2-1 三极管的基础知识《电子技术基础与技能》云南省 电子电工类 知识点讲解

云南省装备制造大类对口高考电子技术复习讲义 模块2 晶体三极管和单级低频小信号放大器 2-1 三极管的基础知识 【考纲要求】 （1） 理解晶体三极管的结构、分类、符号 （2）理解晶体三极管的基本联接方式 （3）识记晶体三极管的放大条件、放大作用和电流分配关系 【知识网络】 【知识和技能要点】 一、晶体三极管的结构、分类与符号 三极管是基于半导体 PN 结特性的三端有源器件，基区薄且掺杂浓度低是实现电流放大的核心结构特点，通过载流子的发射、扩散与收集完成电流控制。 1. 基本结构 由三层半导体、两个 PN 结、三个电极构成，各部分功能与特点明确： 2. 三层半导体：发射区（掺杂浓度高，负责发射载流子）、基区（厚度薄、掺杂浓度低，载流子短暂扩散，核心放大区）、集电区（面积大，负责收集载流子）； 三个电极：对应发射区、基区、集电区的发射极（E/e）、基极（B/b）、集电极（C/c）； 两个 PN 结：发射结（基区与发射区间的 PN 结）、集电结（基区与集电区间的 PN 结）。 结构： 符号： 2. 主要分类 按不同维度划分，适配不同电路场景，核心分类及特点如下： 3. 电路符号 三极管电路符号的核心识别点为发射极的箭头方向，基极和集电极无箭头区分，箭头表示发射区载流子的运动方向： NPN 型：发射极箭头向外，代表发射区的自由电子向基区运动； PNP 型：发射极箭头向内，代表发射区的空穴向基区运动； 符号规范：电极标注为 E（发射极）、B（基极）、C（集电极），箭头始终与发射极相连。实物如图所示： 二、晶体三极管的基本联接方式 三极管为三端器件，电路中需将一端作为公共端，另外两端分别作为输入端和输出端，形成输入、输出回路，共三种基本联接方式，各有特性，适配不同电路功能需求。 1. 共发射极接法 联接规律：基极 B 为输入端，集电极 C 为输出端，发射极 E 为输入 / 输出回路的公共端； 核心特性：电流放大倍数大，具备显著的电压放大和功率放大作用，输入电阻适中，输出电阻较大； 典型应用：低频电压放大、功率放大电路，如音频放大器、信号放大电路，是最常用的放大接法。 2. 共集电极接法 联接规律：基极 B 为输入端，发射极 E 为输出端，集电极 C 为输入 / 输出回路的公共端（集电极通常直接接电源或交流接地）； 核心特性：又称射极输出器，电压放大倍数≈1（小于且接近 1），无电压放大作用，但有电流放大作用；输入电阻大、输出电阻小，带负载能力强，信号传输无相位反转； 典型应用：电路输入级（提高输入阻抗）、输出级（降低输出阻抗，增强带载能力）、隔离级（减小前后级电路的相互影响）。 3. 共基极接法 联接规律：发射极 E 为输入端，集电极 C 为输出端，基极 B 为输入 / 输出回路的公共端（基极通常交流接地）； 核心特性：频率特性好，高频响应佳，电流放大倍数小于 1（无电流放大作用），但电压放大倍数大，输入电阻小，输出电阻大； 典型应用：高频放大电路、振荡电路、宽带放大电路，如无线电接收设备的高频放大级。 三、晶体三极管的放大条件、电流分配关系与放大作用 三极管的核心功能是电流放大，其实现需满足特定偏置条件，且三个电极的电流遵循固定分配规律，放大本质为小电流控制大电流的能量控制作用。 1. 放大条件（核心：发射结正偏，集电结反偏） 偏置条件是三极管实现放大的前提，NPN 型和 PNP 型三极管的电源极性连接、电极电位规律不同，硅管导通压降为 0.7V，锗管为 0.3V。三极管放大的条件： NPN 型三极管：外接电源正极接集电极 C 和基极 B，负极接发射极 E；电极电位满足，保证发射结正偏（基极电位高于发射极）、集电结反偏（集电极电位高于基极）； PNP 型三极管：外接电源正极接发射极 E，负极接基极 B 和集电极 C；电极电位满足，保证发射结正偏（发射极电位高于基极）、集电结反偏（基极电位高于集电极）。 2. 电流分配关系 三极管工作在放大区时，三个电极的电流满足基尔霍夫电流定律，核心为 “发射极电流等于基极电流与集电极电流之和，集电极电流与基极电流成固定比例”，是电流放大的定量依据： 1. 总电流关系：（发射极发射的载流子，一部分从基极流出形成，绝大部分被集电极收集形成）； 2. 放大倍数关系：（为共射极电流放大系数，表征基极电流对集电极电流的控制能力，硅管低频一般为 20~200）； 3. 推导关系：（为共基极电流传输系数，，表示集电极收集的载流子占发射极发射载流子的比例）； 4. 关键特性：为微小的控制电流，通过的放大作用，可产生远大于的，实现以小控大的电流控制。 三极管放大偏置电路如图： 3. 放大作用 1. 本质：三极管的放大作用是基极电流对集电极电流的电流控制作用，即通过改变微小的基极电流，控制集电极电流发生较大幅度的变化； 2. 电压 / 功率放大：通过外接集电极负载电阻，将变化的集电极电流转化为变化的电压，实现电压放大；结合电流放大和电压放大，最终实现功率放大； 3. 能量来源：三极管本身不能产生能量，放大所需的能量来自电路中的外接直流电源，三极管仅根据输入信号（）的变化，控制电源向负载输出相应的能量，是 “能量控制器件” 而非 “能量产生器件”。 四、二极管应用电路的核心分析方法 1. 判类型：根据电路符号的发射极箭头方向，快速区分 NPN/PNP 型三极管，明确各电极标识； 2. 定接法：根据输入 / 输出端与公共端的连接关系，判断三极管的联接方式（共射 / 共集 / 共基）； 3. 验条件：根据电极电位或电源极性，计算发射结、集电结的偏置电压，判断是否满足 “发射结正偏、集电结反偏” 的放大条件； 4. 算电流：利用电流分配公式、，进行电极电流的定量计算； 5. 析功能：结合联接方式和放大特性，分析三极管在电路中的具体功能（放大 / 隔离 / 带载等）。 五、核心技能要点 1. 能根据电路符号快速区分 NPN/PNP 型三极管，准确识别发射极、基极、集电极； 2. 能判断三极管三种基本联接方式的公共端、输入端和输出端，熟记各接法的核心特性； 3. 能根据电极电位或电源极性，判断发射结、集电结的偏置状态，验证是否满足放大条件； 4. 能熟练运用电流分配公式，进行、、的相互计算（已知）； 5. 能结合三极管的结构、特性，解释其电流放大的基本原理，明确能量来源。 【练习题】 一、选择题 1. 晶体三极管实现电流放大的关键结构特点是（） A. 发射区掺杂浓度低 B. 基区薄且掺杂浓度低 C. 集电区面积小 D. 两个 PN 结完全相同 2. 区分 NPN 型和 PNP 型三极管的核心依据是（） A. 基极符号 B. 集电极符号 C. 发射极箭头方向 D. 材料类型 3. 三极管共发射极接法的最显著特点是（） A. 电压放大倍数小 B. 电流放大倍数大 C. 无功率放大作用 D. 适合高频电路 4. 三极管工作在放大区的核心偏置条件是（） A. 发射结反偏，集电结正偏 B. 发射结正偏，集电结反偏 C. 发射结、集电结均正偏 D. 发射结、集电结均反偏 5. 已知某 NPN 型三极管的，，则其约为（） A. 2mA B. 0.02mA C. 2.02mA D. 1.98mA 6. 共集电极接法的三极管电路又被称为（） A. 电流放大器 B. 射极输出器 C. 高频放大器 D. 功率放大器 7. PNP 型三极管工作在放大区时，各电极电位关系正确的是（） A. B. C. D. 二、判断题 1. 三极管的发射区掺杂浓度高，目的是为了大量发射载流子。（） 2. 共基极接法的三极管具有显著的电流放大作用，适合低频放大电路。（） 3. 三极管的放大条件是发射结正偏、集电结反偏，NPN 和 PNP 型的偏置规律相同。（） 4. 三极管的电流分配关系，在截止区、饱和区、放大区均成立。（） 5. 三极管本身不能产生能量，放大所需的能量来自外接直流电源。（） 6. 硅管的导通压降约为 0.7V，该特性仅适用于 NPN 型三极管，PNP 型无固定导通压降。（） 7. 共集电极接法的三极管电压放大倍数小于 1，因此无实际应用价值。（） 三、填空题 1. 晶体三极管的三个电极分别是 、 、 ；两个 PN 结分别是 、 。 2. 三极管按 PN 结组合方式可分为 和 ，其电路符号的核心区别是 。 3. 三极管的三种基本联接方式为 、 、 ，其中最常用的放大接法是 。 4. 三极管电流分配的核心公式为 和 ，其中表示 。 5. NPN 型三极管工作在放大区时，电极电位满足 的规律，保证发射结正偏、集电结反偏。 6. 共集电极接法的三极管 （有 / 无）电压放大作用，其输入电阻 、输出电阻 。 7. 三极管放大作用的本质是 ，通过改变微小的 ，控制较大的 变化。 四、简答题 1. 简述晶体三极管实现电流放大的两个核心条件，并说明 NPN 型三极管的电极电位要求。 2. 三极管的放大作用本质是什么？为何说三极管不是 “产生” 能量，而是 “控制” 能量？ 3. 对比三极管三种基本联接方式的输入端、输出端和公共端，分别说明各接法的核心应用场景。 4. 简述 NPN 型和 PNP 型三极管在电源极性连接上的核心区别。 五、计算题 1. 已知某硅 NPN 型三极管工作在放大区，电流放大系数，测得基极电流，求该三极管的集电极电流和发射极电流。 2. 某 PNP 型三极管的，工作在放大区时测得发射极电流，求其基极电流和集电极电流。 【答案】 一、选择题 1. B 2. C 3. B 4. B 5. A 6. B 7. C 二、判断题 1. √ 2. ×（共基极接法无电流放大作用，频率特性好，适合高频电路） 3. ×（NPN 和 PNP 型的偏置规律相反，电极电位要求不同） 4. √ 5. √ 6. ×（硅管无论 NPN 还是 PNP 型，导通压降均约为 0.7V） 7. ×（共集电极接法输入电阻大、输出电阻小，适合作输入级、输出级，应用广泛） 三、填空题 1. 发射极（E）；基极（B）；集电极（C）；发射结；集电结 2. NPN 型；PNP 型；发射极的箭头方向 3. 共发射极；共集电极；共基极；共发射极 4. ；；共射极电流放大系数 5. 6. 无；有；大；小 7. 电流控制作用；基极电流；集电极电流 四、简答题 1. 核心放大条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。NPN 型三极管的电极电位要求为，保证基极电位高于发射极（发射结正偏）、集电极电位高于基极（集电结反偏）。 2. 放大作用本质：基极电流对集电极电流的电流控制作用，即通过微小的变化，控制较大的变化。三极管本身不能产生能量，因为其内部仅完成载流子的传输与控制，放大所需的电能全部来自电路中的外接直流电源，三极管仅根据输入信号的变化，控制电源向负载输出相应的能量，因此是 “控制” 能量而非 “产生” 能量。 3. ①共发射极：B 入 C 出 E 公共，核心特性是电流 / 电压 / 功率放大效果显著，应用于低频音频放大、信号放大电路；②共集电极：B 入 E 出 C 公共，核心特性是无电压放大、输入电阻大、输出电阻小，应用于电路输入级、输出级、隔离级；③共基极：E 入 C 出 B 公共，核心特性是频率特性好、电压放大倍数大，应用于高频放大电路、振荡电路。 4. NPN 型三极管：外接电源正极接集电极和基极，负极接发射极；PNP 型三极管：外接电源正极接发射极，负极接基极和集电极；二者电源极性连接完全相反，电极电位规律也相反。 五、计算题 1. 解：根据三极管电流分配公式 答：该三极管的集电极电流为 2.4mA，发射极电流为 2.43mA。 2. 解：由电流分配关系，得 （或） 答：该三极管的基极电流为 0.05mA，集电极电流为 3mA。 学科网（北京）股份有限公司 $