晶体三极管
一、三极管的电流放大原理
晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。
图1、晶体三极管（NPN）的结构
图一是NPN管的结构图，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，从图可见发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极。
当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。
在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确，发射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（控穴）很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流Ie。
由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补纪念给，从而形成了基极电流Ibo根据电流连续性原理得： Ie=Ib+Ic
这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即： β1=Ic/Ib
式中：β--称为直流放大倍数，
集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为： β= △Ic/△Ib
式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。
二、三极管的特性曲线 1、输入特性
图2 （b)是三极管的输入特性曲线，它表示Ib随Ube的变化关系，其特点是：1）当Uce在0-2伏范围内，曲线位置和形状与Uce 有关，但当Uce高于2伏后，曲线Uce基本无关通常输入特性由两条曲线（Ⅰ和Ⅱ）表示即可。
2）当Ube＜UbeR时，Ib≈O称（0～UbeR)的区段为“死区”当Ube＞UbeR时，Ib随Ube增加而增加，放大时，三极管工作在较直线的区段。 3）三极管输入电阻，定义为:
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rbe=(△Ube/△Ib)Q点，其估算公式为： rbe=rb+(β+1)(26毫伏/Ie毫伏）
rb为三极管的基区电阻，对低频小功率管，rb约为300欧。 2、输出特性
输出特性表示Ic随Uce的变化关系（以Ib为参数）从图2（C）所示的输出特性可见，它分为三个区域：截止区、放大区和饱和区。
截止区 当Ube＜0时，则Ib≈0，发射区没有电子注入基区，但由于分子的热运动，集电集仍有小量电流通过，即Ic=Iceo称为穿透电流，常温时Iceo约为几微安，锗管约为几十微安至几百微安，它与集电极反向电流Icbo的关系是： Iceo=(1+β)Icbo
常温时硅管的Icbo小于1微安，锗管的Icbo约为10微安，对于锗管，温度每升高12℃，Icbo数值增加一倍，而对于硅管温度每升高8℃，Icbo数值增大一倍，虽然硅管的Icbo随温度变化更剧烈，但由于锗管的Icbo值本身比硅管大，所以锗管仍然受温度影响较严重的管，放大区，当晶体三极管发射结处于正偏而集电结于反偏工作时，Ic随Ib近似作线性变化，放大区是三极管工作在放大状态的区域。 饱和区 当发射结和集电结均处于正偏状态时，Ic基本上不随Ib而变化，失去了放大功能。根据三极管发射结和集电结偏置情况，可能判别其工作状态。
图2、三极管的输入特性与输出特性
截止区和饱和区是三极管工作在开关状态的区域，三极管和导通时，工作点落在饱和区，三极管截止时，工作点落在截止区。 三、三极管的主要参数 1、直流参数
（1）集电极一基极反向饱和电流Icbo，发射极开路（Ie=0)时，基极和集电极之间加上规定的反向电压Vcb时的集电极反向电流，它只与温度有关，在一定温度下是个常数，所以称为集电极一基极的反向饱和电流。良好的三极管，Icbo很小，小功率锗管的Icbo约为1～10微安，大功率锗管的Icbo可达数毫安，而硅管的Icbo则非常小，是毫微安级。
（2）集电极一发射极反向电流Iceo(穿透电流）基极开路（Ib=0）时，集电极和发射极之间加上规定反向电压Vce时的集电极电流。Iceo大约是Icbo的β倍即Iceo=(1+β)Icbo o Icbo和Iceo受温度影响极大，它们是衡量管子热稳定性的重要参数，其值越小，性能越稳定，小功率锗管的Iceo比硅管大。 （3）发射极---基极反向电流Iebo 集电极开路时，在发射极与基极之间加上规定的反向电压时发射极的电流，它实际上是发射结的反向饱和电流。
（4）直流电流放大系数β1（或hEF） 这是指共发射接法，没有交流信号输入时，集电极输出的直流电流与基极输入的直流电流的比值，即： β1=Ic/Ib 2、交流参数
（1）交流电流放大系数β（或hfe） 这是指共发射极接法，集电极输出电流的变化量△Ic与基极输入电
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流的变化量△Ib之比，即： β= △Ic/△Ib
一般晶体管的β大约在10-200之间，如果β太小，电流放大作用差，如果β太大，电流放大作用虽然大，但性能往往不稳定。
（2）共基极交流放大系数α（或hfb） 这是指共基接法时，集电极输出电流的变化是△Ic与发射极电流的变化量△Ie之比，即： α=△Ic/△Ie
因为△Ic＜△Ie，故α＜1。高频三极管的α＞0.90就可以使用 α与β之间的关系： α= β/（1+β）
β= α/（1-α）≈1/（1-α）
（3）截止频率fβ、fα 当β下降到低频时0.707倍的频率，就是共发射极的截止频率fβ；当α下降到低频时的0.707倍的频率，就是共基极的截止频率fαo fβ、fα是表明管子频率特性的重要参数，它们之间的关系为： fβ≈（1-α）fα
（4）特征频率fT因为频率f上升时，β就下降，当β下降到1时，对应的fT是全面地反映晶体管的高频放大性能的重要参数。 3、极限参数
（1）集电极最大允许电流ICM 当集电极电流Ic增加到某一数值，引起β值下降到额定值的2/3或1/2，这时的Ic值称为ICM。所以当Ic超过ICM时，虽然不致使管子损坏，但β值显著下降，影响放大质量。 （2）集电极----基极击穿电压BVCBO 当发射极开路时，集电结的反向击穿电压称为BVEBO。 （3）发射极-----基极反向击穿电压BVEBO 当集电极开路时，发射结的反向击穿电压称为BVEBO。 （4）集电极-----发射极击穿电压BVCEO 当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，使用时如果Vce＞BVceo，管子就会被击穿。
（5）集电极最大允许耗散功率PCM 集电流过Ic，温度要升高，管子因受热而引起参数的变化不超过允许值时的最大集电极耗散功率称为PCM。管子实际的耗散功率于集电极直流电压和电流的乘积，即Pc=Uce×Ic.使用时庆使Pc＜PCM。
PCM与散热条件有关，增加散热片可提高PCM。 一、三极管 1.三极管的放大作用
图1是收信放大管的结构及符号图，栅极用符号g表示，栅极具有控制阳极电流ia的作用。由于栅极与阴极之间的距离较阳极与阴极间的距离近得多，所以栅极对阴极发射电子的影响也较阳极的影响大得多，即是说栅极控制电子的能力要比阳极大得多，栅压ug有多少量的变化，就能引起阳极电流ia发生较大的变化，这就是三极管具有放大作用的原因。
图1三极管结构及符号
2.三极管的静态特性曲线
（1）阳极特性曲线，指栅压ug为常数时，阳极是电流ia与阳极电压ua的变化关系曲线，采用图2的线路可测出在极管阳极特性曲线，图3表示6N8P的阳极特性曲线簇。
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图2、测量三极管静态特性曲线的电路
从阳极特性的曲线簇可以看出：
1）它的每条曲线形状和二极管的行性曲线相似，栅压愈负，曲线愈向右移。这是因为栅压为负进，只有当阳极电压增加到能够抵消在阴极附近产生的排斥电场以后，才会产生阳极电流。
2）特性曲线的大部分是彼此平行的直线，间隔也比较均匀，但在阳极电流较低的部分，曲线显得弯曲。 3）从图中还可以看出，栅压电流可变化4毫安，若栅压保持---8伏不变，要使阳极电流变化4毫安，则阳极电压应变化40伏才行，这说明书栅压对阳极电流的控制作用是阳极电压控制作用的20倍。 （2）阳栅特性曲线，指阳极电压为常数时，阳极电流ia与栅压ug的变化关系曲线。
仍用图2测量阳栅特性曲线。只要把阳极电压ua固定在某一数值上，然后一条阳栅特性曲线，在不同的阳极电压下作出很多条曲线就组成特性曲线簇。图4为6N8P阳栅特性曲线簇。
图3、6N8P阳极特性曲线
图4、6N8P阳栅特性曲线
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从曲线簇可以看出：
1）在阳极电压为定值时，随着负栅压的增加，阳极电流减小。当负栅压增加到某一个数值时，阳极电流减小到零，这时称为阳极电流截止，对应的栅压称为截止栅压。
2）阳极电压越高，特性曲线越往左移，这是因为阳极电压越高，要使阳极电流截止的负栅压也越大。 3）从图中还可看出栅压变化对阳极电流的变化影响很大。 3.三极管的参数 （1）跨导
跨导的定义是：在阳压保持不变时，栅压ug在某一工作点上变化一个增量△ug，将引起阳极流ia相应地弯化一个增量△ia，比值△ia/△ig称为跨导，用符号S表示，即： S=[△ia/△ig|ua（固定）]（毫安/伏）
跨导具有电导的性质，其物理意义是：在阳压固定不变的条件下，当栅压变化1伏时，阳流变化了多少毫安。它表明栅压控制阳流的能力，跨导越大，栅压控制阳流的能力就越强。
电子管的跨导可以从已知的阳栅特性曲线簇上求出。特性曲线的不同部分的跨导值是不一样的。曲线越陡（即斜率越大）跨导就越大，所以在特性曲线的直线部分，跨导最大，而且各点跨导差不多相同，因此，电子管手册中给出的跨导，都是指直线部分的跨导值，一般三极管的跨导值约为2～10（毫安/伏） （2）内阻
内阻的定义是：在栅压保持不变时，阳压ua在某一工作点上弯化一个增量△ua，将引起阳流相应地变化一个增量△ia，比值△ua/△ia称为内阻，用符号Ri表示，即： Ri=[△ua/△ia|ig（固定）]（欧姆） 当ia为毫安，ua为伏时，则Ri为千欧。
内阻的物理意义是：在栅压保持不公的条件下，阳流变化1毫安，阳压需要变化多少伏，这表明了阳极对阳流的控制能力，内阻越小，阳压控制阳流的能力就越强。
内阻也可以从阳极特性曲线上求出，由于电子管的阳极特性曲线不是直线，所以曲线上各点的内阻值也不相同，曲线越陡（即斜率越大）时，内阻越小，曲线越平直（即斜率越小）则内阻越大，一般三极管内阻值为500欧至100千欧之间。 （3）放大系数
放大系数的定义是：阳压变化一个增量△ua为了保持阳流不变，栅压ug必须相应地变化一个△ug，△ua与△ug比值的绝对值，称为放大系数，用符号μ表示，即： μ=△ua/△ug|ia（固定）
放大系数没有单位，它表明栅压对阳流的影响比阳压对阳流的影响大多少倍，一般三极管的放大系数在5～100之间。
（4）三个参数之间的关系
电子管的三个参数S、Ri和μ三者之间有一定的关系，这个关系可用下式求得：根据Ri的定义：Ri=△ua/△ia，因为增量△ua与△ia一定是同符号的，所以 Ri=△ua/△ia=|△ua/△ia|
又根据S的定义：S=△ia/△ua增量△ia与△ug也是同符号的，所以 S=△ia/△ia=|△ia/△ug| 把Ri与S相乘可得
RiS=|△ua/△ia|×|△ia/△ug|=△ua/△ig=μ（倍） 则μ可以写成 μ=RiS
这个方程称为电子管的内部方程。它表示电子管的三个参数之间的相互关系，即放大系数等于内阻与跨导的乘积。
4.三极管的极间电容及其影响
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三极管及场效应管原理及参数9页
