C5.1:共发射极组态

  共发射极组态就是两个电压源公用端或地端连接到发射极上，这种电路有两个回路，一个是左边的基极回路，右边是集电极回路。

    基极回路里，VBB使发射极正偏，RB为限流电阻，通过改变VBB或RB，可以改变基极电流，而改变基极电流，就意味着将集电极电流改变，即基极电流控制集电极电流，也就是小电流控制大电流。

  集电极回路，电压源VCC通过RC使集电结反偏，VVCC必须使集电结反偏，否则晶体管将不能正常工作，即集电极必须是正电压，这样才能将注入基极的大多数自由电子收集起来。

  基极的回路叫输入回路，集电极回路叫输出回路，在CE连接中，输入回路控制输出回路。

  现在先讲一下命名规则，便于后面的学习。

  双下标就是下标两个字符相同，则表示电压源，下标两个字符不同，则表示两点间电压（VBE和VCE），比如VBB基极电压源，而VBE，则表示B点和E点之间的电压，即基极和发射极之间的电压。

  单下标，意味着标注点和地之间的电压，比如VB，是基极和地之间的电压。

  通过单下标电压相减，可以计算出字符不同的双下标电压，如VCE=VC-VE，由于CE组态下，VE为零，所以VCE = VC，VCB=VC-VB，VBE=VB。

  晶体管最初是贝尔实验室工作的约翰*皮尔斯命名的，这个器件具有与真空管的对偶特性，真空管有跨导特性，新器件有跨阻特性。

  基极特性曲线来看，IB和VBE的特性曲线就是二极管的伏安特性，即可以采用之前学过的二极管的所有方法来讨论，如果采用理想二极管，VBE=0，如果采用二阶近似，则取VBE=0.7V。

  集电极特性来看，改变VBB和VVCC，当IB=10uA，使晶体管产生不同的电压和电流，当通过测量IC和VCE，获得IC与VCE特性曲线的数据。

  

  当VCE为零的时候，集电结不再处于反偏状态，所以这时候集电极电流为零，因为VCE=VC，VC为0，IC自然为零，当VCE开始增加，集电极电流迅速增加，VCE介于0-1V之间的时候，集电极电流增加到1mA,并且几乎恒定不变，当集电结变为反向偏置，到达耗尽层的电子被全部收集，进一步增加VCE并不能增加集电极电流，因为集电极只能收集发射极注入基极中的自由电子，这些注入电子的数目仅依赖基极电路，所以当IC达到1mA,进入了饱和状态，即1V-40V之间为恒定值。

  当VCE大于40V，集电结被击穿，晶体管就失去正常特性，因此晶体管不能正常工作在击穿区，所以手册里会有额定值标就是集电极-发射极击穿电压VCE（max）。

  根据基尔霍夫电压定律，一个回路或闭合路径的电压和等于零，所以集电极电路VCE=VCC-ICRC

  说明VCE等于集电极电源电压减去集电极电阻上的电压。

  功率计算：PD = VCE*IC，晶体管功率是VCE与集电极电流的乘积，集电结的结温升高，功率越大，结温越高，结温到150-200℃，晶体管会烧毁，所以有最大额定功率PD（max）。

  现在讲讲晶体管的工作状态，VCE处于1-40V的中间区域，是晶体管的正常工作区，这个区域发射结正偏，集电结反偏，集电极将发射结注入基极的自由电子几乎全部收集，因此改变集电极电压不影响集电极电流，这个区域叫有源区，这个区域的集电极电流是恒定的。

  另一个区域是击穿区（40V以上），晶体管在这个区域会损坏，所以绝不允许工作在这个区域，齐纳二极管的击穿区特性是优化的，而晶体管是不允许在击穿区工作的。

  最后一个区域是VCE电压起始处上升的阶段（0-1V），斜坡部分称为饱和区，这个区是集电极的正电压不能将注入基极的自由电子全部收集，基极电流IB大于正常值，电流增益βdc则小于正常值。

  最重要的区域就是有源区，有源区才能实现对信号的放大。

  以上是IB=10uA的情况，当IB是不同的电流的时候，特性曲线又是怎样的？

  会发现，当IB的电流改变，IC随之改变，但是曲线的特征没有变化，并且IB和IC的关系是一致的，IC=100*IB，也就是集电极电流是基极电流的一百倍，βdc=IC/IB=100。

  除了测量法外，还能通过特性曲线扫描仪（一种能够显示晶体管IC与VCE特性曲线的测试仪器），而通过扫描仪会发现，随着VCE的增加，曲线会略微上翘，因为VCE增加使基区宽度略微变小的结果（VCE增加时，CB结耗尽层变宽，从而使得基区变窄），基区变窄则参与复合的空穴减少，所以表现集电极电流增加，曲线略微上翘。

  而上图还有IB=0V的时候，这是最不希望存在的曲线，它表示第四个可能的工作区，在这种情况下，集电极还有小电流，上图将这个小电流放大了观看，实际上电流没有这么大，而这个特性曲线的区域叫截止区，小的集电极电流称集电极截止电流。

  而集电极截止电流的存在，是因为集电结有反向少子电流和表面漏电流，设计良好的电路，集电极截止电流很小。

  所以根据以上内容，发现晶体管有四个不同的工作区域：有源区、截止区、饱和区、和击穿区，晶体管工作在有源区时，可用来对弱信号进行放大，因为输入信号的变化使输出信号发生成比例的变化，所以有源区也叫线性区，而在数字电路和计算机电路中晶体管工作在饱和区和截止区，这些电路称为开关电路。

  晶体管近似简单说明，先是便于故障诊断，理想化近似即可满足。

  理想化近似：发射结表示理想二极管，VBE=0，可快速计算出基极电流，得到基极电流就能根据增益得到集电极电流。

  二阶近似：设计正常晶体管所用，VBE=0.7V(对于硅晶体管而言)，所以在二阶近似下，基极和集电极电流略小于理想值。

  三阶近似：电流很大的大功率应用，发射结的电阻也计算在内，所以体电阻会让VBE增加，使之大于0.7V，大功率电路中，VBE可能大于1V，同样的，集电极体电阻也会在某些设计中有显著影响，除了这两种高阶效应，还有其他的情况，但是手工计算特别麻烦，所以二阶以上的近似计算通过计算机来完成（比如电路仿真软件）。