首先，半导体器件的基础是PN结，将三价元素和五价元素混合在硅中，使其有空穴，载流子为正电荷，称为P区。另一边带电子，载流子为负电荷，称为N区。
如下图：

由于相互吸引，P区与N区相邻，P部分正电荷跑到N区，中和N区的电子，导致P区留下负离子。
N区一部分负电荷扩散到P区，中和P区的正电荷，导致N区剩下了不能移动的正离子。这一部分之间载流子都被中和掉了，电阻率很高，叫做耗尽区，或者PN结。
当对PN当P区电压高于N区时，从P到N，P区正电荷向N区移动，N区负电荷向P区移动，使原本失去载流子的耗尽区负流子得到补充，PN结变窄，阻止很小，PN结处于导通状态。
如下：

当P区电压低于N区电压时，电场由N指向P，PN结内部，P区正电荷向P外侧移动，N区负电荷向N区外移动，最终使中间PN结变宽，阻值大，PN结处于无导电状态。
如下图：

我们常说的三极管是双极结型三极管（Bipolar Junction Transistor，BJT），三极管的场效应（FET）金属氧化物半导体三极管也是常见的三极管（MOSFET）。
NPN三极管和PNP三极管的本质区别是基极N区或P区的区别。
三极管电路符号如下


分辨NPN还是PNP的技巧：
箭头指向三极管，代表电流方向.
我们都知道PN结电流为P流N，说明PN结中导通电压高于PN，电流由P流向N。如果箭头指向基极，则表示电流流向基极，则基极是N，两边是P，三极管就是PNP三极管。相反，如果箭头从基极指向发射极，基极电流留出，则基极是P，两边是N，三极管就是NPN三极管。
物理结构如下：

其中的P和N即上述PNP区和N区结中。C接地时，B控制引脚，NPN型三极管控制脚为高电平时，三极管导通。PNP当三极管控制脚为负电压时，三极管导通。
三极管常用于数字电路中的电子开关，这就是实际三极管电子开关电路如下：


在proteus内部，可选2N5401和2N5551小功率硅三极管用作互补管。
BJT有三种连接关系：

三引脚内部电流关系如下：

从每个引脚流过的电流分别为IC、IE、IB，且IE=IB IC。
BJT它是电流控制元件，具有放大电流的功能。
当共射极连接时，有
IC=β * IB，其中β放大共射极直流电流系数。
当共基极连接时，有
IC=α * IE，其中α放大共基极直流电流系数。
α和β关系为：β=α/(1-α)

如下图所示

三极管I-V特征曲线包括输入特征曲线和输出特征曲线。
输入特性曲线为：

对于输入端B，有以下特点：
1.当输入端B的电压小于一定阈值时，输入电流为0。当B端电压高于阈值时，输入电流随着B端电压的增加而迅速增加。
2.当输入电压固定且大于阈值时，输入电流随输出端C电压升高而略有降低。
输出特性曲线为：

输出端具有以下特点：
当输入电流时IB即使输出端C电压小于阈值，C端流入三极管的电流几乎为0，即三极管处于关闭状态，称为截止区。
当输入电流时IB当输出端C电压小于一定阈值时，当输出端C电压小于一定阈值时，C端电压升高，C随着C端电压的增加，端电流迅速增加。C端电流基本不变，输出端C电压小于一定阈值，不同电流IB组成区称为饱和区，C端电压增大但电流基本不变的区称为放大区。
3.饱和区时，C端电压可以完全流入三极管，限制电流。放大区域时，无论C端电压有多高，C端电流是被子IB电流控制。
共基极连接时，

I-V特征曲线如下：

此时，B端电压为参考电压，输入端E电压低于B，输出端C电压高于B。
对于输入端E，具有以下特点：
1.当E端电压低于B的值小于0.4V输入端电流IE为0。当E低于B的差值高于0时.4V随着差值的增加，IE增大。
2.当E端电压必须大于0.4V随着C端电压的增加，IE稍微增大。

输出端具有以下特点：
当输入电流时IE=即使C端电压再高，C端电流也为0.
2.当C当端电压为负且超过一定阈值时，即使输入端电流较大，输出端电流也不会增加，称为截止区。
3.当VCB大于阈值时，输出端电流随输入端电流成比例增大，称为放大区。

当三极管在不同的状态下工作时，它们各不相同PN结的状态如下：

如图，在BJT数据手册中有以下极限参数：

解释如下
IC：当集电极最大允许电流时，IC过大时，β值会下降。当工作电流大于值时，BJT不一定会烧坏，但放大能力很小。
PC：集电极最大允许耗散功率，PC=IC*VCE，BJT上允许功率较大的地方主要是集电极上，该参数为集电极允许的最大功率，当工作条件高于该功率时，BJT烧坏升温。
反向击穿电压：
VEBO：当集电极C开路时，发射极-基极之间击穿PN结时电压，小功率BJT一般是几伏。
VCBO：集电极-基极间反向击穿发射极E开路时PN结电压，通常是几十伏。
VCEO：当基极B开路时，集电极-发射极之间的反向击穿PN结电压，通常是几十伏。

BJT正常工作条件的主要要求：
1.C极功率小于PC
2.VCE小于小于VCEO
3.基极-发射极反向电压小于VEBO

如上图所示，大写代表直流，小写代表交流信号。vs输入小信号，vce输出信号。
当VS=0时，三极管处于直流静态状态Q，此时的电流记录为IBQ、ICQ，电压记为VBEQ、VCEQ，该状态对应于输入特性曲线和输出特性曲线上的固定点，称为三极管的静态工作点。
求静态工作点：

当VS变化时，如正弦交流信号，按以下原则分析电路中的通路：
1.对于一定频率内的交流信号，容量较大的电容短路。
2.对于交流信号，内阻很小，可以提供大电流的电压源被视为短路和大电流视为开路。
则基本共射极放大电路的交流通路如下：

当输入信号vs变化时，三极管电流ib会变化，导致ic、vce变化，三极管在特性曲线上的点相对于静态工作点Q发生移动。
因此对于放大电路，需要选取合适的静态工作点Q，使得在vs作用下，三极管相对于Q移动后的工作范围区始终处于放大区。

上面是解析法求静态工作点，还可以使用图解法求静态工作点。

在输入回路上，有方程：VBE=VBB-IB * RB，将其画在输入特性曲线上，与曲线的交点即为静态工作点。
在输出回路上，有方程：VCE=VCC-IC * RC，将其花在输出特性曲线上，与曲线IB=IBQ的交点即为静态工作点。

当加上交流输入信号vs后，交流动态工作点如下图：


由图可见，共射极放大电路输出相位相反。
如果静态工作点选择不当，使Q’落入了饱和区造成的失真叫作饱和失真，使Q’'落入截止区造成的失真叫作截止失真。

BJT是一个非线性器件，高频特性和低频特性存在很大差异。
当输入信号为低频信号时，可以把BJT静态工作点小范围附近的I-V特性曲线当作直线，就可以用线性化的小信号模型来代替BJT进行电路分析。
对于电路网络，一般只关心输入端口和输出端口，即二端口网络，模型如下：

可以通过vi、vo、i1、i2来研究该网络特性。
在这四个变量中，选两个为自变量，如果存在函数关系，使得另外两个变量可以由自变量精准描述，则该网络就被确定了。
将BJT看作一个黑盒，三个引脚组成二端口网络。经过人们研究，最终找到了H参数来描述BJT共射极电路小信号模型，如下：

图中的菱形符号分别表示受控电流源和受控电压源

则有函数关系：

hie是交流信号输入电阻，单位为欧姆。
hfe是交流状态下电流放大系数。
hre是交流状态下反向电压传输比，反映了输出电压对BJT输入端电压的反作用程度。
hoe是交流状态下BJT的输出电导率，反应输出电压vce对电流ic的影响程度。

只需要确定一个三极管的H参数，就可以精准描述该三极管交流状态下的特性。但不能用小信号模型求三极管静态工作点。

一般的BJT在共射极连接时，其H参数大小范围大致如下，可以忽略部分参数对小信号模型进行简化：

使用简化模型，可以使用β估算rbe，

我们只需要β一个参数即可。式中rbb’是输入三极管B端的电阻。
在实际的BJT数据手册中，我们能找到的参数一般只有hfe，
如下：

并且我们前面说到，当C极负载电流过大时，其放大系数会降得很低，在数据手册中可以看到下图：

并且C极电流还会影响BJT传输频率，如下图：

我们一般信号不高于50MHZ，可以忽略该影响。

如下题：

图 小信号模型分析基本共射极放大电路

如下图所示电路：

图中电路设计的静态工作点IBQ=50uA，ICQ=β * 50uA=5mA，VBEQ=0.7V，VCEQ=5V-1K * 5mA=0V，三极管输出特性曲线如下：

图中红色圆点近似为静态工作点.
可见工作点离饱和区很近，很容易产生饱和失真，根据仿真结果，确实在输入信号正半周发生了失真，为饱和失真。
因此，可以选择增大VCEQ，即降低电阻R8，如下：

此时VCEQ=5V-100 * 5mA=4.5V，失真情况明显改善，但是放大倍数有所降低，此时输入信号幅值20mV。输出信号幅值0.7V，放大倍数35，比之前小了很多。
此即为基本共射极放大电路的实际应用电路，我们可以通过proteus对相应电路进行仿真，这样方便我们查找电路问题。

在实际应用中，由于温度升高、电源噪声会带来BJT静态工作点移动的问题，而基本共射极放大电路不能解决。下面的电路可以有效解决该问题。

选择RB1和RB2，使I1>>IB，I1约等于I2，此时VBQ为定值，与环境温度无关。
偏置电阻的选取要求：使VBQ约为1/3的VCC，I1=(5~10)IBQ，令RB=RB1//RB2，RE * （1+β）=10 * RB。

求静态工作点Q：
VBQ=RB2/(RB1+RB2) * VCC，ICQ=IEQ=（VBQ-0.7V）/RE，IBQ=ICQ/β，VCEQ=VCC-ICQ * (RC+RE)。
在交流信号下，小信号等效模型为：

由于电阻RE会降低电路的电压增益，因此可以在RE旁边并联大电容，叫作射极旁路电容，
此时电压增益为：AV=-β * R’L/rbe。

仿真电路图如下：

此时BJT的静态工作点：VBQ=1.6V，IBQ=50uA，ICQ=7.5mA，VCEQ=4V。
此电路电压增益约为5倍，输入电阻600R，输出电阻30R。但若不加旁路电容C5，或C5电容太小，则电压增益会迅速下降。

通过减小VCEQ和增大输出电阻的代价，可以提高电路增益。如上图，电路增益约为20，VCEQ=3V，输出电阻150R左右。
可见，用单个BJT做的放大电路增益一般有限，几十上百左右。而放大器做放大电路，增益轻轻松松可达上百。但是BJT是基础，掌握BJT放大电路是电子工程师的基本技能。

电路如下：

其小信号模型如下：

特点是电压增益接近1，同相，无电压放大作用，但有电流放大作用。输入电阻高，输出电阻小。可用作多极放大电路的输入级或输出极，或在各极之间做缓冲极，隔离各极之间的影响。

该电路图直流通路整体与基极分压式射极偏置电路一样，因此其静态工作点求法一样。
其小信号模型为：

电压增益为：

该电路具有同向电压放大作用，输入电阻小（当输入信号来自于电流源时是优点），输出电阻近似等于RC。高频和宽频带特性好。高频时应选用小容值耦合电容。

此时频率为500HZ，随着频率的提高，其放大倍数会提高。当10KHZ时，如下：

可见增益已经从4变成了25。

多级放大前一级的输出是后一级的输入，整个电路放大增益等于各级放大增益相乘，输入电阻等于第一级放大电路的输入电阻，输出电阻等于最后一级电路的输出电阻。

电路图如下：

共射-共基放大电路的电压增益与单个共射极放大电路的电压增益相近，但是其高频特性更好，具有较高的频宽。

多个BJT按共集-共集方式连接起来，其整个的电压增益更接近于1，电流增益更大，可以看作是一个性能更好的BJT，因此又叫复合管。

将BJT和MOS连接起来，如下图：

特点是输入电阻高，高频特性好，频带宽。

总结不易，有问题欢迎一起交流学习！
2022年5月12日