三极管及其放大电路.pdf

三极管是一种重要的半导体器件，主要用于电流放大、开关、稳定电压和振荡等多种电子电路中。在放大电路中，三极管能够将微弱的输入信号转换为较强的输出信号，其基本形式有NPN型和PNP型两种。NPN型三极管的结构包括一个N型半导体作为集电极，另一个N型半导体作为发射极，以及夹在它们之间的P型半导体作为基极。PNP型的结构则相对应地由P型半导体作为集电极和发射极，夹着N型半导体作为基极。每一种类型都有其特定的工作原理和使用场景。 三极管之所以能够放大电流，主要在于其构造中包含了两个PN结。它们的构造方式不是简单的两个二极管叠加，而是共享一个区，即基区。基区做得很薄，这使得两个PN结能够相互影响并形成一个紧密联系的整体。在外加电压的作用下，基极电流、集电极电流和发射极电流得以形成，其中基极电流的变化会引起集电极电流和发射极电流按比例变化，从而实现电流的放大作用。 放大原理中，β是三极管的一个重要参数，也就是电流增益，通常称为直流电流放大系数或hFE。β值代表了基极电流变化所引起的集电极电流变化的倍数。例如，基极电流变化10微安时，如果β=50，那么集电极电流将变化500微安。三极管之所以不能单独将小电流变成大电流，而是通过控制作用来实现对电路中电流的调节，是由于它相当于一个电流分配器，通过改变集电极和发射极之间的等效电阻来调节流过三极管的电流。 三极管工作在放大区的条件是其集电极-发射极电压（VCE）必须高于基极-发射极电压（VBE），且基极电流不能太大以至于使集电极-发射极之间的电阻（RCE）降到最小值，即进入饱和状态。此时的三极管才能将输入电流信号线性放大。当三极管饱和时，输出电流不随输入电流成比例变化；而当三极管截止时，输出电流为零，也不能放大信号。三极管的工作状态可以通过其输出特性曲线来表示，这条曲线展示了集电极电流与集电极-发射极电压之间的关系。 在分析三极管放大电路时，必须确定一个静态工作点，即直流工作点。静态工作点的选取至关重要，因为它决定了信号放大时不会进入饱和或截止状态。分析过程需要考察晶体管的输入特性曲线和输出特性曲线，并通过负载线来确定这个工作点。负载线是输出回路中VCE与IC的关系曲线，通过改变基极电流可以移动负载线，从而调整静态工作点。 三极管放大电路的应用十分广泛，从简单的信号放大到复杂的电子系统都有涉及。要保证三极管放大电路的稳定性和可靠性，设计时还必须考虑三极管的极限参数，包括最大集电极电流ICM、最大集电极-发射极电压VCEM、最大功率耗散PM等。这些参数会受到制造工艺、温度、频率等因素的影响，设计时需要留有余量，避免因超出极限参数而损坏器件。