第2章 双极型晶体管及放大电路基础.ppt

双极型晶体管及放大电路基础

第2章 双极型晶体管 及放大电路基础

双极型晶体管及放大电路基础

2.1 半导体三极管半导体三极管有两大类型: 一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管 双极型半导体三极管是由两种载 流子参与导电的半导体器件，它由两 场效应型半导体三极管仅由一种 个 PN 结组合而成，是一种CCCS器件。 载流子参与导电，是一种VCCS器件。

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2.1.1 双极型半导体三极管2.1.1.1双极型半导体三极管的结构双极型半导体三极管的结构示意图如图02.01所示。 一侧称为发射区，电极称为发射极， 另一侧称为集电区和集电极， 用E或e表示(Emitter); 用C或c表示(Collector)。 它有两种类型:NPN型和PNP型。

c-b间的PN结称为集电结(Jc) e-b间的PN结称为发射结(Je) 中间部分称为基区，连上电极称为基极， 用B或b表示(Base);图 02.01 两种极性的双极型三极管

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双极型三极管的符号在图的下方给出，发 射极的箭头代表发射极电流的实际方向。 从外表上看两个N区,(或两个P区)是对称的， 实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度 低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其 厚度一般在几个微米至几十个微米。

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2.1.1.2 双极型半导体三极管的电流分配与控制(发射结正偏) uBE U on 放大的条件 (集电结反偏) uCB 0,即 uCE uBE

少数载流 子的运动

因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区

因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区 基区空穴 的扩散

扩散运动形成发射极电流IE,复合运动形成基极电 流IB,漂移运动形成集电极电流IC。

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电流分配：

I E= I B+ I C

IE-扩散运动形成的电流 IB-复合运动形成的电流 IC-漂移运动形成的电流直流电流 放大系数

IC IB

iC iB

交流电流放大系数

I CEO (1 ) I CBO穿透电流

集电结反向电流

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2.1.2 双极型半导体三极管的电流关系(1)三种组态双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输 入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电 极。三种接法也称三种组态，见图02.03。

共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示; 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。

图 02.03 三极管的三种组态

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(2)三极管的电流放大系数对于集电极电流IC和发射极电流IE之间的关系可以用 系数来说明，定义:

I CN / I E 称为共基极直流电流放大系数。定义:

=IC /IB=(ICN+ ICBO )/IBIC I B I CBO 1 ( ) IB 1 1 IB 1

称为共发射极接法直流电流

放大系数。于是

因 ≈1, 所以 >>1

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2.1.3 双极型半导体三极管的特性曲线本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即 输入特性曲线—— iB=f(vBE) vCE=const 输出特性曲线—— iC=f(vCE) iB=const 这里，B表示输入电极，C表示输出电极， E表示公共电极。所以这两条曲线是共发射极 接法的特性曲线。 iB是输入电流，vBE是输入电压，加在B、 E两电极之间。 iC是输出电流，vCE是输出电压，从C、E

两电极取出。

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共发射极接法的供电电路和电压-电流 关系如图02.04所示。

图02.04 共发射极接法的电压-电流关系

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(1) 输入特性曲线简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性 曲线，现讨论iB和vBE之间的函数关系。因为有集电结电

压的影响，它与一个单独的PN结的伏安特性曲线不同。为了排除vCE的影响，在讨论输入特性曲线时，应使 vCE=const(常数)。 vCE的影响，可以用三极管的内部反馈作用解释，即 vCE对iB的影响 。

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共发射极接法的输入特性曲线见下图。其中vCE=0V的 那一条相当于发射结的正向特性曲线。 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0,集电结已进入反偏状 态，开始收集电子，且基区复合减少， IC / IB 增大，特性 曲线将向右稍微移动一些。但vCE再增加时，曲线右移很不 明显。曲线的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显说 明内部反馈很小。 输入特性曲线的分区： ①死区 ②非线性区 ③线性区

图02.05 共射接法输入特性曲线

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(2)输出特性曲线共发射极接法的输出特性曲线如图02.06所示，它是以 iB为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明， ①当vCE=0 V时，因集电极无收集作用，iC=0; ②当vCE稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电 结反偏电压很小，如 vCE< 1 V vBE=0.7 V vCB= vCE- vBE= <0.7 V 集电区收集电子的能力 很弱，iC主要由vCE决定。图02.06 共发射极接法输出特性曲线

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③当vCE增加到使集电结反偏电压较大时，如vCE ≥1 V、 vBE ≥0.7 V,运动到集电结的电子基本上都可以被集电区收 集，此后vCE再增加， 电流也没有明显的增 加，特性曲线进入与 vCE轴基本平行的区域 (这与输入特性曲线随 vCE增大而右移的原因 是一致的) 。图02.06 共发射极接法输出特性曲线

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输出特性曲线可以分为三个区域:

饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的

数值较小，一般vCE<0.7V(硅管)。此时 发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。 此时，发射结反偏，集电结反偏。

截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。放大区——iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。 此时，发 射结正偏，集电结反偏，电压大于 0.7V左右(硅管) 。

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2.1.4 半导

体三极管的参数半导体三极管的参数分为三大类:直流参 数、 交流参数、极限参数。 1、直流参数 ①直流电流放大系数 a.共发射极直流电流放大系数 =(IC-ICEO)/IB≈IC / IB vCE=const