23、晶体管与场效应晶体管的原理、应用及问题解析

晶体管与场效应晶体管的原理、应用及问题解析

1. 双极结型晶体管（BJT）

在晶体管的研究中，我们首先聚焦于双极结型晶体管（BJT）。它由小的基极电流驱动，在电路中有着重要的应用。

1.1 直流电平提升与信号处理

在一些电路中，为了提升输入交流信号的直流电平，会使用两个并联的电阻 (R_1) 和 (R_2)，其等效电阻 (R_{12}=\frac{R_1R_2}{R_1 + R_2})。这样，基极电压 (V_B = V_{in}+\frac{R_2}{R_1 + R_2}V_{CC})。当信号到达发射极时，通过电容 (C_2) 与负载电阻 (R_L) 构成的高通滤波器去除直流分量。在设计时，需要考虑确定 (R_1) 和 (R_2) 的值，为输入信号添加直流偏置，使其能完全通过晶体管；同时选择合适的 (R_E)，避免输出信号被削波。

1.2 电流源

在许多应用中，电流源是很有用的。通过晶体管可以制作出输出电流与输入电压成正比的电流源，这种装置也被称为跨导放大器。如图所示的电路，通过 (V_B) 设定 (V_E)（(V_E = V_B - 0.6V)），进而使电流 (I_C) 流经负载，(I_C\approx\frac{V_B - 0.6V}{R_E})。不过，该电流源并非适用于所有负载，因为需要满足 (I_C R_L + V_{CE} + V_E = V_{CC})。例如，当有一个 12V 电源为电流源供电，(R_E = 500\Omega)，负载为 100Ω 时，两个电阻上的压降之和不能超过 12V，最大电流约为 (\frac{12V}{600\Omega}=20mA)（假设 (V_{CE} = 0)，在完全饱和时接近此值，更准确的