第2章双极型晶体管和基本放大电路

(IB为在基区复合掉 的电子数)
可以看出，通过稍稍改变电流IＢ，就可以使ICN 有很大的变化，如此实现了电流控制和电流放大作 用。 I CN 通常很大， 令 1 IB 1 19～199
是到达集电区的电子数和在基区中复合的电子数之 比。由生产工艺确定（称共射直流电流放大系数）。
0
区 20µA 截止区 IB= 0 µA
UCE /V
晶体管的三个工作区－放大区
条件： 发射结正向偏置、 集电结反向偏置。 特点：ＩC = IB 曲线几乎水平,ＩC与UCE 无关，仅仅由IB决定。 IC / mA 饱 和 区
放 大
80 µA 60 µA 40 µA
交流共射电流放大系数：
0
IC IB
Ib b
Rc
c
Ic V CC
Uce
Rb
Ube
e
Eb
输入 回路 公共端 输出 回路
2.1.3共射接法晶体管的特性曲线 1.共射接法晶体管的输入特性曲线 IB = f (UBE )
IB /A UC E
= 常数
0V 0.5V UCE ≥ 1V
UCE=0，输入特性曲线 与PN结的伏安特性类似。 当UCE 增大时，由于电 场的作用，曲线右移，当 UCE 增大到一定值后，再 增加UCE ，曲线右移将不 明显。
c
ICN
IC
ICBO
IB IEP
RC
b
VCC
IEN
RB
VBB IE
e
3）电子被集电极收集的情况
发射区的电子大部分 通过基区往集电区（c区） 扩散。（集电结电压反 向，增强了少子的漂移， IB 基区的少子是电子） 到达集电结边界的电 子被集电结电场吸引进 入集电区（c区），记作 ICN= IEN－ IB 。
第2章 双极型晶体三极管 和基本放大电路
2.1 双极型晶体三极管 2.2 晶体管放大电路的性能指标和工作原理 2.3 晶体管放大电路的图解分析法 2.4 等效电路分析法
2.5 其他基本放大电路
第2章 双极型晶体三极管 和基本放大电路
思考：2-1 习题：2-4 2-17 2-16 2-7 2-8 2-10 2-19 2-24 2-25
(IC仅仅由IB决定)
放大区
UBE Uon 且UCE UBE
(发射结正向偏置且集电 结反向偏置)
IC = I B
UBE Uon 且UCE UBE
饱和区 临界饱和 （临界放大）
（发射结和集电结均正向 偏置）
(IC随uCE的增大而增大)
IC IB
UCE = UBE即UCB = 0
124三种基本放大电路的比较三种基本放大电路的比较出与入电压相位电压增益电流增益输入电阻输出电阻适中较大最大最小低频电压放大电路输入级输出级宽频带放大电路信号输入端信号输出端相反相同相同125261261复合管的概念复合管的概念为进一步改善放大电路的性能可用多只晶体管构成复合管取代放大电路中的一只晶体126可以证明复合管的等效电流放大系数为
IB
b
IB IEP
VCC
I
E
IEN
e
晶体管的电流分配关系
c IE = IEN+ IEP
ICN
IC
ICBO
IC = ICN+ ICBO
IB = IB+ IEP – ICBO IEP很小，可忽略。 从外部看 RB
IB
b
IB IEP IEN
RC VCC
IE = IC + IB
VBB
IE
e
共基直流电流放大系数
2.1 双极型晶体三极管
2.1.1 双极型晶体三极管的结构及类型
在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，三个 区分别叫发射区、基区和集电区。 按照掺杂方式的不同分为NPN型和PNP型两种 类型。
引出的三个电极分别为：发射极e 、基极b和集 电极c。 基区和集电区形成集电结，发射区和基区形成 发射结。
NPN型晶体三极管
1）发射区向基区注入电子 发射区（e区）的多 子电子通过发射结扩 散到基区（b区），形 成扩散电流IEN；同时 基区（b区）的多子空 穴扩散到发射区（e 区），形成扩散电流 IEP。二者实际方向相 同。
ICN
c
ICBO
IC
RC VCC
IB
b
IB IEP
RB
VBB IE
IEN
e
1）发射区向基区注入电子
发射极电流: IE= IEN+ IEP≈ IEN 。 （多子形成的扩散电 流） 电源负极向发射区 补充电子形成发射极 电流IE。 c
ICN ICBO
IC
RC VCC
IB
b
IB IEP
RB
VBB IE
IEN
e
2）电子在基区的扩散与复合
发射区（e区）的电 子注入基区（b区）后， 小部分在基区（b区）被 复合（ IB )。（基区的 IB 浓度低） VBB正极拉走电子， 补充被复合的空穴，形 成 IB 。（不是 IB ，因 为还有少子的漂移电流 ICBO）
2.1.2 晶体管中的电流控制作用
（以NPN型为例说明）
１. 两个PN结无外加电压
载流子运动处于动平衡， 净电流为零。 ２. 发射结加正向电压， 集电结加反向电压 RB
IB
Rc IC b c e IE
公共端
VCC
VBB
UBE Uon 且UCE UBE
(发射结正向偏置且集电结 反向偏置)
3.电流控制作用及其实现条件 （1）电流控制作用
NPN、PNP管 在放大电路中外部条件比较
（UC最高）
c （UC最低） c b
b
（UBE=UON） （UBE=UON） e e 负值 正值 （UE最低） （UE最高） NPN PNP
晶体管的应用举例
例：测得某电路中几只NPN晶体管三个极的直流电 位如表所示，各晶体管B－E间的导通电压Uon均为 0.7V。 试分别说明各管子的工作状态。
１）温度对ICEO 和ICBO的影 响：
每升高10 ℃， ICBO增大 一倍， ICEO也是。
IC/mA
75℃ 20℃ 75℃ 20℃ 75℃ 20℃
２）温度对的影响：
温度升高， β增大，每升高1 ℃， β增大0.5 ～1%。输出 特性曲线间距增大。
UCE/ V
２.１.4 晶体三极管的主要参数
１. 直流参数
ICS = IBS
３.温度对晶体管特性及参数的影响
（１）温度对输入特性曲线的影响
I / mA
温度升高时，输入 特性曲线将左移，在 室温附近，温度每升 高1℃，|UBE|减小 2~2.5mV。
0
75℃ 20℃
UBE / V
(2)温度对输出特性曲线的影响
温度升高输出特性上移（温度升高时， 增加,iC的变化量增大）。
(1) 电流放大系数
I C I C ， , I B I E
，
（2） 特征频率fT 使 的数值下降为1时输入信号频率称为fT。
(因存在结电容，是输入信号频率的函数， f高到一定程度， 下降且产生相移。）
3. 极限参数
ICM
IC
PCM=ICUCE
安 全 工 作 区
晶体管 基极直流电位UB/V 发射极直流电位UE/V 集电极直流电位UC/V 工作状态 T1 0.7 0 5 放大 T2 1 0.3 0.7 饱和 T3 -1 -1.7 0 放大 T4 0 0 15 截止
集电极c
集电区 基极b
c
箭头方向 代表PN结 的正向。 e
N P
N
集电结 b 基区 发射结
发射区 发射极e
符号 结构示意图
PNP型晶体三极管
集电极c
集电区 基极b
c
P N
P
集电结 b 基区 发射结
发射区 发射极e 结构示意图
e
符号
为了实现电流的 控制和放大作用， 晶体管的三个区 在结构尺寸和掺 杂浓度上有很大 的不同。
VBB
Rc IC b c e VCC IE
公共端
IC I B (1 )ICBO I B ICEO
IC I B
I E (1 )I B
2.1.3 共射接法晶体管的特性曲线
（以NPN型为例说明）
晶体管工作在放大状态的外 部条件是： 对于NPN型三极管应满足: UBE >0(且UBE Uon） UBC <0 即 UC> UB > UE 对于PNP型三极管应满足: UBE <0，UBC >0 即UE> UB > UC
（1）集电极最大允许 耗散功率 PCM PCM= IC • UCE=常数 （ 决定于温升。T硅150º 、 T锗70º 性能明显变坏） （2）集电极最大允许电流 ICM 使明显下降的IC即为ICM （通常合金小功率管选 uCE=1v, 由 PCM 定义ICM)
UCE
U(BR)CEO
3. 极限参数
管子饱和时的UCE叫UCES。 当 UCB =0时，晶体管处于临界饱和状态。
区 20µA 截止区 IB= 0 µA
UCE /V
晶体管的三个工作区域比较
工作区域 截止区
外部条件 UBE Uon 且UCE UBE
（发射结电压小于开启电压 且集电结反偏）
特点
IB=0， IC0 (IC≤ICEO)
（１）在不同接法下的直流比 1）直流共基电流系数
I C I CBO I C IE IE
一般在0.950.995
２）直流共射电流系数
（2）极间反向电流：
I C I CEO I C 一般在19199 IB IB
ICEO和 ICBO ：ICEO=（1+ ）ICBO
2.交流参数
c
ICN
IC
ICBO
I B
RC
b
IEP
VCC
IEN
RB
VBB IE
e
集电结反向饱和电流
由于集电结反偏，所以有 少子形成的漂移电流ICBO。
ICN
c
ICBO
IC RC
ICBO是基区和集电区的 少子（平衡少子）在集电 区与基区漂移运动形成的 电流。 RB
通常认为是发射极开路 时，b-c间的反向饱和电 VBB 流。
Iቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ增加
IB =40µA IB 减小 IB = 20µA IB= 0 µA
0
UCE/V
晶体管的三个工作区－截止区
IB=0以下的区域 IC / mA
放
大
80 µA
饱 条件：发射结和集电 和 结都处于反偏状态。 区
特点： IB=0， IC 0 严格说，IB=0，IC≤ICEO 管子基本不导电。
60 µA 40 µA
0
UBE/V
2. 共射接法晶体管的输出特性
IC = f (UCE )
IB =
常数
IC /mA
IB =60µA
对于每个确定的IB均 有一条对应曲线，因此 输出特性是一族曲线。 对于一条固定的曲线， 随着UCE的增加 ，IC逐渐 增加，当UCE增大到一定 的程度， IC 几乎不变， IC仅仅决定于IB。
２.１.５ 晶体管的类型及选用原则
１.类型
根据材料分为硅管和锗管；
根据三个区的掺杂方式分为NPN、PNP管；
根据使用的频率范围分为低频管和高频管；
根据允许的功率损耗分为小功率管、中功率
管和大功率管。
３.晶体管的选用原则
（1）同型号的管子选反向电流较小的； （2）值不宜太大，一般在几十～100之间； （3）要求反向电流小、工作温度高选硅管；要 求导通电压低选锗管； （4）工作信号频率高选高频管；开关电路选开 关管； （5）保证管子工作在安全区。包括最大集电极 电流、最大功耗、反向击穿电压、散热条件等。
发射区发射的总电子数，绝大部分被集电区收集， 极少部分在基区与空穴复合。
集电区收集的电子数与发射区发射电子数的比值定 义为（共基直流电流放大系数） IE= IEN+ IEP≈ IEN
ICN ICN IEN IE
ICN IE
共射直流电流放大系数
I B IE ICN (1 ) IE
区 20µA 截止区 IB= 0 µA
通常，认为 ≈ 。
UCE /V
晶体管的三个工作区-饱和区
条件：反射结和集电 结均处于正向偏置。
饱 特点： ＩC IB。 和 区 此时IB ＞０， UCE 较小。 IC不受IB的控制，IC随UCE 增加而增加,。
0
IC / mA
放 大
80 µA 60 µA 40 µA
（2)实现电流控制的条件
１）晶体管结构上的保证：三个浓度不同的掺杂 区，基区薄，掺杂浓度低；发射区掺杂浓度高； 集电结面积大。 ２）外加直流电源保证：发射结正向偏置，集电 结反向偏置。
４.共射接法中的电流关系
(射极为公共端，IB为输入回路电流， IC为输出回路电流) IB
RB
ICN IC ICBO IB I B ICBO
2-12
2-14
本章的重点与难点
本章所讲述的基本概念、基本电路和基本分析 方法是学习后面各章的基础。 重点: 双极型晶体管的特性; 放大的概念; 放大电路的主要指标参数; 基本放大电路和放大电路的分析方法。包括共 射、共集、共基放大电路的组成、工作原理、静 态和动态分析计算。
本章的重点与难点
难点: 有关放大、动态和静态、等效电路等概念的建 立; 电路能否放大的判断； 各种基本放大电路的性能分析。 而这些问题对于学好本课程至关重要。
ICM
IC
PCM=ICUCE
（3）极间反向击穿电压 如果加在PN结上反向偏 安 置电压太高，PN结就会反 全 向击穿。这些电压不仅取 工 作 区 决于电路本身，还和电路 UCE 连接方法有关。 U(BR)CEO UCEO(BR) ：基极开路时集 电极－发射极的反向击穿 （４）晶体管的安全工作区 电压。