这周的主角是晶体管，严格的说是双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor，1947年诞生）,后续我们还要讲到另一个分支，叫场效应管(Field effect Transistor，1952年诞生)。晶体管的诞生史可以戳小电科普篇|晶体管诞生记。

晶体管被誉为20世纪最伟大的发明，（小电认为没有之一(*^▽^*)），它在模拟信号领域可以被用来做信号放大、功率放大、制作成集成运算放大器；在数字信号领域，它可以构成最基本的门电路、开关电路，以及有数字门衍生的大规模数字集成电路、微处理器等。可以说，当今世界电子领域几乎全部的电路，都离不开晶体管。

初识双极型晶体管

晶体管内部有三层半导体构成：两层N型和一层P型（NPN），或是两层P型和一层N型，看起来像是肉夹馍或是馍夹肉。不过夹在中间的那层基极的厚度不及整个晶体管厚度的百分之一。

对NPN管，直观看b、e组成了一个PN结，称为发射结；b、c组成了另一个PN结，称为集电结。但是，晶体管完全不是两个简单PN结的集合，发射区和集电区虽是参杂同样杂质，但发射区参杂浓度远高于集电区，至少相差几千倍。晶体管中箭头方向代表了管子的类型，箭头向外的，是NPN管，箭头朝里的是PNP管。箭头不仅标注了哪个管脚是发射极，并指明了晶体管的管型，同时还表示了电流的方向。

三极管的伏安特性曲线

输入特性曲线是指vCE为某一常数时，基极电流iB和发射结电压vBE之间的关系。

工程上，常用VCE=1时的输入特性曲线近似代替VCE>1时的输入特性曲线簇。

输出特性曲线：

描述基极电流iB为一常量时，集电极电流iC与管压降vCE之间的函数关系。

01

放大区   

上图标注的中心空白区域，在这个区域内，晶体管的集电极电流iC几乎不受电压vCE控制，近似满足

一般情况下认定发射结正偏，且集电结反偏时，为放大状态。

02

饱和区  

上图中黄色的区域，这个区域内，iC随着电压vCE增大而增加。一般认为VCEVCES称为晶体管的饱和压降，是饱和区 和放大区的临界电压，一般为0.3V。，属于饱和区。其中

在电路中如果知道工作于饱和状态，分析时可以将BJT看成一个导通的开关。

03

截止区  

就是iB=0的那根线。当iB=0时，iC也约等于0。

一般情况下，认定发射结零偏或反偏，而集电结反偏时为截止状态。

在电路中如果知道截止状态，分析时可以将BJT看成一个断开的开关.

认识静态和动态

静态是指某一特定的、不变化的状态。对于放大电路来说，通常指输入信号等于0，整个电路多出的工作状态，包括各个支路的静态电流和个节点的电压。

静态的所有量，都用一个下标Q（Quiescent，静止状态）来表述。比如IBQ就是指晶体管静态时基极的电流IB。放大器的静态工作点是指输入信号为零，直流电源单独作用下三极管的基极电流IBQ 、集电极电流ICQ 、管压降VCEQ

动态是指电路中某一个量发生一定数量的变化，导致其他参量随之发生一定的变化，这个变化状态称为动态。对于放大电路来说，动态分析主要研究输入的变化量，与输出变化量之间的关系

放大器的静态工作点不仅影响电路是否会产生失真，而且影响着放大电路几乎所有的动态系数。动态量是对在静态基础上的变化量的描述。

放大电路的组成

一个放大器能够放大信号，需要满足下面三点：

静态工作点的位置需要通过图解法的静态分析获得。

静态工作点的图解分析

将放大器的直流通路分成三个部分：BJT、输入回路的管外电路、输出回路的管外电路。

静态工作点(IBQ,VBEQ)：最左边的输入回路的管外电路的回路方程与BJT输入特性曲线的交点

静态工作点（ICQ，VCEQ）：最右边的输出回路管外电路的回路方程（直流负载线）与IB=IBQ的那条输出特性曲线的交点。

注意：如果没有提供输入特性曲线，那么将发射结近似为恒压源，将VBEQ取值为0.7V，进而解出IBQ。

动态工作的图解分析

动态分析是根据输入信号vi，通过图解法确定输出电压vo，从而得出vo和vi之间的幅度关系、相位关系和动态范围;观察失真情况，以及确定最大不失真幅度。

上图动画是工作在空载的时候哦(●'◡'●)

动态分析时最关键的是交流负载线：交流通路中输出回路关于输出电压vCE和输出电流iC的方程

01

交流负载线的求解

画出交流通路

得到输出回路方程：

上式是纯交流量，但特性曲线的横轴vCE是三极管输出端的电压，既有直流量也有交流量，同理纵轴iC是三极管集电极上流过的电流，也是既有直流也有交流，于是：

代入回路方程得到负载线方程

02

由输入信号获得输出信号

根据如下的变化过程，可以逐一得到放大器输出的电压和电流

03

饱和失真和截止失真

当静态工作点接近饱和区，出现的失真叫饱和失真

当静态工作点接近截止区，出现的失真叫截止失真

对于NPN管：

iC的正半周和vCE的负半周被削平，是饱和失真

iC的负半周和vCE的正半周被削平，是截止失真

实际中我们其实很难看到Vce的正半周削平的这种削顶失真，因为在这种失真还没达到之前，输入信号ib就已经出现失真，使得输出出现一种馒头状的失真。大家可以戳之前写的《放大倍数最大与最大不失真幅度》的文章。

PNP管放大电路

方法：遵循NPN管已有的全部定义，所有求值全部取反，也就是所有的电压和电流均取负值。那么饱和失真的过程：

于是PNP管的饱和失真就是：-iC的正半周和-vCE的负半周被削平，也就是iC的负半周和vCE的正半周被削平。

截止失真的分析也是同样，PNP管的截止失真是：iC的正半周和vCE的负半周被削平。

最大不失真幅度（失真电压裕度）

最大不失真幅度（失真电压裕度）是指在一个晶体管放大电路中，输入为正弦信号，输出所能达到的最大不失真正弦信号的幅度。即有多大的电压空间，能保证输出电压信号不失真。

如果Q点偏向饱和区，那么先出现饱和失真，最大不失真幅度为(VCEQ-VCES)

如果Q点偏向截止区，那么先出现截止失真，最大不失真幅度为(VCEmax-VCEQ).

VCEmax指交流负载线和横轴的交点。

一不小心原理讲了这么多，下面该分层演练了。（基础篇是机械专业的难度；进阶篇是电类专业的难度；提优篇是写给考研党的）

基础篇

例1

填空题：

某放大电路及其输出特性曲线和静态工作点位置如下图所示，则输出电压容易出现_________失真，为了减小该失真将电阻Rb__________。

求解

1、Q点接近饱和区，所以容易出现饱和失真

2、需要降低Q点，也就是减小IBQ的值，所以需要增大Rb

例2

下面两个放大器是否可能放大？                         

求解

1、画出直流通路，看电源的安排是否可能使得发射结正偏，集电结反偏。两图的直流通路一样

选取合适的电阻值是可以的。

2、画出交流通路，看信号是否可以顺利传输

3、结论：左图可能放大，右图输出为0，所以不可能放大

进阶篇

例1

下图电路，已知VCC=12V，三极管VBEQ=0.7V，VCEQ=10V，问：当增大输入信号vi，最先出现的是什么失真呢？

求解注意两点：

1、VCES 未告知时，可用VBEQ 代替。

2、空载，直流负载线和交流负载线重合，所以VCEmax=VCC

所以先出现的是截止失真

例2

判断下图电路能否放大交流信号，如果不能放大，那么在不增减电路元器件的基础上如何修改电路。

求解：

1、画出直流通路，看是否可以发射结正偏，集电极反偏。应该是没问题的。

2、画交流通路，看信号能不能顺利传输到输出端

输出电压为0，所以不能放大。

3、不能增减元器件，静态没有问题，那只能修改交流通路，可以将输出端改到集电极。

修改后的交流通路：

这就能顺利传输信号喽(*^▽^*)

提优篇

例1选自2015年考研真题

求解

注意：这题的晶体管是PNP管，如果全部遵循NPN的定义，所有的值都将是取反的。于是题目中Vce的负半轴削平，那使用NPN的作图方式，就是-Vce的正半周是削平的。

上图看似和NPN一样，但注意所有的电压电流都是负值哦。也就是说输出特性曲线其实是在第三象限的。

-Vce的正半周接近截止区，正半周削平是截止失真。

消除这种失真，需要将Q点上抬，增大IBQ，那就只能减小Rb了。

例2

电路如图所示，晶体管β=100，静态时V_BE=0.7V，求空载和带载3kΩ下最大的不失真幅度。若增大输入信号，那么最先出现什么失真？

求解

1、因为没有提供任何特性曲线，所以静态工作点需要全部采用解析法

2、给出直流负载线和交流负载线方程

3、空载时，交流负载线和直流负载线相同

VCES没有提供，直接取为VBE，所以最大不失真幅度为4.6-0.7=3.9V，Q点偏高，先出现饱和失真

4、带负载时，

于是画出交流负载线：

所以最大不失真幅度应该是2.8V，Q点接近截止区，先出现截止失真。

好了，今天一不注意写太长了，就不放抢答题喽，大家好好消化一下内容吧。细节上，还可以看下面的推荐阅读，都是之前写的推文。