第2章 双极性晶体管及放大电路基础

综上所述，三极管的放大作用，主要是依 靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到 达集电极而实现的。 实现这一传输过程的两个条件是：
（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区
杂质浓度，且基区很薄。
（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反
向偏置。
2.1.3 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(uBE) uCE=const 输出特性曲线—— iC=f(uCE) iB=const
放大作用:共基极
IE +iE e c
为电流放大系数，
它只与管子的结构尺寸和 IC +掺杂浓度有关，与外加电 iC 压无关。一般 = 0.90.99 +
vO RL 1k
+ vI
VEB +vEB
b
IB +iB
VEE 共基极放大电路
VCC
若 vI = 20mV 使 iE = -1 mA，
2.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
1. 温度对BJT参数的影响 (1) 温度对ICBO的影响 温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。 (2) 温度对 的影响 温度每升高1℃， 值约增大0.5%~1%。 (3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响 温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。 2. 温度对BJT特性曲线的影响
2.2 放大电路的基本概念
2.2.1 放大的概念 2.2.2 放大电路的主要技术指标
2.2.1 放大的概念
1.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电
流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。 2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只 是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负 载。
b c
ICEO
uA +
V e CC Ie =0
ICEO
VCC
3. 极限参数 (1) 集电极最大允许电流ICM:
β下降到放大区的70%-30%时，对应 的集电极电流
(2) 集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗， PCM= ICUCB≈ICUCE，
因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中
(2) 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const
(3) 共基极直流电流放大系数 =（IC－ICBO）/IE≈IC/IE
(4) 共基极交流电流放大系数α
α =IC/IE VCB=const 当ICBO和ICEO很小时， ≈、 ≈，可以不 加区分。
I AG o Vi
、A 常用分贝（dB）表示 其中 A V I
电 压 增 益 20 lg A V (dB) 电 流 增 益 20 lg A I (dB)
功率增益 10 lg A P
(dB)
“甲放大电路的增益为-20倍”和“乙放大电路的增益为-20dB”， 问哪个电路的增益大？
若在放大工作状态：发射结加正向电压， VCC 集电结加反向电压。 现以 NPN型三 极管的放大状态为 例，来说明三极管 内部的电流关系， 见图02.02。
图 02.02 双极型三极管的电 流传输关系
发集 射电 结结 正反 偏偏
IEN：从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流 IEP：空穴从基区向发射区也有的扩散运动，形成的电流 IBN：在基区被复合的电子形成的电流 ICN：基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电 结反偏电压的作用下，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集， 形成集电极电流 ICBO：另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流
当 = 0.98 时，
则 iC = iE = -0.98 mA， vO = -iC• RL = 0.98 V， 电压放大倍数
AV vO 0.98V 49 vI 20mV
4. 放大作用：共射极
若 vI = 20mV 使 iB = 20 uA 设 = 0.98 则 i C i B
三极管的结构 三极管的电流分配与控制 三极管的特性曲线 三极管的参数 温度对BJT参数及特性的影响
2.1.1 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。
vCE = 0V vCE 1V
iB
vBE - e VBB
b +
c+
iC
vCE
VCC
共射极放大电路
(3) 输入特性曲线的三个部分
①死区 ②非线性区 ③线性区
2. 输出特性曲线
iC=f(vCE) iB=const
输出特性曲线的三个区域: 饱和区：iC明显受vCE控 截止区：iC接近零的 制的区域，该区域内， 区域，相当 i平行于 的曲 B=0 放大区： iC vCE轴的 一般 vCE＜0.7V( 硅管 )。 线的下方。此时， 区域，曲线基本平行等距。 此时， 发射结正偏，集 vBE 小于死区电压 。 此时， 发射结正偏，集电 电结正偏或反偏电压很 结反偏。 小。
iB
vBE - e VBB
b +
c+
iC
vCE
VCC
共射极放大电路
总结 饱和区——iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的
数值较小，一般uCE＜0.7 V(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uCE轴的区域，
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
结构特点：
• 发射区的掺杂浓度最高； • 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； • 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且 掺杂浓度最低。
曲线基本平行等距。 此时，发 射结正偏，集电结反偏，电压大于 0.7 V左右(硅管) 。
例：测量三极管三个电极对地电位如图 03.09所示，试判断三极管的工作状态。
图 03.09 三极管工作状态判断
放大
截止
饱和
2.1.4 三极管的参数
1. 电流放大系数 (1)共发射极直流电流放大系数 =（IC－ICEO）/IB≈IC / IB vCE=const
2.2.2 放大电路的主要技术指标
• (1)放大倍数
• (2)输入电阻Ri • (3)输出电阻Ro
• (4)通频带
(1) 放大倍数--反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量
转换为输出信号能量的能力
电压放大倍数
互阻放大倍数
互导放大倍数
U /U A u o i
电流放大倍数
U /I A ui o i
在集电结上。在计算时往往用UCE取代UCB。
3. 极限参数
(3) 反向击穿电压 V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反 向击穿电压。 V(BR) EBO——集电极开路时发射结的反 向击穿电压。 V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。 几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR) EBO
1. 电流分配关系 IE=IEP+IEN（IEN=ICN+IBN ） IC=ICN+ ICBO
IB=IEP+ IBN－ICBO
I E = I C +I B 2. 电流放大系数
I I CBO
' B
传输到集电极的电流 设 发射极注入电流
通常 IC >> ICBO
I CN / I E
为电流放大系数，
IC 则有 IE
它只与管子的结构尺寸和 掺杂浓度有关，与外加电 压无关。一般 = 0.90.99
3. 电流放大倍数
I CN I C I CBO 定义: ' IB I B I CBO 通常有 ： 1, I B ICBO 是另一个电流放大系数，同样，它也只与管
RL ' Uo = U o Ro RL
' Uo Ro = U 1 RL o
两个放大电路相连的示意图
(4) 通频带
BW=fH-fL
功率放大倍数
I /U A iu o i
I /I A i o i
o I o / V i I i Ap Po / Pi V
增益—表示放大倍数的另外一种方法四源自增益 V AV o Vi
I AI o Ii
V AR o Ii
vO = -iC• RL = -0.98 V， 电压放大倍数
共射极放大电路 共射极放大电路
vO 0.98V AV 49 vI 20mV
IE +iE
EB
+ 2.1.2 三极管的电流分配与控制 b V +v + vI
EB
e
c
IC +iC
适当的直流偏置电压。 VEE
RL v O 双极型半导体三极管在工作时一定要加上 IB +iB 1k
是另一个电流放大系数，同样，
它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓 度有关，与外加电压无关。一般 + I + i >> 1 C C
IB +iB b + VBE +vBE e IE +iE c RL 1k vO VCC
+
vI VBB
i B 1 0.98mA
iB
b + -
c+
uB
E
uCE e -
RL 1k
共射极放大电路
1. 输入特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const
(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。
发射区：发射载流子
集电区：收集载流子
基区：传送和控制载流子
管芯结构剖面图
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
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。
由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以 确定过损耗区、过电流区和击穿区。
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
特征频率fT 三极管的值不仅与工作电流有关，而且与 工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率 增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对 应的频率称为特征频率，用fT表示。
(2) 输入电阻 Ri-体现放大电路从信号源获得电流的能力
U Ri i I i
(3) 输出电阻Ro-体现电路的驱动能力
IT Vs =0 + 放大电路 – Ro – + VT
Ro =
Uo Io
.
.
RL ,
0 U S
注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是 在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大 状态且输出不失真的条件下才有意义。
2. 极间反向电流 (1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO
发射极开路时，集电结的反向饱和电流。
(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO
ICBO
uA 即输出特性曲 + 线IB=0那条曲线所 对应的Y坐标的数 值。 ICEO也称为集 电极发射极间穿透 电流。
b
c e
第二章 半导体三极管
2.1 双极型晶体管 2.2 放大电路的基本概念
2.3 放大电路的分析方法
2.4 放大电路静态工作点的稳定
2.5 晶体管放大电路的三种接法
2.6 晶体管基本单管放大电路派生电路 2.7 多级放大电路
2.1 双极型晶体三极管
2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5
子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。 一般 >> 1 得 ： I I , I (1 )I
C B
交流参数：
iC iB
E
B
发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现 电流放大的关键。若两个PN结对接，相当基区很厚， 所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演 变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。