電子線路設(shè)計元件篇元件——半導(dǎo)體三極管1．概述半導(dǎo)體三極管可分為雙極型（BJT）、場效應(yīng)管（FET）和光電三極管。雙極型半導(dǎo)體三極管雙極型三極管的三個引腳命名為基極（B）、發(fā)射極（E）和集電極（C）。按材料分可分為鍺管和硅管；按結(jié)構(gòu)分可分為點接觸型和面接觸型；按工作頻率分可分為高頻管(3MHZ以上)、低頻管、開關(guān)管；按功率分可分為大、中、小型三極管；按PN結(jié)的不同可分為PNP、NPN型。圖2-1所示為三極管的外觀圖。元件——半導(dǎo)體三極管三極管在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上都是在一塊半導(dǎo)體上制造兩個距離很近的PN結(jié)，這兩個PN結(jié)把整個半導(dǎo)體分成三個區(qū)并引出3個引腳，分別為：發(fā)射極e；基極b；集電極c。其中基區(qū)參雜濃度低，厚度薄；發(fā)射區(qū)參雜濃度最高；集電區(qū)的面積最大。所以三極管要分清楚三個極，使用時不能弄錯。根據(jù)三極管中兩個PN結(jié)構(gòu)組合方式的不同，可以分成兩種類型：NPN型和PNP型三極管。兩者在符號上的區(qū)別是發(fā)射極箭頭的方向，它代表PN結(jié)正向接法時的電流方向。因此，NPN型的發(fā)射極箭頭朝外，PNP型的箭頭向內(nèi)。元件——半導(dǎo)體三極管2．三極管的電流分配和放大原理要使三極管起放大作用，其工作電源的接法必須是：三極管的發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓，并且反向電壓要高于正向電壓2倍以上?？紤]到使用雙電源不方便，實際電路一般采用單電源的形式，Rb>Rc。元件——半導(dǎo)體三極管三極管放大時，其中的電流方向和各極極性(電壓方向)如下圖所示。當(dāng)|UCE|>|UBE|時，保證集電結(jié)反向偏置。IB表示基極電流，IC表示集電極電流，IE表示發(fā)射極電流。元件——半導(dǎo)體三極管3.三極管的電流分配和放大的電路仿真打開multisim8,輸入如下的電路，開啟仿真，測試IB、IC、IE，UBE和UCE。元件——半導(dǎo)體三極管仿真數(shù)據(jù)分析改變R1變阻器的阻值，記錄測量得到的IB,IC,IE,列于表2-1。元件——半導(dǎo)體三極管仿真數(shù)據(jù)分析（1）觀察實驗數(shù)據(jù)中的每一列，可以得到結(jié)論：IE=IC+IB。此結(jié)果符合基爾霍夫電流定律(KCL)。（2）IC和IE比IB大得多，并且IC與IB的比值基本不變（在某個區(qū)域）。（3）β和β含義不同，但相差不大，往往不嚴(yán)格區(qū)分。（4）當(dāng)IB=0（將基極開路）時IC=ICEO，并不為0，稱ICEO為穿透電流，通常ICEO越小的管子，其熱穩(wěn)定性越好。（5）要使三極管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏置，而集電結(jié)必須反向偏置。元件——半導(dǎo)體三極管3．三極管的特性曲線三極管的特性曲線是用來表示該晶體管各極電壓和電流之間的相互關(guān)系的，它反映出晶體管的性能，是分析放大電路的重要依據(jù)。最常用的是共發(fā)射極接法時的輸入特性曲線和輸出特性曲線。測試電路如下圖。元件——半導(dǎo)體三極管3.1三極管的輸入特性曲線輸入特性曲線是指當(dāng)集-射極電壓UCE為常數(shù)時，輸入電路（基極電路）中基極電流IB和集-射極電壓UBE之間的關(guān)系曲線IB=f(UBE)。對于硅管，UCE>1V之后的輸入特性曲線基本上是重合的，所以通常只畫出UCE≥1V的一條輸入特性曲線。由于三接管的發(fā)射結(jié)是一個PN結(jié)，且需要正向偏置，所以三極管的輸入特性曲線與二極管的正向特性曲線是一樣的。元件——半導(dǎo)體三極管3.1三極管的輸入特性曲線從曲線上可以看出，輸入特性曲線可分為非線性區(qū)（BC、B’C’）和線性區(qū)（AB、A’B’）兩部分。在線性區(qū)輸入電壓UBE的微小變化就會引起基極電流IB較大幅度地作線性變化，因此，若將三極管作為線性放大元件使用時，必須通過調(diào)整IB或者UBE，使得三極管輸入端工作在這個區(qū)。提示：輸入特性曲線表明，三極管正常工作時，UBE變化范圍比較小，硅管0.5V~0.7V，鍺管0.2V~0.3V。對于硅管，當(dāng)UBE<0.5V時，IB=0，稱為三極管的“死區(qū)(截止區(qū))”。另外，基極和發(fā)射極之間也不能加過高的正向電壓UBE，否則將因IB的劇增而導(dǎo)致三極管損壞。元件——半導(dǎo)體三極管3.2三極管的輸出特性曲線輸出特性曲線是指當(dāng)基極電流IB為常數(shù)時，輸出電路中的集電極電流IC與集-射極電壓UCE之間的關(guān)系曲線IC=f（UCE）。在不同的IB下，可得到不同的曲線，所以三極管的輸出特性曲線是一組曲線。當(dāng)IB一定時，在UCE超過一定數(shù)值之后（1V），當(dāng)UCE再繼續(xù)增大時，IC不會有明顯的增加，具有恒流的特性(IC=βIB)。當(dāng)IB增大時，相應(yīng)的IC也增大，曲線上移，且IC增大要比IB增大得多得多，這就是三極管的電流放大作用(△IC=β△IB)

。元件——半導(dǎo)體三極管3.2三極管的輸出特性曲線通常把三極管的輸出特性曲線分為三個工作區(qū)。（1）放大區(qū)。輸出特性曲線的近于水平的部分是放大區(qū)。在放大區(qū)，IC=βIB。放大區(qū)也被稱為線性區(qū)，曲線近似為直線。正如前所述，三極管工作于放大區(qū)的條件：發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置。對于NPN型三極管，應(yīng)使得UBE>0,UBC<0。元件——半導(dǎo)體三極管3.2三極管的輸出特性曲線通常把三極管的輸出特性曲線分為三個工作區(qū)。（2）截止區(qū)(開關(guān)的“關(guān)”)。IB=0的曲線以下的區(qū)域被稱為截止區(qū)。IB=0時，IC=ICEO，UCE≈Vcc。對于NPN型硅管而言，UBE<0.5V時，即開始截止，但為了截止可靠，通常使得UBE≤0。三極管工作于截止區(qū)的條件：發(fā)射結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置。對于NPN型三極管，應(yīng)使得UBE>0,UBC<0。元件——半導(dǎo)體三極管3.2三極管的輸出特性曲線通常把三極管的輸出特性曲線分為三個工作區(qū)。（3）飽和區(qū)(開關(guān)的“開”)。當(dāng)UCE<UBE時，集電結(jié)處于正向偏置；三極管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，IB的變化對IC的影響很小，兩者不成比例，放大區(qū)的不能適用于飽和區(qū)。三極管工作于飽和區(qū)的條件：UCE<UBE，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于正向偏置。對于NPN型三極管，應(yīng)使得UBE>0,UBC<0。元件——半導(dǎo)體三極管4.三極管的主要參數(shù)（1）電流放大系數(shù)β和β。β是直流放大系數(shù)，β是交流放大系數(shù)，通常兩者相近，可以替換（小信號放大）。（2）集-基極反向截止電流ICBO當(dāng)發(fā)射極開路（IE=0）時，由集電極漂移到基極的電流，ICBO受溫度影響大。（3）集-射極反向截止電流ICEO當(dāng)基極開路（IB=0）時，從集電極穿透晶體管到達(dá)發(fā)射極的電流，也被稱為穿透電流。ICEO=（1+β）ICBO（4）集電極最大允許電流ICM當(dāng)集電極電流IC超過一定值時，三極管的β值要下降。當(dāng)β下降到正常值的三分之二時的集電極電流，稱為集電極最大允許電流ICM。所以當(dāng)IC超過ICM并不一定會損壞三極管，但會使得β下降很多。元件——半導(dǎo)體三極管4.三極管的主要參數(shù)（5）集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓，稱為集-射極反向擊穿電壓。當(dāng)三極管的集-射極電壓UCE大于U(BR)CEO時，ICEO突然大幅度上升，說明三極管此時已經(jīng)被擊穿。溫度升高時，U(BR)CEO值要降低。（6）集電極最大允許耗