在广播、通讯、测量和自动控制中，经常需要将微弱的电信号放大，以便有效地进行处理。放大微弱信号的电路以半导体三极管或场效应晶体管为主要组成部分，利用半导体三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用实现放大。本章首先介绍半导体三极管的结构与特性，然后对半导体三极管组成的交流电压放大电路及其基本分析方法、功率放大电路进行讨论，最后简单介绍场效应晶体管。
7.1 半导体三极管。
7.1.1 半导体三极管的基本结构。
半导体三极管（简称三极管或晶体管）是通过一定的工艺，在一整块半导体基片上形成两个pn结的器件，其结构及图形符号如图7.1所示。其中，npn型三极管以硅单晶体为基片，pnp型三极管以锗单晶体为基片，这两种类型的三极管的工作原理相同。
两种类型的三极管都是三层结构，中间的一层称为基区，外面的两层分别称为发射区和集电区。基区特别薄，所掺入的杂质少，其载流子浓度低；发射区掺入的杂质多、其载流子浓度很高；集电区掺入的杂质较多（比发射区少些，比基区多很多）、其载流子浓度较高。基区、发射区、集电区各引出一根引线作为电极，分别称为三极管的基极b、发射极e和集电极c。
基区与发射区之间的pn结称为发射结，基区与集电区之间的pn结称为集电结，发射结的结面积比集电结的结面积小。
三极管由两个pn结构成，这两个pn结通过基区互相联系，互相影响，它与两个单独的pn结串联完全不同。另外，由于发射区与集电区掺入杂质的数量不同，发射结与集电结的结面积不同，因此使用**管时应区分集电极和发射极。
7.1.2 电流分配和放大原理。
三极管具有电流放大作用，如果在基极b输入一个较小的电流ib，那么在集电极c（或发射极e）输出一个较大的电流ic（或ib）。我们可以用一个实验来说明三极管的电流放大作用，实验电路如图7.2所示。
在图7.2电路中，实验用三极管为npn型管，以发射极为公共端将三极管接成基极电路和集电极电路两个电路，即共发射极接法，使三极管的发射结正向偏置、集电结反向偏置，且使ucc＞ub，只有这样才能使三极管具有放大作用。调节基极电路中的可调电阻，可改变基极电阻rb从而改变基极电流ib，集电极电流ic和发射极电流ie随之改变，各个电流的方向已在图中标明，测量结果列于表7.
1中。从实验测出的数据可以得出下列结论：
1）将三极管看成一个广义节点时，流出该节点的发射极电流ie与流入该节点的基极电流ib、集电极电流ic之间符合克希荷夫电流定律，即。
2）当发射结正向偏置，集电结反向偏置时，三极管的基极电流远小于发射极和集电极的电流，即三极管具有电流放大作用。有。
且集电极电流ic与基极电流ib的比值在一定范围内近似为一个常数。即。
式中，称为静态电流放大系数。
3）电流放大作用也表现在基极电流的微小变化可以引起集电极电流的很大变化上，集电极电流的变化量△ic与基极电流的变化量△ib之比值在一定范围内近似为一个常数。即。
式中，β称为动态电流放大系数。
4）基极电路开路，即ib=0时，ic≈0，此时的集电极电流称为穿透电流，用符号ice 0表示。
三极管的电流放大作用实际上是内部条件与外部条件相结合的结果。npn型三极管的内部条件是基区很薄且掺入的杂质很少，空穴（多数载流子）数目很少；发射区、集电区较厚且掺入的杂质很多，自由电子（多数载流子）的数目很多。发射结在外部条件的作用下处于正向偏置时，外电场使发射区的大量自由电子扩散到基区、基区的少数空穴扩散到发射区，形成很大的发射极电流。
发射区的自由电子扩散到基区后，一方面与基区中较少的空穴复合形成很小的基极电流，另一方面大部分的电子越过基区继续向集电结附近扩散。集电结在外部条件作用下处于反向偏置时，外电场将扩散到集电结附近的自由电子收集而形成很大的集电极电流。
7.1.3 特性曲线。
三极管的特性曲线分为输入特性曲线和输出特性曲线，输入特性曲线反映三极管的输入电流与输入电压之间的关系，输出特性曲线反映三极管的输出电流与输出电压之间的关系，它们反映了三极管的性能，是分析放大电路的重要依据。输入、输出特性曲线可以由晶体管特性图示仅直接显示出来，也可以通过实现进行测绘，测试电路如图7.3所示。
1.输入特性曲线。
输入特性曲线是指保持集电极与发射极之间的电压uce不变时，基极电流ib与发射结正向电压ube的关系曲线ib=f（ube），如图7.4所示。
从图中看出，其形状与二极管的正向伏安特性相似，也有一段死区。硅管的死区电压约为0.5v，锗管的死区电压约为0.
2v。只有在ube大于死区电压时，三极管才会导通。正常工作时，发射结的正向电压称为管压降，硅管的管压降为0.
7v，锗管的管压降约为0.3v。
输入特性曲线通常只通出uce≥1v的一条曲线。因为，当uce≥1v时，集电结已反向偏置，内电场的电场力已经足以将发射区扩散到基区的自由电子收集到集电区。在ube保持不变时，即发射区扩散到基区的自由电子数目不变时，再增大uce也不会使基极电流ib明显减小了。
也就是说，uce>1后的输入特性曲线基本上是重合的，因此通常只画一条输入特性曲线。
2.输出特性曲线。
输出特性曲线是指保持基极电流ib不变时，集电极电流ic与集电极一发射极之间电压uce的关系曲线ic=f（uce），图7.5为基极电流取不同的值时所对应的一组输出特性曲线，从图中看出：
1）uce＞1v后，集电极一发射电压uce的改变不会引起集电极电流ic的明显改变，说明三极管具有恒流特性。因为uce＞1v后，集电结已反向偏置，内电场的电场力已经足以将发射区扩散到基区的自由电子收集到集电区，再改变uce的值对集电极电流ic影响不大。
2）改变基极电流ib可以使集电极电流ic发生较大变化，说明三极管具有电流控制及电流放大作用。因为改变基极电流时，也就是改变了发射区扩散到基区的自由电子数目，被收集到集电区的自由电子数目随之改变，因此集电极电流随之改变，三极管的基极电流控制着集电极电流。由于发射区扩散到基区的自由电子中只有很小的部分与基区的空穴（数目很少）复合而形成很小的基极电流，大部分自由电子被收集到集电区而形成很大的集电极电流，因此三极管具有电流放大作用，电流放大系数为。
从三极管的输出特性还可以看出，它分为三个工作区：
1）放大区。
是三极管具有电流放大作用的区域，即输出特性曲线接近水平线的部分称为放大区，也称为线性区。发射结正向偏置，集电结反向偏置，是三极管工作在放大区的前提条件。
2）截止区。
是基极电流ib=0时，曲线ic=f（uce）以下的区域。ib=0时，ic=ice0≈0。npn型硅管在ube＜0.
5v时已开始截止，在ube＜0时可以确保截止。发射结反向偏置或正向偏置电压小于死区电压是三极管截止的前提条件。三极管截止时，集电结处于反向偏置状态。
3）饱和区。
当uce＜ube时，集电结正向偏置，三极管处于饱和状态。在饱和区，集电极电流随基极电流的增加而变化的程度小，三极管没有线性放大作用。发射结和集电结都正向偏置是三极管饱和的前提条件。
由于三极管可以处于饱和及截止状态，因此三极管还具有开关作用，常作为电子开关使用。
7.1.4 三极管的参数。
三极管的参数是设计电路、选择三极管的依据，主要有以下几个：
1. 电流放大系数、
称为静态电流放大系数，指静态时集电极电流与基极电流的比值。
称为动态电流放大系数。指动态时，集电极电流的变化量与引起集电极电流变化的基极电流变化量之比。有。
与的含义是不同的，在特性曲线接近水平线的部分，可以认为、的值基本恒定，且≈。
由于制造工艺的分散性，同一型号的三极管可能具有不同的值，常用三极管的值在20～100之间。
2. 集-基极反向饱和电流icb0
指发射极开路且集电结反偏时，由集电极流向基极的电流。可见，icb0是由小数载流子的漂移运动形成的，其数值很小，小功率硅管的icb0为0.1μa以下，锗管的icb0值在几微安到几十微安。
3. 集-射极穿透电流ice0
指基极开路（ib=0）、集电结反向偏置时，由集电极流向发射极的电流。可见，ice0
是由小数载流子形成的电流，其数值很小。ice0越小，则三极管的质量越好。有关系。
4. 集电极最大允许电流icm
集电极电流ic太大时，电流放大系数的值会明显下降。值下降到正常数值的三分之二时，此时的集电极电流就是集电极最大允许电流。如果三极管用于放大电信号，那么应使。
5. 集-射极反向击穿电压u(br)ceo
指基极开路时，允许加在集电极与发射极之间的最大允许电压。如果uce＞u(br)ceo，那么iceo会大幅度上升，说明三极管已被击穿。
6. 集电极最大允许耗散功率pcm
指集电结的结温不超过允许值、未引起参数变化时，集电极所消耗的最大功率。如果uce＜u(br)ceo 、ic＜icm 、uce ic＜pcm ，那么三极管可以安全工作。
7.2 基本交流放大电路的组成及分析。
7.2.1 基本交流放大电路的组成。
图7.6是一个共射极接法的单管交流放大电路。输入端（基极与发射极之间）连接待放大的交流信号电压ui（可以是微弱的无线电信号或传感器输出的微弱电信号），输出端（集电极与发射极之间）开路，输出电压为u0。
电路中各元件的作用如下：
1）三极管v
三极管是放大电路的核心。三极管工作于放大区时，可以将从基极输入的微小电流成比例地放大成集电极电流输出。也就是说，如果在输入端输入微小的电压信号，那么在输出端所接的负载上将得到一个成比例放大了的电压信号。
注意：三极管并没有将能量放大，它只是控制电源供给的能量。
2）电源ucc
给放大电路提供能量，同时通过电阻rb、rc（rb、rc阻值适当）使三极管的发射结正向偏置、集电结反向偏置。
3）电阻rb、rc
rb称为基极偏流电阻，它与电源ucc配合使三极管的发射结正向偏置并具有合适的静态基极电流（或偏流），调节rb可以使放大电路获得合适的静态工作点。rb一经选定，ib也随之固定在一个值上，因此图7.6又称为固定偏置电路。
rc称为集电极负载电阻（或称转换电阻），通过它可以将集电极电流转换为电压，以实现交流电压的放大。
4）电容c1、c2
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