的外形图及封装形式如图2-1所示。
a）
b）
图2-1 三极管外形图及封装形式
a）金属封装 b）塑料封装
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三极管的结构分为NPN型和PNP型。 1.NPN型三极管
NPN型三极管的结构如图2-2a所示，它是在N型半导体的基片上通过杂质补偿，在中间产生一个很薄（仅零点几微米至几微米）的P型层，并与两端的N型半导体紧密结合而构成的管子。
图2-2 NPN型三极管
a）结构示意图 b）符号
P型半导体与其两侧的N型半导体分别形成PN结，整个三极管的结构是两个PN结（背靠背）构成的三层半导体。中间的一层称为基区，两边分别称为发射区和集电区，从这三个区引出的电极分别称为基极b、发射极e和集电极c，也可用大写字母B，E，C表示。发射区和基区之间的PN结称为发射结Je，基区和集电区之间的PN结称为集电结Jc。
虽然发射区和集电区都是N型半导体，但发射区掺杂浓度比集电区高；而在几何尺寸上，集电区的面积比发射区大，因此它们并不是对称的。
图2-2b为NPN型三极管的电路符号，其中箭头方向表示发射结正偏时发射极电流的实际方向。
2.PNP型三极管
PNP型三极管的结构与NPN型相似，也是两个PN结构成的三层半导体，不过这种管子是在P型半导体的基片上通过杂质补偿在中间产生一个很薄的N型层，并与两侧的P型半导体紧密结合而构成的管子，如图2-3a所示。图2-3b为PNP型三极管的电路符号，其箭头方向与NPN型相反，但意义相同。
图2-3 PNP型三极管
a）结构示意图 b）符号
三极管的分类有多种方式。按结构可分为NPN和PNP型，按工作频率分为低频管和高频管，按耗散功率大小分为小功率管和大功率管，按用途分为放大管、开关管和功率管，按
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所用的半导体材料分为硅管和锗管等。目前生产的硅管多为NPN型，锗管多为PNP型，其中硅管的使用率远大于锗管。三极管的具体命名方法见附录A。
2.1.2 三极管的电流分配关系 1.三极管的偏置
为了使三极管具有放大作用，必须使其获得合适的直流偏置。由于三极管具有两个PN结，则可能的偏置有4种：发射结正偏、集电结反偏；发射结反偏、集电结正偏；二结均正偏；二结均反偏。而放大电路中的三极管偏置为第一种，即发射结正偏、集电结反偏。符合该要求的NPN型和PNP型三极管的直流偏置电路（也称直流供电电路）如图2-4所示，该电路接法称为共基（含义后述）接法。外加直流电源VEE通过RE给发射结加正向电压，外加直流电源VCC通过RC给集电结加反向电压。一般发射结的正向电压小于1V，而集电结反向电压较高，一般达几伏到几十伏以上。
图2-4 三极管的偏置电路（共基接法）
a）NPN型三极管的偏置电路 b）PNP型三极管的偏置电路
还有一种三极管偏置电路如图2-5所示，该电路接法称为共射（含义后述）接法。外加直流电源VBB通过RB给发射结加正向电压；外加直流电源VCC通过RC给集电极加反向电压，该电压并不等于集电结电压，但由于集电极电压通常较大（指绝对值），足以克服b-e间的发射结导通电压并给c-b间的集电结加一较大的反向电压，从而实现发射结正偏、集电结反偏的条件。
图2-5 三极管的偏置电路（共射接法）
a）NPN型三极管的偏置电路 b）PNP型三极管的偏置电路
2.三极管的电流分配关系
电路测试9：三极管各极电流分配关系的测试（见9.2）
下面通过电路测试来讨论三极管的电流分配关系。测试电路如图2-5a所示，三极管采用3DG6，改变直流电源电压VBB，则基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE都将发生变化，测量并记录各电流数值，测试结果列于表2-1。其中，IB，IC，IE为测量数据，IC /IE，IC /IB为计算结果。
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表2-1 三极管电流测试数据
IB/mA IC /mA IE /mA IC /IE IC /IB 0 <0.001 <0.001 — — 0.02 0.70 0.72 0.97 35 0.04 1.50 1.54 0.97 37.5 0.06 2.30 2.36 0.97 38.3 0.08 3.10 3.18 0.97 38.8 0.10 3.95 4.05 0.98 39.5 由此测试结果可得出以下结论。 （1）分析测试数据的每一列，可得
IE = IB +IC （2-1）
此结果也符合KCL定律。
（2）分析第3列至第5列数据可知，IC和IE均远大于IB，且IC /IE和IC /IB基本保持不变，这就显示了三极管的电流放大作用。由此可得
??ICIEICIB （2-2a）
其中，?为共基极直流电流放大系数，其值一般在0.95～0.995之间；
?? （2-2b）
其中，?为共发射极直流电流放大系数，其值一般在几十至几百之间。 因此，
IC??IE??IB （2-3） IE?(1??)IB （2-4）
显然，由于?≈1，?? 1，因此有IE＞IC ? IB ，IC≈IE 。
同样，三极管的电流放大作用还体现在基极电流变化量?IB和集电极电流变化量?IC上。比较第3列至第5列数据，可得
?IC?IB?2.30?1.500.06?0.04?3.10?2.300.08?0.06?0.800.02?40
显然微小的?IB可以引起较大的?IC，且其比值与?近似相等。因此可得
???IC?IB （2.5）
其中，?为共发射极交流电流放大系数。
显然，? 和?是两个不同的概念。但在三极管导通时，在IC相当大的变化范围内，?基本上不变，???，统称为共发射极电流放大系数，并均用?表示。由于?值较大，因此三极管具有较强的电流放大作用。
（3）当IB＝0时（基极开路），IC＝IE＝ICEO（穿透电流，含义后述），表中ICEO<0.001mA=1μA。 图2-6所示为NPN型和PNP型三极管各极电流关系及方向的示意图，其中PNP型管的电流分配关系与NPN型管完全相同，但各极电流方向与NPN型管正好相反。
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