半导体三极管及放大电路基础半导体三极管基本放大电路半导体三极管频率,高频管、低频管功率：
材料：
小、中、大功率管硅管、锗管类型,NPN型,PNP型半导体三极管是具有电流放大功能的元件晶体三极管的结构发射结 集电结基极发射极 集电极晶体三极管是由两个 PN结组成的发射区 基区 集电区三极管电流分配半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。
在放大工作状态：
发射结加正向电压，集电结加反向电压。
三极的工作原理发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为 IEN。
从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为 IEP。（这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。）
进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。
又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快 就运动到了集电结的边上，进入集电 结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流 ICN。在基区被复合的电子形成的电流是 IBN。
另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流 ICBO。
很小的基极电流 IB，就可以控制较大的集电极电流 IC，从而实现了放大作用。
三极管的电流关系共集电极接法,集电极作为公共端；
共基极接法,基极作为公共端。
共发射极接法,发射极作为公共端；
各极电流之间的关系式共基极电流传输系数。:?
C B OEC III
因 ICBO较小，所以又因 则,IC≈IE
EC II
1
因 ICEO较小，所以
BC II
C E OBC III
：?
共发射极电流放大系数。
BE II )1(
IE =IC+IB
>>1
三极管的放大作用发射结外加电压
EEIEB Vvv ~
EEE iIi~
EC ii~ CCC iIi LCo Riv
I
o
V v
vA
半导体三极管的特性曲线
iB是输入电流,
vBE是加在 B,E
两极间的输电压 。
输入特性曲线 — iB=f(vBE)? vCE= 常数共发射极接法的输入特性曲线其中 vCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线，当 vCE≥1V时,vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少,IC /
IB 增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但 vCE再增加时，曲线右移很不明显。
导通电压 锗管 0.1~0.3V 硅管 0.6~0.8V
输出特性曲线 — iC=f(vCE)? iB= 常数
iC是输出电流,vCE是输出电压。
⑴ 放大区：
发射结正偏、集电结反偏
⑵ 截止区：
IB=0以下的区域。
⑶ 饱和区：
发射结和集电结均为正偏。
IC随着 VCE的变化而迅速变化。
工程上以 VCE=0.3伏作为放大区和饱和区的分界线。
VCE大于 0.7V左右 (硅管 ) 。
发射结和集电结均为反偏。
动画 2-2
测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。
放大 截止 饱和
-
+正偏 反偏-
+ +
-正偏 反偏+
-
放大 Vc>Vb>Ve 放大 Vc<Vb<Ve
发射结和集电结均为反偏。 发射结和集电结均为正偏。
例 1：
测得 VB =4.5 V,VE = 3.8 V,VC =8 V，试判断三极管的工作状态 。
放大例 2：
半导体三极管的参数直流参数、交流参数,极限参数
① 直流电流放大系数
1.共发射极直流电流放大系数
=（ IC－ ICEO） /IB≈IC / IB? vCE=常数一,直流参数
2.共基极直流电流放大系数
=（ IC－ ICBO） /IE≈IC/IE
显然 与 之间有如下关系,
= IC/IE= IB/?1+?IB= /?1+?
② 极间反向电流
1.集电极基极间反向饱和电流 ICBO
ICBO的下标 CB代表集电极和基极，
O是 Open的字头，代表第三个电极 E开 路。
它相当于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 ICEO
ICEO和 ICBO有如下关系
ICEO=（ 1+ ） ICBO
相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线 IB=0那条曲线所对应的 Y坐标的数值。
二,交流参数
① 交流电流放大系数
1.共发射极交流电流放大系数?
=?IC/?IB?vCE=const
在放大区?值基本不变，
通过垂直于 X 轴的直线由?IC/?IB求得。
在输出特性曲线上求 β
2.共基极交流电流放大系数 α
α =?IC/?IE? VCB=const
当 ICBO和 ICEO很小时，
,,
可以不加区分。
② 特征频率 fT
三极管的?值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。
由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的?将会下降。
当?下降到 1时所对应的频率称为特征频率，用 fT表示。
① 集电极最大允许电流 ICM
三极管集电极最大允许电流 ICM。当 IC＞ ICM时，管子性能将显著下降，甚至 会损坏 三极管 。
② 集电极最大允许功率损耗 PCM
集电极电流通过集电结时所产生的功耗，
PCM= ICVCB≈ICVCE，
因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用 VCE取代 VCB。
三,极限参数
③ 反向击穿电压
1.V(BR)CBO—— 发射极开路时的集电结击穿电压。
下标 BR代表击穿之意，是 Breakdown的字头,CB
代表集电极和基极,O代表第三个电极 E开路。
2.V(BR) EBO—— 集电极开路时发射结的击穿电压 。
3.V(BR)CEO—— 基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。
对于 V(BR)CER表示 BE间接有电阻,V(BR)CES表示
BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系
V(BR)CBO≈V(BR)CES＞ V(BR)CER＞ V(BR)CEO＞ V(BR) EBO
由 PCM,ICM和 V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下,
3 D G 110 B
第二位,A锗 PNP管,B锗 NPN管、
C硅 PNP管,D硅 NPN管第三位,X低频小功率管,D低频大功率管、
G高频小功率管,A高频大功率管,K开关管材料器件的种类同种器件型号的序号同一型号中的不同规格三极管双极型三极管的参数参 数型 号
PCM
mW
I CM
mA
VRCBO
V
VRCEO
V
VREBO
V
I CBO
μ A
fT
MHz
3AX31D 125 125 20 12 ≤ 6 *≥ 8
3BX31C 125 125 40 24 ≤ 6 *≥ 8
3CG101C 100 30 45 0.1 100
3DG123C 500 50 40 30 0.35
3DD101D 5A 5A 300 250 4 ≤ 2mA
3DK100B 100 30 25 15 ≤ 0.1 300
3DKG23 250W 30A 400 325 8
注,*为 f?
基本放大电路基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。 共发射极、
共集电极、
共基极放大电路的主要技术指标
(1)放大倍数
(2)输入电阻 Ri
(3)输出电阻 Ro
(4)通频带
(1) 放大倍数输出信号的电压和电流幅度得到了放大,所以输出功率也会有所放大 。 对放大电路而言有 电压放大倍数,电流放大倍数 和 功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的 。
电压放大倍数
io / VVA v
电流放大倍数
io / IIA i
功率放大倍数
iiooio // IVIVPPA p
(2) 输入电阻 Ri
输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数,Ri大放大电路从信号源吸取的电流小,反之则大 。
i
i
i I
VR
(3) 输出电阻 Ro
输出电阻是表明放大电路带负载的能力，
Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。
0,.
o
.
o
o SL= VR
I
V
R?
注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。
(4) 通频带 BW
0
0
HL 7.02)()( A
AfAfA
相应的频率 fL称为下限频率,fH称为上限频率 。
放大电路的增益 A(f) 是频率的函数 。 在低频段和高频段放大倍数都要下降 。 当 A(f)下降到中频电压放大倍数 A0的 1/ 时,即2
基本放大电路的工作原理
(1) 共发射极基本放大电路的组成三极管 T
起放大作用。
偏置电路 VCC,Rb
提供电源，并使三极管工作在线性区。
耦合电容 C1,
C2输入耦合电容 C1保证信号加到发射结，
不影响发射结偏置。输出耦合电容 C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。
负载电阻 RC,RL
将变化的集电极电流转换为电压输出。
(2) 静态和动态静态,时，放大电路的工作状态，
也称 直流工作状态 。
0i?v
放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路 。
动态,时，放大电路的工作状态，也称 交流工作状态 。
0i?v
直流电源和耦合电容对交流相当于短路
(3) 直流通路和交流通路
(a)直流通路直流通路能通过直流的通路。
交流通路 能通过交流的电路通路。
(b)交流通路
(4) 放大原理输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结于是有下列过程：
o2cccbbbe1i v
CvRiiiivCv β
c
三极管放大作用变化的 通过 转变为变化的输出 c
i cR
放大电路的基本分析方法
① 静态工作状态的计算分析法
b
CC
R
V
R
VVI
b
BECC
B
IB,IC和 VCE这些量代表的工作状态称为 静态工作点,
用 Q表示。在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位 VB,VE和 VC即可确定三极管的静态工作状态 。
根据直流通路对放大电路的静态进行计算
BC IβI?
cCCCCE RIVV
② 静态工作状态的图解分析法
2,由直流负载线
VCE =VCC－ ICRC
VCC,VCC /Rc
3,得到 Q点的参数 IB,IC 和 VCE 。
1,在输出特性曲线上确定 两个特殊点,
即可画出直流负载线。
放大电路的动态图解分析
（ 1）交流负载线
1.从 B点通过输出特性曲线上的 Q点做一条直线,
其斜率为 -1/R'L?。
2.R'L= RL∥ Rc，
是交流负载电阻。
3.交流负载线是有交流 输入信号时 Q
点的运动轨迹。
4.交流负载线与直流负载线相交 Q点。
通过图解分析，可得如下结论：
1,vi vBE iB iC vCE |-vo|?
2,vo与 vi相位相反；
3,可以测量出放大电路的电压放大倍数；
4,可以确定最大不失真输出幅度 。
(2)交流工作状态的图解分析
（ 动画 3-1）
① 波形的失真饱和失真截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于 NPN管，
输出电压表现为底部失真。
由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于 NPN管，
输出电压表现为顶部失真。
(3) 最大不失真输出幅度注意：对于 PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与 NPN管正好相反。
波形
（ 动画 3-3）
② 放大电路的最大不失真输出幅度放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：
1.工作点 Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；
2.要有合适的交流负载线 。
动画 3-4
（ 4） 非线性失真
%100
1
2
3
2
2
V
VVT H D?
放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系，不能产生失真。
由于三极管存在非线性，使输出信号产生了非线性失真 。
非线性失真系数的定义,在某一正弦信号输入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比，用 THD表示,即
(5) 输出功率和功率三角形
omom
omom
o 2
1
22 IV
IVP
要想 PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使 Vom 和 Iom 都要大。
放大电路向电阻性负载提供的 输出功率在输出特性曲线上，
三角形?ABQ的面积，
称为 功率三角形 。
三极管的低频小信号模型
(1)模型的建立
1.三极管可以用一个模型来代替。
2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。
3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。
h参数模型
cerebiebe vhihv
ceoebfec vhihi
（ 2)模型中的主要参数
rbe 交流输入电阻
iB—— 输出电流源表示三极管的电流放大作用
Ebb 'be / mV26)1( Irr
① hie为 输入电阻,即 rbe。
② hre为 电压反馈系数,即 μ r。
③ hfe为 电流放大系数,即?。
④ hoe为 输出电导,即 1/rce。
(3) 模型简化
μ r反映三极管内部的电压反馈，
因数量很小，一般可以忽略。
1/rce与电流源并联时，分流极小，
可作开路处理。
用 H参数小信号模型分析共射极基本放大电路
(1)小信号等效电路
(2)电压增益
beib / rVI
bc II
' Lco RIV LcL //= ' RRR
be
L
beb
Lb
beb
Lc
i
o
V r
R
rI
RI
rI
RI
V
V
A
(3)输入电阻
T
T
i I
VR
Ribeb rRR //i?(4)输出电阻
0?
SV
T
T
o
I
V
R
Co RR? Ro
稳定工作点
I1
分压式偏置
VB
I1=(5~10)IB
VB=(3~5)V
CC
bb
b
B VRR
RV
21
2
，或
1
' )1(
eb
BEB
B RR
VVI
21' // bbb RRR?
bC II
)( eCCCCCE RRIVV I
B
(1)确定工作点,Q
,
e
B
e
BEB
EC R
V
R
VVII
C
B
II?
Ie+
Ve
-
VB
+
VBE -
BEB
BECB
VI
VVII 不变因稳定过程
CI 不变因 BV
BEVBI
EV?BI
(2)电压增益
' Lbo RIV
LcL //= ' RRR
ebeb
Lb
i
o
V
RrI
RI
V
V
A
)1(?
eebe RIrIV
bi
ebe RrI )1(b
ebe
L
Rr
R
)1(?
工作点稳定,增益下降。
be
L
beb
Lb
beb
Lc
i
o
V r
R
rI
RI
rI
RI
V
V
A
解决这个矛盾的方法是加电容 Ce。
(3)输入电阻
T
T
i I
VR
Ri
21b // bb RRR?
bRI
bRT III b
ebeb
T
RrR
V
1
11
ebeb RrR 1//
输入电阻 提高了，相当于增加了一个 (1+β)Re的电阻。
(4)输出电阻
Ro
oR?
C
T
o
I
VR
0
eCbSbeb RIIRrI
由 KVL：
bSS RRR //
C
eSbe
eb I
RRr
RI
0
cebCeCbT rIIRIIV?
eSbe
e
ce
C
T
o RRr
Rr
I
VR?1
Coo RRR //
输出电阻 提高了，即提高了电路的恒流特性。
例 1：
解：
求电路的静态参数（ IB,IC,VCE)，及动态参数（ AV,Ri,Ro)。
根据直流通路求静态参数
VVRR RV CC
bb
b
B 75.3
21
2?
VRRIVV eCCCCCE 5.7)23(5.115)(
VB
mA5.12 7.075.3
IB
e
BEB
EC R
VVII
C
B
II? A?25
60
5.1
IC
根据微变等效电路求动态参数
1,电压放大倍数?
VA
KI mVr
E
be 36.1
26)1(300?
KRRR LCL 5.13//3//'
be
L
beb
Lb
i
o
V r
R
rI
RI
V
VA ''
6636.1 5.160
2,输入电阻 Ri
3,输出电阻 Ro（输出端开路，输入电压为零）
Ri
KrR bei 36.1'
Ri'
KRRR ibi 25.136.1//15// ''
KRR Co 3
根据微变等效电路求动态参数例 2：
解：
求电路的静态参数（ IB,IC,VCE)，及动态参数（ AV,Ri,Ro)。
根据直流通路求静态参数与例 1结果完全相同
VVRR RV CC
bb
b
B 75.3
21
2?
VRRIVV eCCCCCE 5.7)23(5.115)(
VB
mA5.12 7.075.3
IB
e
BEB
EC R
VVII
C
B
II? A?25
60
5.1
IC
根据微变等效电路求动态参数
1,电压放大倍数?
VA
KI mVr
E
be 36.1
26)1(300?
KRRR LCL 5.13//3//'
eebeb
Lb
i
o
V
RIrI
RI
V
VA
'?
73.02)601(36.1 5.160 be II )1(?
ebe
L
Rr
R
)1(
'
根据微变等效电路求动态参数
2,输入电阻 Ri
3,输出电阻 Ro（输出端开路，输入电压为零）
Ri
ebei RrR )1('
Ri'
KRRR ibi 4.1336.1 2 3//15// ''
KRR Co 3
2)601(36.1
K36.123
例 3,电路的参数不变，若 β增加一倍，静态参数 （ IB、
IC,VCE),及动态参数 （ AV,Ri,Ro)如何变化。
(1)静态参数
C
B
II?
e
BEB
EC R
VVII
)( eCCCCCE RRIVV
∴ β增加一倍,IC,VCE
不变,IB减小 一倍。
（ 2）动态参数
be
L
i
o
V r
R
V
V
A
'
bebi rRR //?
Co RR?
∴ β增加一倍，
Ri,Ro 不变，
AV增大。
例 4,电路的参数不变，若断开 Ce，静态参数 （ IB、I
C,VCE),及动态参数 （ AV,Ri,Ro)如何变化。
(1)断开 Ce后，静态参数不变。
be
L
V r
RA '
bebi rRR //?
Co RR?
ebe
L
V Rr
RA
)1(
'
ebebi RrRR )1(//
Co RR?
（ 2） 断开 Ce后，动态参数
AV减小,Ri增大,Ro 不变 。
eBeEE RIRIV )1(
共集电极电路
（ 1）求工作点,Q
EBEBbCC VVIRV
eb
BECC
B RR
VVI
)1(
BC II
eCCCCE RIVV
Q eb
CC
RR
V
)1(
(2)电压增益
1
')1(
')1(
Lbe
L
i
o?
Rr
R
V
VA
V?
)( bbLbebi IIRrIVLeL RRR //
)1(
Lbe
i
b
Rr
VI
)( bbLo IIRV bL IR )1(?
输入电压与输出电压同相电压跟随器
（ 3）输入电阻
+
-
TV
TI
Ri
T
T
i I
VR
Lb RR //
（ 4）输出电阻
Ro
beS rRR
o
电压增益 <1，输入电压与输出电压同相，输入电阻高，输出电阻低。
*复合管可提高输入电阻，
提高 β值。
（动画 3-6）
共基极电路
(1)直流分析与共射组态相同。
(2)交流分析
io / VVA v
1//1/
bebe
iii
rRrIVR
e
① 电压放大倍数
② 输入电阻
③ 输出电阻 Ro ≈RC
=βR'L / rbe
放大电路的频率响应在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念 ---
幅度频率特性相位频率特性幅频特性是描绘：输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。即
∣ ∣ = ∣ ∣=A?
io /VV f ( )?
相频特性是描绘：输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即
)(io?fVVA ∠∠∠
放大电路的幅频特性和相频特性，称为频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为 幅度频率失真,简称幅频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称为 相位频率失真,简称相频失真。幅频失真和相频失真是 线性失真 。
(动画 5-1)
产生频率失真的原因
1.放大电路中存在电抗性元件,例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等 ;
2.三极管的?(?)是频率的函数。
在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。
RC低通电路的频率响应
2
H
)(1
1
f
f
A v
a r c t g (
H
f f )
式中0 1 1RC 。 vA? 的 模、上限截止频率 和 相角 分别为
0
i
o
j1
1
j1
1
RCV
V
vA? =
R
C
+ +
- -
i o
..
V V
电压放大倍数 (传递函数 )为
RCff H?2
1
0
RC低通电路的频率特性曲线幅频特性的 X轴和 Y轴 都是采用对数坐标,
称为 上限截止频率 。当 时，幅频特性将以十倍频 20dB的斜率下降,或写成 -20dB/dec。在处的误差最大，有－ 3dB。
f ≥ f H
f =fH
f H fH
f =fH当 时，相频特性将滞后 45°,并具有
-45?/dec的斜率。在 0.1 和 10 处与实际的相频特性有最大的误差，其值分别为 +5.7° 和－ 5.7° 。
这种折线化画出的频率特性曲线称为 波特图,是分析放大电路频率响应的重要手段。
fH
)a r c t g (90
L
o ff
RC高通电路
RCff?2
1
L0
2
L
L
)(1
/
f
f
ffA
v
L
L
L
L
i
o
/j1
/j
/j1
/j
ff
ff
V
V
vA? =
L1 1RC 。
式中下限截止频率、模和相角分别为
RC高通电路的近似频率特性曲线单极放大电路的高频响应
（ 1） 高频小信号模型基区体电阻,b'是假想的基区内的一个点。bbr?
,发射结电阻和电容。
ebr? ebC?
,集电结电阻和电容。
cbr? cbC?
受控电流源
ebm Vg?
CEV
EB
C
m v
i
g
根据这一物理模型可以画出 混合 π型高频小信号模型。
高频混合 π型小信号模型电路这一模型中用 代替,这是因为 β本身就与频率有关，而 gm与频率无关。
推导如下,
eb'
.
m Vg
.
b0I?
（ 2）用 代替eb'.m Vg,bI?
eb'm
e b'
eb'
0bo0 Vgr
VI
e b
0
boe b
boc
e b
c
m /
/
rIV
II
V
Ig
由此可见 gm是与频率无关的?0和 rb’e
的比，因此 gm与频率无关。 若 IE=1mA，
gm=1mA/26mV≈38mS。
gm称为跨导，还可写成
T
E
ee0
0
eb'
0
m
1
)1( V
I
rrrg
β0反映了三极管内部，对流经 rb'e的电流 的放大作用。 是真正具有电流放大作用的部分，
β0 即低频时的 β。而
boI?
boI?
在 π型小信号模型中，因存在 Cb’c 和 rb’c,
对求解不便，可通过单向化处理加以变换。
首先因 rb’c很大，可以忽略，只剩下 Cb’c 。可以用输入侧的 C?’和输出侧的 C?’’两个电容去分别代替 Cb’c,但要求变换前后应保证相关电流不变。
（ 3）单向化高频混合 π型小信号电路输入侧
ππ 'III
高频混合 π型小信号电路
CjV
VVCjVVI )1()(
be
ce
becebe?
cbemce RVgV
CjRgVI ) 1( cmbe
则定义放大倍数令,cm RgK?
C K C' ( )1
输出侧
CjKVCjVVI )
11()(
cebece
C KK C''1
所以由于 C?"<< C?',所以可简化为图中 C?' =Cb'e+ C?' 。
简化高频小信号电路几点结论：
1.放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因，下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定；
2.三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因，上限截止频率由高频时间常数中较大的一个决定；
3.由于
)//(,)1(' Lcme b'e b'e b' RRgKCKCC vv
若电压放大倍数 K增加,C'b'e也增加，上限截止频率就下降，通频带变窄。增益和带宽是一对矛盾，所以常把增益带宽积作为衡量放大电路性能的一项重要指标。
4.CB组态放大电路由于输入电容小，所以
CB组态放大电路的上限截止频率比 CE组态要高许多。
符号约定小写符号、小写下标 vi,
表示交流电压（电流）瞬时值。
大写符号、大写下标 VI,
表示直流电压（电流）
小写符号、大写下标 vI,
表示包含有直流的电压（电流）的瞬时值大写符号、小写下标 Vi,
表示交流电压（电流）有效值
材料：
小、中、大功率管硅管、锗管类型,NPN型,PNP型半导体三极管是具有电流放大功能的元件晶体三极管的结构发射结 集电结基极发射极 集电极晶体三极管是由两个 PN结组成的发射区 基区 集电区三极管电流分配半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。
在放大工作状态：
发射结加正向电压，集电结加反向电压。
三极的工作原理发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为 IEN。
从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为 IEP。（这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。）
进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。
又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快 就运动到了集电结的边上，进入集电 结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流 ICN。在基区被复合的电子形成的电流是 IBN。
另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流 ICBO。
很小的基极电流 IB，就可以控制较大的集电极电流 IC，从而实现了放大作用。
三极管的电流关系共集电极接法,集电极作为公共端；
共基极接法,基极作为公共端。
共发射极接法,发射极作为公共端；
各极电流之间的关系式共基极电流传输系数。:?
C B OEC III
因 ICBO较小，所以又因 则,IC≈IE
EC II
1
因 ICEO较小，所以
BC II
C E OBC III
：?
共发射极电流放大系数。
BE II )1(
IE =IC+IB
>>1
三极管的放大作用发射结外加电压
EEIEB Vvv ~
EEE iIi~
EC ii~ CCC iIi LCo Riv
I
o
V v
vA
半导体三极管的特性曲线
iB是输入电流,
vBE是加在 B,E
两极间的输电压 。
输入特性曲线 — iB=f(vBE)? vCE= 常数共发射极接法的输入特性曲线其中 vCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线，当 vCE≥1V时,vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少,IC /
IB 增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但 vCE再增加时，曲线右移很不明显。
导通电压 锗管 0.1~0.3V 硅管 0.6~0.8V
输出特性曲线 — iC=f(vCE)? iB= 常数
iC是输出电流,vCE是输出电压。
⑴ 放大区：
发射结正偏、集电结反偏
⑵ 截止区：
IB=0以下的区域。
⑶ 饱和区：
发射结和集电结均为正偏。
IC随着 VCE的变化而迅速变化。
工程上以 VCE=0.3伏作为放大区和饱和区的分界线。
VCE大于 0.7V左右 (硅管 ) 。
发射结和集电结均为反偏。
动画 2-2
测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。
放大 截止 饱和
-
+正偏 反偏-
+ +
-正偏 反偏+
-
放大 Vc>Vb>Ve 放大 Vc<Vb<Ve
发射结和集电结均为反偏。 发射结和集电结均为正偏。
例 1：
测得 VB =4.5 V,VE = 3.8 V,VC =8 V，试判断三极管的工作状态 。
放大例 2：
半导体三极管的参数直流参数、交流参数,极限参数
① 直流电流放大系数
1.共发射极直流电流放大系数
=（ IC－ ICEO） /IB≈IC / IB? vCE=常数一,直流参数
2.共基极直流电流放大系数
=（ IC－ ICBO） /IE≈IC/IE
显然 与 之间有如下关系,
= IC/IE= IB/?1+?IB= /?1+?
② 极间反向电流
1.集电极基极间反向饱和电流 ICBO
ICBO的下标 CB代表集电极和基极，
O是 Open的字头，代表第三个电极 E开 路。
它相当于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 ICEO
ICEO和 ICBO有如下关系
ICEO=（ 1+ ） ICBO
相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线 IB=0那条曲线所对应的 Y坐标的数值。
二,交流参数
① 交流电流放大系数
1.共发射极交流电流放大系数?
=?IC/?IB?vCE=const
在放大区?值基本不变，
通过垂直于 X 轴的直线由?IC/?IB求得。
在输出特性曲线上求 β
2.共基极交流电流放大系数 α
α =?IC/?IE? VCB=const
当 ICBO和 ICEO很小时，
,,
可以不加区分。
② 特征频率 fT
三极管的?值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。
由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的?将会下降。
当?下降到 1时所对应的频率称为特征频率，用 fT表示。
① 集电极最大允许电流 ICM
三极管集电极最大允许电流 ICM。当 IC＞ ICM时，管子性能将显著下降，甚至 会损坏 三极管 。
② 集电极最大允许功率损耗 PCM
集电极电流通过集电结时所产生的功耗，
PCM= ICVCB≈ICVCE，
因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用 VCE取代 VCB。
三,极限参数
③ 反向击穿电压
1.V(BR)CBO—— 发射极开路时的集电结击穿电压。
下标 BR代表击穿之意，是 Breakdown的字头,CB
代表集电极和基极,O代表第三个电极 E开路。
2.V(BR) EBO—— 集电极开路时发射结的击穿电压 。
3.V(BR)CEO—— 基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。
对于 V(BR)CER表示 BE间接有电阻,V(BR)CES表示
BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系
V(BR)CBO≈V(BR)CES＞ V(BR)CER＞ V(BR)CEO＞ V(BR) EBO
由 PCM,ICM和 V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下,
3 D G 110 B
第二位,A锗 PNP管,B锗 NPN管、
C硅 PNP管,D硅 NPN管第三位,X低频小功率管,D低频大功率管、
G高频小功率管,A高频大功率管,K开关管材料器件的种类同种器件型号的序号同一型号中的不同规格三极管双极型三极管的参数参 数型 号
PCM
mW
I CM
mA
VRCBO
V
VRCEO
V
VREBO
V
I CBO
μ A
fT
MHz
3AX31D 125 125 20 12 ≤ 6 *≥ 8
3BX31C 125 125 40 24 ≤ 6 *≥ 8
3CG101C 100 30 45 0.1 100
3DG123C 500 50 40 30 0.35
3DD101D 5A 5A 300 250 4 ≤ 2mA
3DK100B 100 30 25 15 ≤ 0.1 300
3DKG23 250W 30A 400 325 8
注,*为 f?
基本放大电路基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。 共发射极、
共集电极、
共基极放大电路的主要技术指标
(1)放大倍数
(2)输入电阻 Ri
(3)输出电阻 Ro
(4)通频带
(1) 放大倍数输出信号的电压和电流幅度得到了放大,所以输出功率也会有所放大 。 对放大电路而言有 电压放大倍数,电流放大倍数 和 功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的 。
电压放大倍数
io / VVA v
电流放大倍数
io / IIA i
功率放大倍数
iiooio // IVIVPPA p
(2) 输入电阻 Ri
输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数,Ri大放大电路从信号源吸取的电流小,反之则大 。
i
i
i I
VR
(3) 输出电阻 Ro
输出电阻是表明放大电路带负载的能力，
Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。
0,.
o
.
o
o SL= VR
I
V
R?
注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。
(4) 通频带 BW
0
0
HL 7.02)()( A
AfAfA
相应的频率 fL称为下限频率,fH称为上限频率 。
放大电路的增益 A(f) 是频率的函数 。 在低频段和高频段放大倍数都要下降 。 当 A(f)下降到中频电压放大倍数 A0的 1/ 时,即2
基本放大电路的工作原理
(1) 共发射极基本放大电路的组成三极管 T
起放大作用。
偏置电路 VCC,Rb
提供电源，并使三极管工作在线性区。
耦合电容 C1,
C2输入耦合电容 C1保证信号加到发射结，
不影响发射结偏置。输出耦合电容 C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。
负载电阻 RC,RL
将变化的集电极电流转换为电压输出。
(2) 静态和动态静态,时，放大电路的工作状态，
也称 直流工作状态 。
0i?v
放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路 。
动态,时，放大电路的工作状态，也称 交流工作状态 。
0i?v
直流电源和耦合电容对交流相当于短路
(3) 直流通路和交流通路
(a)直流通路直流通路能通过直流的通路。
交流通路 能通过交流的电路通路。
(b)交流通路
(4) 放大原理输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结于是有下列过程：
o2cccbbbe1i v
CvRiiiivCv β
c
三极管放大作用变化的 通过 转变为变化的输出 c
i cR
放大电路的基本分析方法
① 静态工作状态的计算分析法
b
CC
R
V
R
VVI
b
BECC
B
IB,IC和 VCE这些量代表的工作状态称为 静态工作点,
用 Q表示。在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位 VB,VE和 VC即可确定三极管的静态工作状态 。
根据直流通路对放大电路的静态进行计算
BC IβI?
cCCCCE RIVV
② 静态工作状态的图解分析法
2,由直流负载线
VCE =VCC－ ICRC
VCC,VCC /Rc
3,得到 Q点的参数 IB,IC 和 VCE 。
1,在输出特性曲线上确定 两个特殊点,
即可画出直流负载线。
放大电路的动态图解分析
（ 1）交流负载线
1.从 B点通过输出特性曲线上的 Q点做一条直线,
其斜率为 -1/R'L?。
2.R'L= RL∥ Rc，
是交流负载电阻。
3.交流负载线是有交流 输入信号时 Q
点的运动轨迹。
4.交流负载线与直流负载线相交 Q点。
通过图解分析，可得如下结论：
1,vi vBE iB iC vCE |-vo|?
2,vo与 vi相位相反；
3,可以测量出放大电路的电压放大倍数；
4,可以确定最大不失真输出幅度 。
(2)交流工作状态的图解分析
（ 动画 3-1）
① 波形的失真饱和失真截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于 NPN管，
输出电压表现为底部失真。
由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于 NPN管，
输出电压表现为顶部失真。
(3) 最大不失真输出幅度注意：对于 PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与 NPN管正好相反。
波形
（ 动画 3-3）
② 放大电路的最大不失真输出幅度放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：
1.工作点 Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；
2.要有合适的交流负载线 。
动画 3-4
（ 4） 非线性失真
%100
1
2
3
2
2
V
VVT H D?
放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系，不能产生失真。
由于三极管存在非线性，使输出信号产生了非线性失真 。
非线性失真系数的定义,在某一正弦信号输入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比，用 THD表示,即
(5) 输出功率和功率三角形
omom
omom
o 2
1
22 IV
IVP
要想 PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使 Vom 和 Iom 都要大。
放大电路向电阻性负载提供的 输出功率在输出特性曲线上，
三角形?ABQ的面积，
称为 功率三角形 。
三极管的低频小信号模型
(1)模型的建立
1.三极管可以用一个模型来代替。
2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。
3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。
h参数模型
cerebiebe vhihv
ceoebfec vhihi
（ 2)模型中的主要参数
rbe 交流输入电阻
iB—— 输出电流源表示三极管的电流放大作用
Ebb 'be / mV26)1( Irr
① hie为 输入电阻,即 rbe。
② hre为 电压反馈系数,即 μ r。
③ hfe为 电流放大系数,即?。
④ hoe为 输出电导,即 1/rce。
(3) 模型简化
μ r反映三极管内部的电压反馈，
因数量很小，一般可以忽略。
1/rce与电流源并联时，分流极小，
可作开路处理。
用 H参数小信号模型分析共射极基本放大电路
(1)小信号等效电路
(2)电压增益
beib / rVI
bc II
' Lco RIV LcL //= ' RRR
be
L
beb
Lb
beb
Lc
i
o
V r
R
rI
RI
rI
RI
V
V
A
(3)输入电阻
T
T
i I
VR
Ribeb rRR //i?(4)输出电阻
0?
SV
T
T
o
I
V
R
Co RR? Ro
稳定工作点
I1
分压式偏置
VB
I1=(5~10)IB
VB=(3~5)V
CC
bb
b
B VRR
RV
21
2
，或
1
' )1(
eb
BEB
B RR
VVI
21' // bbb RRR?
bC II
)( eCCCCCE RRIVV I
B
(1)确定工作点,Q
,
e
B
e
BEB
EC R
V
R
VVII
C
B
II?
Ie+
Ve
-
VB
+
VBE -
BEB
BECB
VI
VVII 不变因稳定过程
CI 不变因 BV
BEVBI
EV?BI
(2)电压增益
' Lbo RIV
LcL //= ' RRR
ebeb
Lb
i
o
V
RrI
RI
V
V
A
)1(?
eebe RIrIV
bi
ebe RrI )1(b
ebe
L
Rr
R
)1(?
工作点稳定,增益下降。
be
L
beb
Lb
beb
Lc
i
o
V r
R
rI
RI
rI
RI
V
V
A
解决这个矛盾的方法是加电容 Ce。
(3)输入电阻
T
T
i I
VR
Ri
21b // bb RRR?
bRI
bRT III b
ebeb
T
RrR
V
1
11
ebeb RrR 1//
输入电阻 提高了，相当于增加了一个 (1+β)Re的电阻。
(4)输出电阻
Ro
oR?
C
T
o
I
VR
0
eCbSbeb RIIRrI
由 KVL：
bSS RRR //
C
eSbe
eb I
RRr
RI
0
cebCeCbT rIIRIIV?
eSbe
e
ce
C
T
o RRr
Rr
I
VR?1
Coo RRR //
输出电阻 提高了，即提高了电路的恒流特性。
例 1：
解：
求电路的静态参数（ IB,IC,VCE)，及动态参数（ AV,Ri,Ro)。
根据直流通路求静态参数
VVRR RV CC
bb
b
B 75.3
21
2?
VRRIVV eCCCCCE 5.7)23(5.115)(
VB
mA5.12 7.075.3
IB
e
BEB
EC R
VVII
C
B
II? A?25
60
5.1
IC
根据微变等效电路求动态参数
1,电压放大倍数?
VA
KI mVr
E
be 36.1
26)1(300?
KRRR LCL 5.13//3//'
be
L
beb
Lb
i
o
V r
R
rI
RI
V
VA ''
6636.1 5.160
2,输入电阻 Ri
3,输出电阻 Ro（输出端开路，输入电压为零）
Ri
KrR bei 36.1'
Ri'
KRRR ibi 25.136.1//15// ''
KRR Co 3
根据微变等效电路求动态参数例 2：
解：
求电路的静态参数（ IB,IC,VCE)，及动态参数（ AV,Ri,Ro)。
根据直流通路求静态参数与例 1结果完全相同
VVRR RV CC
bb
b
B 75.3
21
2?
VRRIVV eCCCCCE 5.7)23(5.115)(
VB
mA5.12 7.075.3
IB
e
BEB
EC R
VVII
C
B
II? A?25
60
5.1
IC
根据微变等效电路求动态参数
1,电压放大倍数?
VA
KI mVr
E
be 36.1
26)1(300?
KRRR LCL 5.13//3//'
eebeb
Lb
i
o
V
RIrI
RI
V
VA
'?
73.02)601(36.1 5.160 be II )1(?
ebe
L
Rr
R
)1(
'
根据微变等效电路求动态参数
2,输入电阻 Ri
3,输出电阻 Ro（输出端开路，输入电压为零）
Ri
ebei RrR )1('
Ri'
KRRR ibi 4.1336.1 2 3//15// ''
KRR Co 3
2)601(36.1
K36.123
例 3,电路的参数不变，若 β增加一倍，静态参数 （ IB、
IC,VCE),及动态参数 （ AV,Ri,Ro)如何变化。
(1)静态参数
C
B
II?
e
BEB
EC R
VVII
)( eCCCCCE RRIVV
∴ β增加一倍,IC,VCE
不变,IB减小 一倍。
（ 2）动态参数
be
L
i
o
V r
R
V
V
A
'
bebi rRR //?
Co RR?
∴ β增加一倍，
Ri,Ro 不变，
AV增大。
例 4,电路的参数不变，若断开 Ce，静态参数 （ IB、I
C,VCE),及动态参数 （ AV,Ri,Ro)如何变化。
(1)断开 Ce后，静态参数不变。
be
L
V r
RA '
bebi rRR //?
Co RR?
ebe
L
V Rr
RA
)1(
'
ebebi RrRR )1(//
Co RR?
（ 2） 断开 Ce后，动态参数
AV减小,Ri增大,Ro 不变 。
eBeEE RIRIV )1(
共集电极电路
（ 1）求工作点,Q
EBEBbCC VVIRV
eb
BECC
B RR
VVI
)1(
BC II
eCCCCE RIVV
Q eb
CC
RR
V
)1(
(2)电压增益
1
')1(
')1(
Lbe
L
i
o?
Rr
R
V
VA
V?
)( bbLbebi IIRrIVLeL RRR //
)1(
Lbe
i
b
Rr
VI
)( bbLo IIRV bL IR )1(?
输入电压与输出电压同相电压跟随器
（ 3）输入电阻
+
-
TV
TI
Ri
T
T
i I
VR
Lb RR //
（ 4）输出电阻
Ro
beS rRR
o
电压增益 <1，输入电压与输出电压同相，输入电阻高，输出电阻低。
*复合管可提高输入电阻，
提高 β值。
（动画 3-6）
共基极电路
(1)直流分析与共射组态相同。
(2)交流分析
io / VVA v
1//1/
bebe
iii
rRrIVR
e
① 电压放大倍数
② 输入电阻
③ 输出电阻 Ro ≈RC
=βR'L / rbe
放大电路的频率响应在放大电路的通频带中给出了频率特性的概念 ---
幅度频率特性相位频率特性幅频特性是描绘：输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。即
∣ ∣ = ∣ ∣=A?
io /VV f ( )?
相频特性是描绘：输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即
)(io?fVVA ∠∠∠
放大电路的幅频特性和相频特性，称为频率响应。因放大电路对不同频率成分信号的增益不同，从而使输出波形产生失真，称为 幅度频率失真,简称幅频失真。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生失真，称为 相位频率失真,简称相频失真。幅频失真和相频失真是 线性失真 。
(动画 5-1)
产生频率失真的原因
1.放大电路中存在电抗性元件,例如耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、分布电感等 ;
2.三极管的?(?)是频率的函数。
在研究频率特性时，三极管的低频小信号模型不再适用，而要采用高频小信号模型。
RC低通电路的频率响应
2
H
)(1
1
f
f
A v
a r c t g (
H
f f )
式中0 1 1RC 。 vA? 的 模、上限截止频率 和 相角 分别为
0
i
o
j1
1
j1
1
RCV
V
vA? =
R
C
+ +
- -
i o
..
V V
电压放大倍数 (传递函数 )为
RCff H?2
1
0
RC低通电路的频率特性曲线幅频特性的 X轴和 Y轴 都是采用对数坐标,
称为 上限截止频率 。当 时，幅频特性将以十倍频 20dB的斜率下降,或写成 -20dB/dec。在处的误差最大，有－ 3dB。
f ≥ f H
f =fH
f H fH
f =fH当 时，相频特性将滞后 45°,并具有
-45?/dec的斜率。在 0.1 和 10 处与实际的相频特性有最大的误差，其值分别为 +5.7° 和－ 5.7° 。
这种折线化画出的频率特性曲线称为 波特图,是分析放大电路频率响应的重要手段。
fH
)a r c t g (90
L
o ff
RC高通电路
RCff?2
1
L0
2
L
L
)(1
/
f
f
ffA
v
L
L
L
L
i
o
/j1
/j
/j1
/j
ff
ff
V
V
vA? =
L1 1RC 。
式中下限截止频率、模和相角分别为
RC高通电路的近似频率特性曲线单极放大电路的高频响应
（ 1） 高频小信号模型基区体电阻,b'是假想的基区内的一个点。bbr?
,发射结电阻和电容。
ebr? ebC?
,集电结电阻和电容。
cbr? cbC?
受控电流源
ebm Vg?
CEV
EB
C
m v
i
g
根据这一物理模型可以画出 混合 π型高频小信号模型。
高频混合 π型小信号模型电路这一模型中用 代替,这是因为 β本身就与频率有关，而 gm与频率无关。
推导如下,
eb'
.
m Vg
.
b0I?
（ 2）用 代替eb'.m Vg,bI?
eb'm
e b'
eb'
0bo0 Vgr
VI
e b
0
boe b
boc
e b
c
m /
/
rIV
II
V
Ig
由此可见 gm是与频率无关的?0和 rb’e
的比，因此 gm与频率无关。 若 IE=1mA，
gm=1mA/26mV≈38mS。
gm称为跨导，还可写成
T
E
ee0
0
eb'
0
m
1
)1( V
I
rrrg
β0反映了三极管内部，对流经 rb'e的电流 的放大作用。 是真正具有电流放大作用的部分，
β0 即低频时的 β。而
boI?
boI?
在 π型小信号模型中，因存在 Cb’c 和 rb’c,
对求解不便，可通过单向化处理加以变换。
首先因 rb’c很大，可以忽略，只剩下 Cb’c 。可以用输入侧的 C?’和输出侧的 C?’’两个电容去分别代替 Cb’c,但要求变换前后应保证相关电流不变。
（ 3）单向化高频混合 π型小信号电路输入侧
ππ 'III
高频混合 π型小信号电路
CjV
VVCjVVI )1()(
be
ce
becebe?
cbemce RVgV
CjRgVI ) 1( cmbe
则定义放大倍数令,cm RgK?
C K C' ( )1
输出侧
CjKVCjVVI )
11()(
cebece
C KK C''1
所以由于 C?"<< C?',所以可简化为图中 C?' =Cb'e+ C?' 。
简化高频小信号电路几点结论：
1.放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因，下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定；
2.三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因，上限截止频率由高频时间常数中较大的一个决定；
3.由于
)//(,)1(' Lcme b'e b'e b' RRgKCKCC vv
若电压放大倍数 K增加,C'b'e也增加，上限截止频率就下降，通频带变窄。增益和带宽是一对矛盾，所以常把增益带宽积作为衡量放大电路性能的一项重要指标。
4.CB组态放大电路由于输入电容小，所以
CB组态放大电路的上限截止频率比 CE组态要高许多。
符号约定小写符号、小写下标 vi,
表示交流电压（电流）瞬时值。
大写符号、大写下标 VI,
表示直流电压（电流）
小写符号、大写下标 vI,
表示包含有直流的电压（电流）的瞬时值大写符号、小写下标 Vi,
表示交流电压（电流）有效值
