晶体管电路基础
晶体管基础知识
第1章 半导体器件
I / mA
UZ UZ A O IZmin U/V ＋ Ui B IZmax － R
(b)
＋ Uz －
(a)
(c)
图10 稳压管的伏安特性曲线、 （a）伏安特性曲线；（b）图形符号；（c）稳压管电路
稳压管工作在击穿区时的稳定电压
5、汽车用整流二极管：P82—图5-21
汽车交流发电机用硅整流二极管，具有 一个引出极，另一个是外壳，参见教材P82 图5-21
汽车用二极管分为正向二极管和反向二 极管两种。正向二极管的引出端为正极，外 壳为负极，通常在正向二极管上涂有红点； 反向二极管的引出端为负极，外壳为正极， 通常在反向二极管上涂有黑点。
路里的开关元件，以及作为小电流的整流管。
N型锗片 阳极 引线 阴极 引线
铝合金小球
阳极引线 PN结
N型硅
金锑合金 底座
金属触丝 (a)
外壳 (b) 阴极引线
a）点接触二极管PN结接触面积小，不能通过很大的正向电
流和承受较高的反向工作电压，工作效率高， 常用来作为检波器件。
图7 半导体二极管的结构及符号 （a）点接触型结构;（b）面接触型结构;
流很小，PN结截止，这就是PN结的单向导电性。
第1章 半导体器件
2. 半导体二极管
把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一 个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基 本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、 稳压管和整流管等。
硅高频检波管
开关管
稳压管
整流管
发光二极管
电子工程实际中，二极管应用得非常广泛，上图所示即 为各类二极管的部分产品实物图。
图8 二极管的伏安
晶体管放大电路的基本分析方法
VBQ
由此，
VVBQCC的大R小b1R与b2三Rb极2 管的参数无关。
2、工作原理 温度变化时，三极管的参数将发生变化，导致工作点
偏移。 分压式偏置电路稳定工作点的过程可表示为：
T(温度) (或 ) ICQ IEQ VEQ VBEQ IBQ
其中 Ce 的作用是提供交流信号的通道，减少信号的损 耗，使放大器的交流信号放大能力不因而降低。
IBQ
VCC
VBEQ Rb
ICQ IBQ
VCEQ VCC ICQ Rc
VBEQ ：硅管一般为 0.7 V，锗管为 0.3 V。一个 放大器的静态工作点的设置是否合适，是放大 器能否正常工作的重要条件。
5、静态工作点对放大器工作状态的影响。
若 Rb 阻值适当，使 IBQ 有合适的数值，则基极 的总电流IBQ+ib 始终是单方向的电流，即它只 有大小的变化，没有正负极性的变化，这样就 不会使发射结反偏而截止，从而避免了输入电 流 ib 的波形失真。
三）放大原理
1、放大电路 输出：从集电极和发射极之间输出。
输入：从基极和发射极之间输入。 电路中，vBE、iB、ic、vCE 随 vi 变，变化作用如下：
vi→vBE→iB→iC→vCE→vo
2、放大原理 vi 的变化将产生变化的基极电流，使基极总电
流发生变化，集电极电流在集电极电阻上产生
压降，使放大器的集电极电压将随之变化。通
例1、图示的电路中，设三极管 = 50，其余参数见
图（。4）试ri求；：（（5）1）ro静。态工作点；（2）rbe ；（3）Av ； 解:（1）求静态工作点
IBQ
VCC Rb
12 V 270 k
晶体管培训资料
电阻器是一种被动元件，它通过限制电流的流动来改变电压 。晶体管则是一种主动元件，它可以通过放大或开关合电流 来控制电流的流动。
晶体管与二极管
总结词
二极管是单向导电的元件，而晶体管可以放大、开关合和双向导通电流。
详细描述
二极管只允许电流在一个方向上流动，而晶体管可以在没有电阻的情况下双 向导通电流。此外，晶体管还可以放大和开关合电流，而二极管只能单向导 电。
晶体管电路的优化方法
电路优化原则
了解电路优化的一般原则，包 括提高性能指标、降低成本、
减小体积等。
元器件选型优化
选用适当的元器件，如高质量的 电阻电容、低噪声的晶体管等， 提高电路的整体性能。
电路设计优化
通过改进电路拓扑结构、优化元件 布局、选择合适的电源等措施，减 小电路的误差、提高电路性能和可 靠性。
晶体管种类
双极型晶体管
由三极或四极组成，具有高放 大倍数、高速放大倍数和低噪 声等优点，广泛用于信号放大
和开关电路中。
场效应管
通过电场作用实现信号放大和开 关，具有低噪声、高输入阻抗等 优点，适用于高速、低噪声电路 中。
晶闸管
一种大功率控制器件，具有导通、 关断和触发等作用，常用于交流开 关电源、电机控制等大功率应用场 景中。
06
实践案例：晶体管电路设计技巧
晶体管电路设计基本原则
掌握电路设计基本原理
了解电路的基本组成、电流电压关系、欧姆定律、基尔霍夫定律等基本电学知识。
熟悉晶体管特性
了解晶体管的静态和动态特性，包括极间电容、放大倍数、频率响应等，以便合理选择晶体管。
掌握信号流程和干扰控制
理解信号的基本流程，包括输入、放大、输出，以及如何控制干扰，提高电路的信噪比。
晶体三极管及其基本放大电路
22
2.4、三极管的主要参数
• 1、电流放大系数 • i)共射极电流放大系数
直流电流放大系数 IC
IB
交流电流放大系 数 Vic
Vib
h（ fe 高频）
一般工作电流不十分大的情况下,可认为
Ma Liming
Electronic Technique
23
ii)共基极电流放大系数
共基极直流电流放大系数
3
6
9
IB=0 12 vCE(V)
区时, 有:VB>VC Rb
+
－
UBB
Ma Liming
+ 对于PNP型三极管,工作在饱和区 UCC 时, 有:VB<VC<VE
－
Electronic Technique
13
例:如图，已知三极管工作在放大状态, 求:1).是NPN结构还是PNP结构?
Ma Liming
Electronic Technique
20
方法二：用万用表的 hFE档检测 值
1. 拨到 hFE挡。
2.将被测晶体管的三个引脚分别插入相应的插孔 中（TO-3封装的大功率管，可将其3个电极接 出3根引线，再插入插孔），三个引脚反过来 再插一次，读数大的为正确的引脚。
3.从表头或显示屏读出该管的电流放大系数。
N
b
c PV
Rb
eN
+
－
UBB
Ma Liming
+
UCC 对于PNP型三极管,工作在放大区 － 时, 有:VC<VB<VE
Electronic Technique
10
iC(mA ) 4 3
2 1
晶体管工作的条件和晶体管工作状态的判断
晶体管工作的条件和晶体管工作状态的判断晶体管是模拟电路中基础的器件，对于电子工程师来说，了解晶体管工作的条件和判断晶体管的工作状态都是非常基础的，本文将带大家一起学习或回顾一下。
一、晶体管工作的条件1、集电极电阻Rc：在共发射极电压放大器中，为了取出晶体管输出端的被放大信号电压Use（动态信号），需要在集电极串接一只电阻Rc。
这样一来，当集电极电流Ic通过时，在Re上产生一电压降IcRc，输出电压由晶体管c-e之间取出，即Usc=Uce=Ec-IcRc，所以Use也和IcRc —样随输入电压Ui的发生而相应地变化。
2、集电极电源Ec（或Vcc）：Ec保证晶体管的集电结处于反向偏置，使管子工作在放大状态，使弱信号变为强信号。
能量的来源是靠Ec的维持，而不是晶体管自身。
3、基极电源Eb：为了使晶体管产生电流放大作用，除了保证集电结处于反向偏置外，还须使发射结处于正向偏置，Eb的作用就是向发射结提供正向偏置电压，并配合适当的基级电阻Rb，以建立起一定的静态基极电流Ib。
当Vbe很小时，Ib=O，只有当Vbe超过某一值时（硅管约0.5V，锗管约0.2V，称为门槛电压），管子开始导通，出现Ib。
随后，Ib将随Vbe增大而增大，但是，Vbe和Ib的关系不是线性关系：当Vbe大于0.7V后，Vbe再增加一点点，Ib就会增加很多。
晶体管充分导通的Vbe近似等于一常数（硅管约0.5V，锗管约0.5V）。
4、基极偏流电阻Rb：在电源Eb的大小已经确定的条件下，改变Rb的阻值就可以改变晶体管的静态电流Ib，从而也改变了集电极静态电流Ic和管压降Vce，使放大器建立起合适的直流工作状态。
二、晶体管工作状态的判断晶体三极管工作在放大区时，其发射结（b、e极之间）为正偏，集电结（b、c极之间）为反偏。
对于小功率的NPN型硅，呈现为Vbe≈0.7V，Vbc《0V（具体数值视电源电压。
电子技术基础： 晶体管放大电路
输入电压为零时， 电路输出电压会偏离 初始值，随时间作缓慢、
无规则地变动。
Vcc
三、电路特点
ui
uo
6.4 功率放大电路
6.4.1 功率放大电路的基本特点
一、输出功率足够大
输出足够大的信号电压、足够大的信号电流。
二、转换效率尽可能高
效率：交流输出功率与电源提供的直流功率之比。
6.2.4 稳定静态工作点的放大电路
1.温度对静态工作点的影响 T↑→ICBO↑,温度每升高10oC, ICBO↑一倍 T↑→UBE↓,温度每升高1oC, UBE↓2.5mv T↑→β↑,温度每升高1oC,β↑ 0.5%—1%
100℃ 27℃
0℃
温度扫描分析
6.2.4 稳定静态工作点的放大电路
2. 典型的稳定静态工作点电路 一、电路构成
三、非线性失真尽可能小
工作在大信号状态，难免带来非线性失真。
四、重视功率管的散热和保护
功率放大电路的分类 分类：
1、甲类状态：晶体管在整个信号周期内导通。
2、乙类状态：晶体管只在信号半个周期内导通。 3、甲乙类状态：晶体管导通时间略大于半个周期。
6.4.2 互补对称功率放大电路
1.互补对称乙类功放电路(OCL电路)
(1 )RL rbe (1 )RL
RL = Re // RL
输入电阻Ri
Ri
Ui Ii
Rb
// [rbe
(1 )RL ]
输出电阻Ro
Ro
Uo Io
Re
// (rbe
RS // Rb )
1
特点：Au略小于1；Uo与Ui同相；Ri大，Ro小; 有电流、功率放大作用。
电工电子技术基础知识点详解3-1-晶体管的微变等效电路
主要内容： 晶体管的微变等效电路的概念；放大电路的微变等效电路。
重点难点： 放大电路的微变等效电路。
晶体管的微变等效电路微变等效电路：
把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即 把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。 线性化的条件：
晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附 近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。
晶体管的 输入电阻
rbe
U BE IB
U CE
ube ib
UCE
晶体管的输入回路 ( B、E 之间 )可用 rbe 等
效代替， 即由 rbe 来确定ube和 ib 之间的关系。
对于小功率晶体管：
rbe
200()
(1
β)
26(mV IE (mA
) )
rbe一般为几百欧到几千欧。
(2) 输出回路
微变等效电路法： 利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数 Au、
输入电阻 ri、输出电阻 ro等。
1. 晶体管的微变等效电路 晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。
(1) 输入回路
IB
当信号很小时，在静态工作点附近的 输入特性在小范围内可近似线性化。
Q IB
UBE
O
UBE
输入特性
分析时假设输入为正弦 交流，所以等效电路中的电 压与电流可用相量表示。
ii B ib
+ RS
+ ui RB
es
--
ic C
ib
rbe
RC
E
微变等效电路
Ii B Ib
Ic C
+
RS
晶体管知识点总结
晶体管知识点总结晶体管是一种半导体器件，广泛应用于电子设备中，是现代电子技术的基础。
晶体管的发明和应用，极大地推动了电子技术的发展，使得现代电子设备变得更加小型化、高效、稳定和便携。
下面我们将对晶体管的基本原理、结构、工作原理和应用进行详细介绍。
一、晶体管的基本原理1. 电子运动的基本原理电子是原子的一个组成部分，带有负电荷。
在半导体晶体中，有大量的自由电子，在外加电压的作用下，这些自由电子会受到电场的驱动，从而在晶格中运动。
同时，半导体中还有空穴，即电子从原子轨道中跃迁出去后留下来的空位，空穴带有正电荷，也会在外加电压下发生移动。
2. PN结和二极管的基本原理PN结是由n型半导体和p型半导体组成的结构，它具有正向导通和反向截止的特性。
当PN结处于正向偏置时，n区的自由电子会向p区移动，p区的空穴会向n区移动，导致电子和空穴的复合，形成导电通道，电流得以通过。
而当PN结处于反向偏置时，n区和p区的电荷云层会被电场的作用扩散，形成空间电荷区，此时电流不能通过。
3. 晶体管的基本原理晶体管是由两个PN结构组成的器件，即P型区和N型区交替排列，整体上形成三个电极分别为集电极、发射极和基极。
当在基极和发射极之间加上正向偏置电压时，n区的自由电子会向p区移动，电子和空穴会在P区与N区的交界处结合而产生电流放大的效应。
这样，就实现了晶体管的放大功能，使得电子信号得以放大，并通过集电极输出。
二、晶体管的结构1. 晶体管的主要构成晶体管主要由P型半导体、N型半导体和金属电极组成。
P型半导体富含空穴，电子的迁移率较低；N型半导体富含自由电子，电子的迁移率较高；金属电极则起到了连接内部半导体材料的作用。
2. 晶体管的结构类型晶体管有多种不同的结构类型，包括双极型晶体管、场效应晶体管、异质结晶体管等。
不同结构的晶体管在性能和应用方面都有所不同，需根据具体的应用场景进行选择。
三、晶体管的工作原理1. 晶体管的工作状态晶体管主要有截止状态和放大状态两种工作状态。
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习题答案5-2 在图5-98电路中，Ω=k 1R ，V 10=E ，V sin 20t u i ω=，试分别画出输出电压o u 的波形。
二极管的正向压降忽略不计。
o(b)o(a)a)b)图5-98 习题5-2图解：其输入、输出电压u o 的波形如图所示（图中导通、截止指二极管的状态）。
（a ） （b ）图7-245-5 在图5-101电路中，试分别求出下列情况下输出端F 的电位及流过各元件的电流。
（1）V A = +10V ，V B =0V ； （2）V A = +6V ， V B = +5.8；（3）V A =V B = +5V 。
二极管的正向压降忽略不计。
FD 题图1.5图5-101 习题5-5图解：（1）当V A = +10V ，V B =0V 时，D A 导通、D B 截止，F 9109V 19V =⨯=+, F 391mA 910R V I R ===⨯，A A F D 331091mA 110110V V I --===⨯⨯，B D 0A I = （2）当V A = +6V ，V B = +5.8V 时，D A 、D B 都导通，根据弥尔曼公式得：33F 3336 5.8110110 5.95V 111110110910V +⨯⨯==++⨯⨯⨯，F 35.590.62mA 910R V I R ===⨯ A A F D 30.41mA 110V V I -==⨯， B B F D 30.21mA 110V VI -==⨯（3）当V A = V B = 5V 时，D A 、D B 都导通，33F 33355110110 4.74V 111110110910V +⨯⨯==++⨯⨯⨯ F 34.740.53mA 910R V I R ===⨯，A BD D 35 4.740.26mA 110I I -===⨯5-6 在图5-102中，已知稳压管2CW19的稳定电压U Z =12V ，最大稳定电流I Zmax ＝18mA ，稳定电流I Z ＝5mA ，当R L 在2k Ω~1k Ω范围内变化时，限流电阻R 的取值范围应该是多少？RRVAA Ωk 1k2DS 题图1.11UI+题图1.10L图5-102 习题5-6图解：Z Lmin Lmax 126A 2U I m R ===；Z Lmax Lmin 1212A 1U I m R === 2012618A mA m R --<；2012125A mA m R --> 得：0.3330.471K R K Ω<<Ω5-7 在图5-103中，已知U i =30V ，稳压管2CW4的稳定电压U Z =12V ，稳定电流I Z＝5mA ，最大稳定电流I Zmax ＝20mA （直流电压表内阻∞、电流表内阻0）。
（1）开关S 闭合，电压表、电流表的读数各为多少？流过稳压管电流I Z 是多少？ （2）开关S 闭合，U i 升高10％，试问上述各量有何变化？ （3）开关S 断开，U i =30V ，流过稳压管电流I Z 是多少？（4）开关S 断开，U i 升高10％，此时稳压管的工作状态是否正常？（5）开关S 闭合，U i =30V ，减少R 2，使R 2=750Ω，此时稳压管的工作状态是否正常？Ω题图1.11题图1.10图5-103 习题5-7图解：（1）12V V =；13012181A mA -==；21262A mA ==；12Z I mA = （2）12V V =；1303010%12211A mA +⨯-==；21262A mA ==；15Z I mA =（3）3012181Z I mA -==（4）max 303010%12211Z Z I mA I +⨯-==>；稳压管工作不正常。
（5）13012181A mA -==；212160.75A mA ==；18162Z Z I mA I =-=<稳压管工作不正常。
5-9 有两个晶体管分别接在电路中，当工作在放大状态时测得三个管脚的电位（对“地”）分别如表5-5所列，试判别管子的三个电极及类型（硅管？锗管？NPN 管？PNP 管？）。
表5-5习题5-9表解：晶体管Ⅰ为锗管，其类型为PNP 型。
1脚为集电极；2脚为基极；3脚为发射极。
晶体管Ⅱ为硅管，其类型为NPN 型。
1脚为基极；2脚为发射极；3脚为集电极。
5-10 判断题图5-114中晶体管的工作状态。
-12V-12.3V-6.3V-3V+0.1V -0.2V +6V题图2.1(a)(b)(c)a) b) c) 图5-104 习题5-10图解：（a ）放大；（b ）放大；（c ）截止；5-11 单相桥式整流电路如图5-30所示，已知变压器副边电压有效值U 2=300V ，负载电阻R L =300Ω。
试求：（1）整流电压平均值U o ，整流电流平均值I o ；（2）每个二极管平均电流I D ，承受最大反向电压U RM ； （3）变压器副边电流的有效值I 2。
u 0图5-30 单相桥式整流电路解：（1）o(AV)20.90.9300270V U U ==⨯=，o(AV)o(AV)L2700.9A 300U I R === （2）o(AV)0.45A 2D I I ==，RM 2424V U =（3）22L1A I U R =====5-13 在图5-105电路中，已知Ω=80L R ，直流电压表○V 的读数为110V ，试求： （1）直流电流表○A 的读数； （2）整流电流的最大值； （3）交流电压表○V1的读数；（4）变压器副边电流的有效值。
二极管的正向压降忽略不计。
题图1.6题图1.7RD～Du uuo i图5-105 习题5-13图解：（1）直流电流表○A 的读数即为负载R L 中的电流I o 。
o o L 1101.375A 80U I R === （2）变压器副边电压的有效值为o2244.4V 0.45U U ==，变压器副边的峰值电压为2max 2345.6V U =，则整流电流的最大值2maxmax L4.32A U I R ==。
（3）交流电压表V 1的读数就是变压器副边电压有效值U 2，即V 1=244.4V ， （4）变压器副边电流的有效值2 2.16A I =====5-17晶体管放大电路如图5-109所示，已知U CC =12V ， R C =3k Ω，R B =240k Ω，晶体管的β为40，U BE =0.7V 。
（1）试用直流通路估算静态值I B 、I C 、U CE ；（2）静态时（u i = 0），C 1、C 2上的电压各为多少？并标出极性。
CCou图5-109 习题5-17图解：（1）直流通路如图a 所示。
μA 47mA 2407.012=-=-=B BE CC B R U U I1.88m A μA 4740=⨯==B C I I βV 4.6388.112=⨯-=-=C C CC CE R I U U（a ） （b ）（2）静态时，C 1、C 2上的电压分别为0.7V 、6.4V ；其极性如图b 所示。
8-5 在上题中，改变R B 使U CE =3V ，R B 应等于多少？改变R B 使I C =1.5mA ， R B 又应等于多少？ 解：当U CE =3V 时，CC CE C C 123mA 3mA 3U U I R --===mA 075.0mA 403===βCB I ICC BE B B 120.7k 150.7k 0.075U U R I --==Ω=Ω当I C =1.5mA 时，mA 0375.0mA 405.1===βC B I I CC BE B B 120.7k 301k 0.0375U U R I --==Ω=Ω5-18 在上题中，改变R B 使U CE =3V ，R B 应等于多少？改变R B 使I C =1.5mA ， R B 又应等于多少？解：当U CE =3V 时，CC CE C C 123mA 3mA 3U U I R --===mA 075.0mA 403===βCB I ICC BE B B 120.7k 150.7k 0.075U U R I --==Ω=Ω当I C =1.5mA 时，mA 0375.0mA 405.1===βCB I I CC BE B B 120.7k 301k 0.0375U U R I --==Ω=Ω5-19在图5-109电路中，若U CC =10V ，今要求U CE =5V ，I C =2mA ，试求R C 、 R B 的阻值。
设晶体管的β为40。
解：当U CC =10V ，U CE =5V ，I C =2mA 时，CC CE C C 1052.5k 2U U R I --===ΩmA 05.0mA 402===βCB I I ； 100.7186k 0.05CC BE B B U U R I --===Ω5-20 放大电路如图5-109所示，画出微变等效电路，分别求以下两种情况的电压放大倍数A u ：（1）负载电阻R L 开路；（2）R L = 6 k Ω。
解：其画出微变等效电路如图所示。
（1）be B 26mV 261010563Ω0.047r I =+=+= 负载电阻R L 开路时o C i be 4032130.563u U R A U r β-⨯===-=- （2）当R L = 6 kΩ时，o i be ||403||61420.563C L u U R R A U r β-⨯===-=-5-22 电路如图5-110所示，已知U CC =12V ，R B1=68k Ω，R B2=22k Ω，R C =3k Ω，R E =2k Ω，R L =6k Ω，晶体管的β为60，设R S =0。
（1）计算静态值I B 、I C 、U CE （U BE =0.7V ）；（2）画出微变等效电路，求电压放大倍数A u 、输入电阻r i 和输出电阻r o 。
-CCU +Se 0u 题图2.4图5-110 习题5-22图解：（1）直流通路如图a 所示。
（a ）（b ）2122212 2.9V 2268B BB CC B B R U U R R ==⨯=++12 2.90.70.0159mA ||(1)68||22612BB BE B B B E U U I R R R β--===+++⨯0.95mA(1)0.97mA C B E B I I I I ββ===+=120.9530.9727.21V CE CC C C E E U U I R I R ≈-+=-⨯-⨯=（2）微变等效电路如图b 所示be 26mV 6026mV1010 1.65k 0.95mAC r I β⨯=+=+=Ω 放大电路电压放大倍数为be ||603||6731.65C L u R R A r β-⨯==-=-放大电路输入电阻为12||||68//22//1.65 1.5k i B B be r R R r ===Ω 放大电路输出电阻为o 3k C r R ==Ω。