硬件基础02 双极结型三极管理论-BJT
一、双极结型三极管基础
双极结型三极管（Bipolar Junction Triode-BJT）。
二、三极管的直流特性
1、直流增益hFE
当三极管获得恰当的偏置，可以把b级电流IB放大，在c级输出放大后的电流IC。
hFE=IC/IB
实际三极管而言：
（1）IC=hFE*IB，当IB增大，IC也会增大，但是三极管基本上都有极限参数表，规定了最大的IC持续电流；
（2）hFE并非固定不变，其受IC而影响，而电路中IC经常发生改变，hFE也会因此变化，导致输出信号忽大忽小。
2、输入（b极）参数（IB-VBE）
输入（b级）参数讲的是，当三极管b-e级正向偏置时，b-e级之间就像一个二极管出现正向压降。通常：
VBE≈0.7V
当输入b-e电压小于0.7V时，CE不导通，此时VBE=Vb-e；
当输入b-e电压大于0.7V时，CE导通，此时VBE≈0.7V，保持不变。
3、输出（c级）参数（IC-VCE）
看一个曲线图，这是三极管的IC-VCE曲线：
（1）三极管在截止区时，此时IB=0，此时不管VCE如何增大，IC只有微小的漏电流；
（2）三极管在饱和区时，看红色和蓝色箭头的幅度，可以对比出放大区的红色蓝色箭头的幅度，明显放大区的更大，那么可以说：在饱和区，此时IC几乎不随IB变化，而受VCE影响较大；
（3）通过两个绿色的箭头可以看出，当VCE没到达0.7V之前，IC都在随着VCE增大而增加，三极管进入饱和区；而VCE超过0.7V后，三极管b-c变为反向偏置，Vb<Vc，三极管进入线性工作区，此时IC几乎只随IB增大而增大，与VCE几乎无关，且要求VCE不能无限大以防击穿。
三、重要的内容-以三极管开关的断开与闭合为例
当三极管做开关作用的时候，b级起到了控制作用，诚然可以通过LED、电阻、电源、单片机的GPIO来控制LED的亮灭，但是电流必然要经流单片机，如果电流过高怎么办：
1、因此，如果三极管断开时，即VIN=VB＝0V，此时VCE＝？
此时VE=GND，而IC无电流，因此RC上无压降，VC=VCC=10V，因此VCE=10V
2、如果想让三极管完全饱和，IB至少为？
此时IC=(VCC-VCE)/RC=(10V-0.2V)/1KΩ=9.8mA
此时IB=IC/hFE=9.8mA/50=196uA
3、如果VIN=5V，那么RB的最大值为？
RB=(VIN-VBE)/IB=(5-0.7)/196uA=22KΩ
因此对于常用的单片机控制三极管的开关，就可以计算常规的阻值了，具体的在后续博客进行介绍。
下面讨论各个放大电路的直流工作环境与静态工作点。
四、基本共射级放大电路
1、分压器偏置电路
（1）、分压偏置参数一-VB
拿到此类三极管电路，最基本就是先分析VB的电压值，通常简单考虑VCC在R1和R2进行分压即可，VB是分析的第一个让三极管工作在放大区的参数，对于三极管放大器的分析往往从VB开始。
（2）、分压偏置参数二-IC
计算出VB，同时因VBE＝0.7V，即可计算VE，从而计算IE=VE/RE，同时IC≈IE。
（3）、分压偏置参数一-VC
VC=VCC-ICRC，VCC给定，RC给定，IC上面已计算，因此都可以得到。
（4）、DC负载线
由前述得到：IC=(VCC-VC)/RC=（VCC-VE-VCE）/RC，以y=IC、x=VCE，VE由VB决定，RC固定，因此可以画出IC-VCE的负载线：
可以了解到在讨论直流工作环境的时候，没有考虑输入信号。而当输入信号＞0，即VB增大，即VE增大，即VCE减小→工作在Q的左边；而当VB＜0，VE减小，VCE增大→工作在Q的右边。由上述可以看出，共射级电路的输出是反向的，因此VB增大，而VC减小。
（5）、合理的Q点
可以看到对于正弦信号而言，其有正有负，正好满足4所说的条件，因此就会影响工作在Q的两侧，如果Q点选择的不太好，就会出现饱和失真和截止失真。
（6）、饱和失真与截止失真
顾名思义，工作到了饱和区就是饱和失真，即Q偏向饱和区，VCEQ比较小；
工作到了截止区就是截止失真，即Q偏向截止区，VCEQ比较大。
前面也说过，当输入信号＞0，工作在Q左边，容易出现饱和失真，而输出信号因为有180°的反向，则是底部出现失真；而输入信号＜0，工作在Q右边，容易出现截止失真，则是顶部出现失真。
2、C级反馈偏置
（1）、偏置分析
IRC＝IB+IC，因IB较小，因此IC≈IRC，为使得Q点居中，VCQ=VCC/2，因此ICQ=(VCC-VCQ)/RC，而IBQ=ICQ/hFE，VBQ=VCQ-VRB=VCQ-IBQ*RB，VEQ=VBQ-0.7V。因此几乎所有参数也可以顺利计算。
其他的本质和上述分压偏置几乎一样，不再进行参数。
五、基本共集电级放大电路
此时在交流等效电路模型下，可以分析出Av=(RE||RL)/(r'e+RE||RL)，如果r'e很小忽略不计的话，Av就趋近于1，而同时Ve端的输出和Vb的输出相位是一致的，这就是跟随器。
由上图可以计算VBQ、VEQ，IEQ不再进行阐述。
r'e=25mV/IE=5.8Ω，和上述r'e忽略不计相符。计算Av≈0.989。
R‘in=hfe*(r'e+RE||RL)=88.5kΩ。
Rin=R1||R2||R’in=8.17kΩ，而
Ai=Av*Rin/(RE||RL)，所以可以见得：
电流增益由非常多的参数决定，核心参数即RE、RL、R1、R2，因此如果选择R1、R2去分压静态工作点，并非随便去选阻值，即18k与18k和180k与180k分压一致，但是电流、阻抗等影响非常大。
很经典的共射级电压放大+共集电极电流放大，实现音响。
六、基本共基极放大电路
因为用的比较少，讨论的内容不多，一般淡出你计算输入阻抗、电压增益、电流增益等。
可以直接计算VBQ、VEQ、ICQ
此时RIN=r'e=25mV/IE，Av=RC||RL/r'e，Ai≈1。
六、三种放大电路的比较
简单而言：
1、共发射极：既有电压增益、又有电流增益，但是相位相反，输入阻抗居中，输出阻抗大，多用于中间级；
2、共集电极：无电压增益、有电流增益，相位相同，输入阻抗大、输出阻抗小，因此做输入级的功放或者输出端的功放；
3、共基极电路：有电压增益、无电流增益、相位相同，输入阻抗低、输出阻抗大，高频特性比共发射极好，因此对于高频而言，调整到输入阻抗50Ω还是比较友好。