新概念模拟电路——初识晶体管

欢迎来到矽芯硬翌的科技主义教室！

Ps：记录模电学习路上的艰苦旅程，加油UPUPUP！

一、晶体管引入与特性

Section1.电压信号如何放大呢？

要将一个幅度只有10mv的的正弦波输入电压放大成100mv的正弦波电压，应该如何实现呢？
首先我想到的是电路中的受控源。

（1）晶体管引入

通过压——流（VCCS）受控源实现电压信号的放大。

$$u_{out}=-i_{OUT}\ast R_{LOAD}=-k{i}_{IN}\ast R_{LOAD}=-k\frac{u_{IN}}{R_{IN}}\ast R_{LOAD}$$

• 很巧妙的是，双极型晶体管就是一个非常类似的流控电流源。来看一下它的符号与简化模型吧。
  
  特点如下：

1. 它的b,e之间,是单向导通的,即只有b端电位高于e端电位时,才会有明显的is存在,这可以用一个二极管近似表示。
2. 且这个电流大小与b,e两端电位差并不是线性关系。
3. 受控电流源仅在c端电位高于e端电位时,呈现出如下关系:
   $$i_C=\beta \ast i_B$$

（2）晶体管的识别

双极型晶体管分为NPN和PNP型。

• 可以看出,晶体管中箭头方向代表了管子的类型:箭头向外的,是NPN型,箭头朝里的,是PNP型。因此,一个箭头起到了两个作用:第一,标注了哪个管脚是发射极,第二,指明该晶体管是NPN还是PNP

（3）晶体管中电流的关系

• 对于NPN三极管来说，三个管脚的关系如下：
  $$i_E=i_B+i_C$$
  只有当发射极电压 U_BE 大于0时，发射极正向导通。
  
• 对于PNP三极管来说，三个管脚的关系如下：
  $$i_E=i_B+i_C$$
  只有当发射极电压 U_EB 大于0时，发射极正向导通。

Section2.NPN型晶体管的伏安特性

（1）输入伏安特性

输入福安特性指的是 基极电流与发射极电压之间的关系，即 i_B 与 u_BE 之间的关系。通过仿真观察输入特性曲线。

• V2 为输入端（0~10V变化），AM1为基极电流 i_B ，V1为集电极电压U_CE
  

• 输入特性曲线
  

• 一般来说当U_BE大于0.7V时，i_B 才有明显的电流。
  

（2）输出伏安特性

• 输出伏安特性是指在一个确定的基极电流i_B 下，集电极电流 i_C 与U_CE 之间的关系。
  
• 输出特性曲线
  

输出特性曲线的区域划分
1）放大区：坐标a向右的位置。在此区域内，i_C 几乎不受U_CE 的控制，近似满足 i_C = βi_B
2）饱和区：坐标红线向右的位置。在此区域内，i_C 随着U_CE 的增大而增大。一般认为当U_CE 小于 U_CES 时，三极管为饱和状态。U_CES 为晶体管饱和压降，一般为0.3V（300mV）。
3）截至区：AM1[1] [0A]所在的位置。i_B 等于0时的区域为截至区，几乎没有任何电流流进或流出。

• 简化的输出特性曲线
  

Section3.双部件串联图解法

• 非常重要
  
• 电阻、二极管串联解法 （图中为1N1190的输入特性曲线，与200Ω电阻的伏安特性曲线）
  
• 仿真分析 1N1190 与 200Ω电阻
  1N1190电压值 464.21mv 整体电流2.68mA
  
  
  两个二极管时，电压500mv，电流6.36mA
  
  

"两部件串联求解"在放大电路分析中的应用

1. b,e环节串联R1

Q1为R_B = R_B1 = 10K时,Q2 为电阻R1减小时。

当u_i 存在100mv的电压时,将在Q1点上产生波动。

2. c,e环节串联RC

u_CE 和电阻不变,当输入的i_B 发生变化时,产生动态变化。

Section4.思维导图