与其双极表亲一样，场效应晶体管可用作控制负载电力的开/关开关。让我们用我们熟悉的开关/灯电路开始研究 JFET 作为开关： 记住 JFET 中的受控电流在源极和漏极之间流动，我们将 JFET 的源极和漏极连接替换为上述电路中开关的两端： 如果您现在还没有注意到，JFET 上的源极和漏极连接在原理图符号上看起来是一样的。与双极结型晶体管不同，发射极和集电极通过箭头清楚地区分，JFET 的源极和漏极线都垂直于代表半导体通道的条形线。这绝非偶然，因为 JFET 的源极和漏极线在实践中通常可以互换！换言之，JFET 通常能够处理任一方向的沟道电流，从源极到漏极或从漏极到源极。 JFET 作

晶体管是一种线性半导体器件，它通过施加较低功率的电信号来控制电流。晶体管可大致分为两大类：双极型和场效应型。在上一章中，我们研究了双极晶体管，它利用小电流控制大电流。在本章中，我们将介绍场效应晶体管（一种利用小电压控制电流的器件）的一般概念，然后重点介绍一种特定类型：结型场效应晶体管。在下一章中，我们将探索另一种类型的场效应晶体管，即绝缘栅型。 所有场效应晶体管都是单极而非双极器件。也就是说，通过它们的主要电流由通过 N 型半导体的电子或通过 P 型半导体的空穴组成。当看到设备的物理图时，这一点变得更加明显： N 沟道 JFET 在结型场效应晶体管或 JFET 中，受控电流从源极流向漏

理想的晶体管在放大信号时会显示 0% 失真。它的增益将扩展到所有频率。它将在数百摄氏度下控制数百安培的电流。实际上，可用的设备会出现失真。放大受限于频谱的高频端。真正的零件只有在采取预防措施的情况下才能承受数十安培的电流。并联晶体管以获得更高的电流时必须小心。如果不采取预防措施，在高温下运行会损坏晶体管。 非线性 A 类共发射极放大器（类似于上图）在下图中几乎被驱动到削波。请注意，正峰比负峰更平坦。这种失真在高保真音频等许多应用中是不可接受的。 大信号共发射极放大器的失真。 小信号放大器相对线性，因为它们使用晶体管特性的小线性部分。大信号放大器不是 100% 线性的，因为像 β 这样

与所有电气和电子元件一样，晶体管受到每个晶体管可以承受的电压和电流量的限制而不会受到损坏。由于晶体管比您在这一点上看到的其他一些组件更复杂，因此它们往往具有更多种类的额定值。以下是一些典型晶体管额定值的逐项说明。 功耗 当晶体管在集电极和发射极之间传导电流时，它也会降低这两点之间的电压。在任何给定时间，晶体管消耗的功率等于集电极电流和集电极-发射极电压的乘积。就像电阻器一样，晶体管的额定功率是每个晶体管可以安全耗散而不会受到损坏。 25o ，它们的额定功率必须降级 以免缩短使用寿命。 反向电压 与二极管一样，双极晶体管的额定值是其 PN 结上的最大允许反向偏置电压。这包括发射极-基

双极结晶体管或 BJT 电流镜 应用双极结型晶体管的常用电路是所谓的电流镜 ，用作简单的电流调节器，在很宽的负载电阻范围内为负载提供几乎恒定的电流。 我们知道，在工作于有源模式的晶体管中，集电极电流等于基极电流乘以比率 β。我们也知道集电极电流和发射极电流之间的比率称为α。因为集电极电流等于基极电流乘以 β，发射极电流是基极电流和集电极电流之和，α 应该可以从 β 数学推导出来。如果你做代数，你会发现对于任何晶体管，α =β/(β+1)。 我们已经看到，根据 β 比率，通过有源晶体管保持恒定的基极电流如何导致集电极电流的调节。嗯，α 比率的工作原理类似：如果发射极电流保持恒定，只要晶体

输入阻抗随下图所示的电路配置变化很大。它也随着偏置而变化。这里不考虑，输入阻抗是复杂的并且随频率变化。对于共发射极和共集电极，它是基极电阻乘以β。基极电阻可以在晶体管内部和外部。 对于普通收集器： Rin =βRE 共发射极电路稍微复杂一些。我们需要知道内部发射极电阻rEE。 这是由： rEE =KT/IEm 其中：K=1.38×10-23 瓦特秒/o C，玻尔兹曼常数 T =开尔文温度 ≅300。 IE =发射极电流 m =硅 RE 从 1 到 2 变化 ≅ 0.026V/IE =26mV/IE 因此，对于共发射极电路 Rin 是 Rin =βrEE 例如，a 的输入

如果放大器输出信号的某个百分比连接到输入端，以便放大器放大其输出信号的一部分，我们就会得到所谓的反馈 . 反馈分类 反馈有两种形式： 积极 （也称为 再生 ) , 和 否定 （也称为 退化 ) . 正面反馈 加强放大器输出电压变化的方向，而负反馈则相反。 一个熟悉的反馈示例发生在公共广播 (“PA”) 系统中，有人将麦克风离扬声器太近：随之而来的是高音调的“呜呜声”或“嚎叫”，因为音频放大器系统正在检测并放大其噪音。具体来说，这是一个positive的例子 或再生 反馈，因为麦克风检测到的任何声音都会被扬声器放大并变成更响亮的声音，然后再次被麦克风检测到，依此类推。

为了克服为放大器的输入信号创建必要的直流偏置电压而无需插入与交流信号源串联的电池的挑战，我们使用了跨直流电源连接的分压器。为了与交流输入信号结合使用，我们通过一个电容器将信号源“耦合”到分压器，该电容器充当高通滤波器。有了这种过滤，交流信号源的低阻抗就无法“短路”分压器底部电阻上下降的直流电压。一个简单的解决方案，但并非没有任何缺点。 最明显的是，使用高通滤波电容将信号源耦合到放大器意味着放大器只能放大交流信号。施加到输入端的稳定直流电压会被耦合电容器阻挡，就像分压器偏置电压被输入源阻挡一样。此外，由于容抗与频率有关，因此低频交流信号不会像高频信号那样放大。非正弦信号往往会失真，因为电容器对

尽管晶体管开关电路在无偏置的情况下工作，但模拟电路在无偏置的情况下工作是不寻常的。少数例子之一是“TR One，一个晶体管收音机”TR One，Ch 9 带有放大的 AM（幅度调制）检测器。请注意，该电路的基极缺少偏置电阻器。在本节中，我们将介绍一些可以设置选定发射极电流 IE 的基本偏置电路。给定所需的发射极电流 IE，需要什么值的偏置电阻，RB、RE 等？ 基极偏置电阻 最简单的偏置适用于 基础偏差 底座和底座电池之间的电阻 V BB . 使用现有的 VCC 电源代替新的偏置电源很方便。使用基极偏置的音频放大器级的一个例子是“带有一个晶体管的水晶收音机”。 . . ” 水晶收音机，第

在本章的共发射极部分，我们看到了一个 SPICE 分析，其中输出波形类似于半波整流形状：只有一半的输入波形被再现，另一半被完全切断。由于我们当时的目的是再现整个波形，这就构成了一个问题。解决这个问题的方法是在放大器输入端添加一个小的偏置电压，以便晶体管在整个波周期内都处于活动模式。这种添加被称为偏置电压 . 对于某些应用，半波输出没有问题。某些应用程序可能需要 这种放大，因为可以在全波再现以外的模式下操作放大器，并且特定应用需要不同的再现范围，因此通过指定来描述放大器再现输入波形的程度是有用的根据班级 .放大器类操作按字母分类：A、B、C 和 AB。 A类 操作，完整的输入波形被忠实再

虽然 C-B（共基极）放大器以比 C-E（共发射极）配置更宽的带宽而著称，但 C-B 的低输入阻抗（10 Ω）是许多应用的限制。解决方案是在 C-B 级之前放置一个低增益 C-E 级，该级具有中等高的输入阻抗 (kΩs)。 阶段在一个 级联 串联堆叠的配置，而不是标准放大器链的级联。 “电容耦合三级共发射极放大器” 用于级联示例的电容耦合。级联放大器配置具有较宽的带宽和中等高的输入阻抗。 共源共栅放大器由共发射极和共基极组合而成。这是一个等效的交流电路，电池和电容器被短路代替。 带宽电容和米勒效应 了解共源共栅配置的宽带宽的关键是米勒效应 . 米勒效应 是带宽抢夺集电极-基极

我们需要研究的最终晶体管放大器配置（下图）是共基放大器 .这种配置比其他两种配置更复杂，并且由于其奇怪的操作特性而不太常见。 共基放大器 为什么称为共基放大器？ 它被称为common-base 配置因为（除了直流电源），信号源和负载共享晶体管的基极作为公共连接点，如下图所示。 共基放大器：发射极与基极间输入，集电极与基极间输出。 也许这种配置最显着的特点是输入信号源必须承载晶体管的全部发射极电流，如第一幅图中的粗箭头所示。众所周知，发射极电流大于晶体管中的任何其他电流，即基极电流和集电极电流之和。在最后两种放大器配置中，信号源连接到晶体管的基极引线，从而处理最少 目前可能。 共

我们要研究的下一个晶体管配置对于增益计算要简单一些。称为共集电极配置，其原理图如下图所示。 共集电极放大器具有输入和输出共用的集电极。 之所以称为共集电极配置，是因为（忽略电源电池）信号源和负载共享集电极引线作为公共连接点，如下图所示。 公共收集器：输入应用于基极和收集器。输出来自发射极-集电极电路。 很明显，共集电极放大器电路中的负载电阻接收基极和集电极电流，与发射极串联。由于晶体管的发射极引线是处理最大电流（基极和集电极电流的总和，因为基极和集电极电流总是啮合在一起形成发射极电流）的，假设该放大器具有非常大的电流增益。这个假设确实是正确的：共集电极放大器的电流增益非常大，比

在本章的开头，它说明了如何将晶体管用作开关，在“饱和”或“截止”模式下运行 .在上一节中，我们看到了晶体管在其“活动”模式中的表现 ，在饱和和截止的远极限之间。由于晶体管能够以模拟方式控制电流，因此它们被用作模拟信号的放大器。 晶体管作为简单的开关 公共发射器 之前研究的较简单的晶体管放大器电路之一说明了晶体管的开关能力。 NPN晶体管作为简单的开关。 它被称为公共发射器 配置因为（忽略电源电池）信号源和负载共享发射极引线作为下图所示的公共连接点。这并不是将晶体管用作放大器的唯一方式，我们将在本章后面的部分中看到。 共发射极放大器：输入和输出信号共用一个连接到发射极。 以前

当晶体管处于完全关断状态（如打开的开关）时，称为 截止 .相反，当它在发射极和集电极之间完全导电时（通过集电极的电流与集电极电源和负载允许的一样多），则称为 饱和 .这是两种操作模式 迄今为止探索使用晶体管作为开关。 然而，双极晶体管不必局限于这两种极端的操作模式。正如我们在上一节中了解到的，基极电流为通过集电极的有限电流“打开了一个门”。如果受控电流的此限制大于零但小于电源和负载电路允许的最大值，晶体管将在截止和饱和之间的某个模式下“节流”集电极电流。这种操作方式称为 活动 模式。 截止、饱和和主动模式 晶体管的汽车类比 操作如下： 截止模式 - 是指汽车的机械部件没有产生

双极晶体管由 PNP 或 NPN 的三层半导体“三明治”构成。因此，当使用万用表的“电阻”或“二极管检查”功能进行测试时，晶体管记录为两个背对背连接的二极管，如下图所示。带有黑色负极 (-) 引线的基极上的低电阻读数对应于 PNP 晶体管基极中的 N 型材料。在符号上，N 型材料由基极-发射极结的箭头“指向”，这是本示例的基极。 P型发射极对应基极-发射极结箭头的另一端，即发射极。集电极与发射极非常相似，也是PN结的P型材料。 PNP晶体管表检查：（a）正向B-E，B-C，电阻低； (b) 反向 B-E，B-C，电阻为∞。 在这里，我假设使用只有一个连续性范围（电阻）功能的万用表来检

双极结型晶体管 （也称为 BJT）可用作 放大器、滤波器、整流器、振荡器，甚至开关， 我们在第一节中介绍了一个例子。如果晶体管被偏置到线性区域，则晶体管将作为放大器或其他线性电路工作。如果在饱和区和截止区偏置，晶体管可用作开关。这允许电流在电路的其他部分流动（或不流动）。 由于晶体管的集电极电流受其基极电流的限制，因此可以用作一种电流控制开关。通过晶体管基极发送的相对较小的电子流能够控制通过集电极的更大的电子流。 使用 BJT 作为开关：示例 假设我们有一个想要用开关打开和关闭的灯。这样的电路会非常简单，如下图（a）所示。 为了便于说明，让我们插入一个晶体管来代替开关，以展示它如何控制通

1948 年双极晶体管的发明迎来了电子学的一场革命。以前需要相对大的、机械脆弱的、耗电的真空管的技术壮举突然可以通过微小的、机械坚固的、省电的晶体硅斑点来实现。这场革命使我们现在认为理所当然的轻便、廉价的电子设备的设计和制造成为可能。了解晶体管的功能对任何有兴趣了解现代电子产品的人来说都至关重要。 双极结型晶体管的功能和应用 我在这里的目的是尽可能专注于双极晶体管的实际功能和应用，而不是探索半导体理论的量子世界。在我看来，关于空穴和电子的讨论最好留给另一章。在这里我想探讨一下如何使用 这些组件，不分析它们的内部细节。我并不是要淡化理解半导体物理学的重要性，但有时对固态物理学的强烈关注会减损

SPICE 电路仿真程序可用于在电路仿真中对二极管进行建模。二极管模型基于产品数据表中描述的单个器件特性和未列出的制造工艺特性。部分信息摘自下图的1N4004数据表。 数据表 1N4004 摘录，在 [DI4] 之后。 二极管语句以二极管元件名称开头，该名称必须以“d”加上可选字符开头。示例二极管元件名称包括：d1、d2、dtest、da、db、d101。两个节点编号分别指定阳极和阴极与其他组件的连接。节点编号后跟模型名称，指的是后续的“.model”语句。 模型语句行以“.model”开头，后跟与一个或多个二极管语句匹配的模型名称。接下来，“d”表示正在建模的二极管。模型语句的其余

变容二极管或变容二极管 变容二极管被称为变容二极管 或作为变容器 .如果二极管反向偏置，则在两个半导体层之间形成绝缘耗尽区。在许多二极管中，耗尽区的宽度可以通过改变反向偏压来改变。这会改变电容。这种效应在变容二极管中更为突出。原理图符号如下图所示，其中一个封装为共阴极双二极管。 变容二极管：电容随反向偏置而变化。这会改变谐振网络的频率。 如果变容二极管是如上图所示的谐振电路的一部分，则频率可能会随着控制电压 Vcontrol 而变化。一个大电容，低Xc，与变容二极管串联，防止Vcontrol被电感L短路。只要串联电容大，它对谐振电路频率的影响很小。 Coptional 可用于设置中心