模电第二章-1

2.3 晶体管放大电路的放大原理
2.3.1 放大器的组成
UCC：直流电源 RB：基极偏置电阻
U
RC：集电极偏置电阻
RL：负载电阻 US、RS：正弦信号源 电压及内阻
图2.3.1 共射极放大电路 需要放大的信号Ui为交流小信号
直流（静态）工作点分析： （当放大器没有送入交流信号时，即ui=0时） 分析对象：直流成份→直流通路（偏置电路） 交流（动态）性能分析 ： （加入交流信号，电路进入动作状态） 分析对象：交流成分→交流通路
c IC1 b IB R B
BN I
I CN
N
R C
P
I EN N
CC U
0
I EP U BB e IE
（1） UCE=0V,晶体管相当于两个二极管并联，正向电压UBE
和iB的关系与二极管相似
（2）0< UCE< 1 时，随着 UCE 增加，曲线右移，特别在 0<
UCE< UCE (SAT), 即工作在饱和区时，移动量将更大一些。 （3） UCE >1 时，进入放大区，曲线近似重合。
以上构成了发射结电流的主体。

②在基区内
基区很薄。 一部分 (N区扩散到P区的）不平衡载流 子（电子）与基区内的空穴（多子）的 复合运动（复合电流IBN ）。 大多数不平衡载流子连续扩散到cb结边 缘处。 以上构成了基极电流（ IBN）的主体。

③在集电结处
集电结反偏。 故 漂移运动＞扩散运动。 集电结（自建电场）对非平衡载流子 （电子）的强烈吸引作用(收集作用）形 成ICN。 另外有基区和集电区本身的少子漂移 （电子和空穴），形成反向饱和漏电流 ICBO 。
NPN
e
发射极
N+
发射区
P
基区
N
集电区
c
集电极
e c b
PNP
b
基极
(a) NPN管的原理结构示意图 base collector emitter
e (b) 电路符号
基区
集电结 N 集电区
P
c 集电极 发射区 e b SiO 2 绝缘层
基极 (a) c b 发射结 集电区 N＋ N型外延 N 衬底

非平衡载流子传输三步曲(以NPN为例)
①发射区向基区的多子注入 动）为主
(扩散运
②基区的 复合 和 继续扩散 ③集电结对非平衡载流子的收集作用 （漂移为主）
偏置要求

对 NPN管 要求
UC ＞ U B ＞ UE
UB
UC
UE
偏置要求

对 PNP管 要求
UC ＜ UB ＜ UE
UB
UC
UE
二、 电流分配关系
iC/mA u CE ＝u BE 饱 和 区 4 放 3 大
IB＝40 A 30 A 20A 10 A 0 A
IC c ICBO b IB R B
BB U
ICN N
R C
2 区
IBN IEP
e IE
P IEN
N
15V1 CC U 0
iB＝－ICBO
u CE / V
5
10 截止区
15
图2.2.3 共射输出特性曲线
二、 极间反向电流
极间反向电流
是指管子各电极之 间的反向漏电流参数。
①C、B间反向饱和漏电流

I
CBO
发射极开路时，集电极—基极间的反向
电流，称为集电极反向饱和电流。
② 管子C、E间反向饱和漏电流
基极开路时，集电极—发射极间的反向电流 ，称为集电极穿透电流。
I
CEO

1 I CBO
RB
不利于集电极收集电子，UBB
IEP
e
IEN IE
N
UCC
IC
i C/mA u CE ＝u BE 4 饱 和 区 放 3 大 2 区 1 0μ A 0 5 10 截止区 15
c
IB＝40μ A 30μ A 20μ A 10μ A i B＝－ICBO u CE /V
I C1
I CN N RC
b IB
ICN
IBN
IC IB
I EN
含义：基区每复合一个电子，就有β个电 子扩散到集电区去。
一般
共基极
I CN I C I CBO 1 I EN IE
ICN
一般
IBN
I CN IE 两者关系： I E I CN I E I E 1
I CN I CN I BN I EN I BN I CN 1 I BN 1
3. 截止区 发射结和集电结均处
于反向偏置,三个电极 均为反向电流，所以 数值很小。 管子不通，相当于一
RB IBEO U BB e IE c I CBO I CN
IC
N
RC
b IB
I BN
P N
15V U CC
I EN
个“开关”打开
（Turn off）。
i B = -i CBO （此时i E =0 ）以下称为截止区。
2.2.1 共射极输出特性曲线
RC iC RB iB μA u BE ＋ V － ＋ V u CE － ＋ mA － UCC
测 量 电 路
UBB
共发射极输出特性曲线：输出电流iC与输出电压 uCE的关系曲线(以iB为参变量) iC f (uCE ) iB 常数
输出特性曲线分4个区域：
放大区，饱和区、截止区和 击穿区
U BB
uCE↑ → c结反向电压↑ → c结宽度↑ → 基区宽度↓ → 基区中电子与空穴复合的机会↓ → iC ↑
i C/mA u CE ＝u BE 4 饱 和 区 放 3 大 2
IB＝40μ A 30μ A 20μ A 10μ A 0μ A iB＝－ICBO u CE /V
ICQ 1
0
Q区
5 UCEQ 10 截止区
IC c I CBO ICN N b IB RB IBN P N 15V UCC RC
b IB
IC c e IE
IEP
UBB e IE
IEN
晶体管主要功能:
电流控制（current control） 电流放大（current amplify）
1、直流电流放大系数： 共射极
I CN I C I CBO I BN I B I CBO
一、电流放大系数
1. 共射直流放大系数
反映静态时集电极电流与基极电流之比。
2. 共射交流放大系数 反映动态时的电流放大特性。 由于ICBO、ICEO 很小，因此 在以后的计算中，不必区分。
3.共基直流放大系数
集电极电流和射极电流的直流量之比
4.共基交流放大系数
I C I E
uB 常数
由于ICBO、ICEO 很小，因此 在以后的计算中，不必区分。
＋
P
集电结 基区
e PNP (b)
c (c)
(c)平面管结构剖面图
解释
三个电极
发射极，基极，集电极 发射极箭头方向是指发射结正偏时的电流方向
三个区
发射区(重掺杂)，基区(很薄)，集电区（结面积大）
两个PN结
发射结(eb结),集电结(cb结)
晶体管处于放大状态的工作条件
①内部条件 发射区重掺杂(故管子e、 c极不能互换) 基区很薄(几个m) 集电结面积大
工程上认为：i B =0 以下即为截止区。
2.2.2 共发射极输入特性曲线
iB f (uBE ) uCE 常数
输入特性曲线相当于PN结的伏安特性
RC iC RB iB μA u BE ＋ V － ＋ V u CE － ＋ m ＝0 UCE ≥1 90 60 30 0.5 0.7 0.9 u BE /V
2.2 晶体管的特性曲线
全面描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。
iC c iB iB 输出 回路 iE e e iE iC c
b
输入 回路 e (a)
b
c (b)
b (c)
图2.2.1晶体管的三种基本接法（组态） (a)共发射极 (b)共集电极 (c)共基极
由于有输入和输出两个回路，所以特性曲线包括输入和输 出两组特性曲线。
②外部条件 发射结(eb结)正偏 集电结(cb结)反偏
2.1.2 双极型晶体管的工作原理
一、 放大状态下晶体管中载流子的传输过程
c
N b RB RC
P
N e 15V UCC
UBB
图2.1.3 晶体管内载流子的运动和各极电流
IC c ICBO ICN N b IB RB IEP UBB e IE IEN IBN P
I EN



2、IC、 IE、 IB、三者关系：
IC c I CBO
若忽略 ICBO，IEP , 则
ICN
N RC
b IB RB
IBN
P N 15V UCC
I E (1 ) I B
IEP
IEN e IE
UBB
I E IC I B
3、晶体管的放大作用
晶体管的放大作用的能量是由直流电源 UCC的直流功率转换而来的，晶体管只起到一 种控制作用。
RB IEP U BB
IBN
P N
UCC
IEN e IE
（1） i B 一定时，饱和区i C 比放大区的小
（2）U CE一定时 i B 增大，i C 基 本不变（饱和区） （3）i C 不受i B的控制，随着U CE减小， iC迅速减小 临界饱和：UCE = UBE，即UCB=0（C结零偏）。
i C/mA u CE ＝u BE 4 饱 和 区 放 3 大 2 区 1