模拟电子答案第4章

第4章 晶体三极管及其放大电路

本章主要内容：

● 晶体三极管的工作原理 ● 放大电路的组成原则 ● 放大电路的分析方法 ● 放大电路的三种组态 ●

放大电路的频率响应

4.1 晶体三极管

一、晶体三极管的结构、类型、内部载流子运动过程

1、 结构、名称：

2、 类型：

3、 典型条件下内部载流子运动过程：

条件：发射结正偏，集电结反偏 (1)发射区发射多子：

因发射结正偏，发射区的多子（电子）向基区扩散（基区的多子亦向发射区扩散，但因基区多子浓度很低，此部分可忽略不计），并形成发射区、发射极电流（I EN ，扩散电流）。

(2)多子在基区的扩散与复合：

发射区扩散的多子存在浓度差，继续向集电结扩散，在此过程中，少部分与基区的少子（空穴）复合，在基极外电压作用下，补充复合的空穴，形成基极电流（I BN ），因基区很窄，此电流亦很小；剩下的大部分扩散到集电结附近。 (3)集电区收集多子：

因集电结反偏，在此外加的反向电压的作用下，扩散来的多子（电子）漂移到集电区（集电区的少子亦漂移到基区，但集电区浓度较低，形成的电流亦较小），形成集电区、集电极的主要电流（I CN ，漂移电流）。

二、三极管的电流放大特性

1、 近似条件下的电流关系：

忽略基区的扩散电流、集电区的漂移电流，则：EN E I I ≈，BN B I I ≈，CN C I I ≈，则：

CN BN EN I I I +=。若将三极管看作一个电流节点，依KCL ：C B E I I I +=

定义：直流电流放大系数：BN

CN

I I =

β BN CN I I β= BN EN I I )1(β+=

2、 考虑集电区漂移情况下的电流关系：

若考虑集电结反偏、集电区的少子漂移产生的电流I CBO （仍忽略基区的扩散电流），则：

CBO CN C I I I += CBO BN B I I I -=

B C CBO B CBO C BN CN E I I I I I I I I I +=++-=+=)()(，仍符合KCL 。

CBO

B CBO

C BN CN I I I I I I +-==

β CBO B C I I I )1(ββ++=，根据此式，有如下结论：

(1)若忽略I CBO ，则B

C

I I ≈

β (2)令I B =0，即基极开路，则：CBO C I I )1(β+=，CBO C B E I I I I )1(β+=+=，其物理意义是： 在基极开路，集电极与发射极外加反向电压时，C-E 间仍有电流，定义此电流为I CEO ，并称其为穿透电流。其形成原理如下：

A ．在集电极与发射极间外加反向电压的情况下，相当于两个PN 结串联，发射结正偏，集电结反偏，发射区向基区发射多子（电子），集电区向基区漂移少子（空穴）；

B ．发射区扩散到基区的多子（电子）在扩散过程中与基区的多子（空穴）复合，此时，由于基极开路，由集电区漂移到基区的少子（空穴）填补了为维持基区电荷平衡所需的多子（空穴），形成I CBO ，即CBO BN I I =；另外大部分被集电结的反向电场拉向集电区，形成I CN 。

C ．根据β的定义，BN CN I I β=，而此时的CBO BN I I =，故CBO CN I I β=，依此可得：

CBO CBO CBO CN CBO C I I I I I I )1(ββ+=+=+= CBO CBO CBO CN BN E I I I I I I )1(ββ+=+=+=

3、 三极管的电流放大特性：

(1)直流状态下：B C I I β≈，即较小的基极电流对应于较大的集电极电流。 (2)交流状态下：

B B B i I i ∆+=

C C C i I i ∆+=

定义：B

C

i i ∆∆=

β为交流电流放大系数，在输入交流信号为小信号时，ββ≈，因此，通常不对二者区分。

(3)三极管的电流放大特性：共发射极组态下，三极管较小的基极电流或电流变化，引起较大的集电极电流或集电极电流变化（主要强调后者）。 (4)共基极组态电流放大系数： 定义：直流：E

C

EN CN I I I I ≈=

α 交流：E

C

i i ∆∆=

α，通常：αα≈ 根据C B E I I I +=，可得：α

α

β-=

1 β

β

α+=

1，显然，1<α，若β远大于

1，则1≈α。

三、三极管的伏安特性曲线及其工作区

1、 输入特性：

常数==CE U BE B u f i |)(

2、 输出特性：

常数==B I CE C u f i |)(

3、 输出特性的三个工作区

(1)截止区：0≤B I ，ON BE U U ≤，0

此时，因发射结反偏（或虽然正偏但外加电压小于开启电压），集电结反偏，形成很小的I CEO 。

(2)放大区：ON BE U U >，0

此时，发射结正偏，集电结反偏，处于正常的电流放大状态。I B 的小变化引起I C 的大变化。

(3)饱和区：ON BE U U >，0>BC U

此时，两结均正偏，表现为I C 不仅与I B 有关，亦与U CE 有关，I C 随I B 、U CE 的较小变化发生较大变化，解释如下：

A ．保持I

B 不变，改变U CE ：当由放大区开始，逐步减小U CE 时，集电结的反偏电压逐步减小，对发射区扩散来的多子的电场力逐步减小，I

C 逐步减小，当使U BC 为0时，此时的状态称为临界饱和状态（I C 与I B 间仍维持β关系），过此状态后，集电结开始正偏，阻碍发射区扩散来的多子，I C 急剧减小（虽然集电子区的多子此时可扩散到基区形成一定电流，但因集电区掺杂浓度不高，此电流变化不明显）。 B ．保持U CE 不变，改变I B ：在保持U CE 不变且维持集电结正偏的情况下，若需改变I B ，需改变U BE ，U BE 越小，I B 越小，U BC 越大，集电结的正偏电压越高，阻碍力越大，I C 越小。

四、三极管的主要参数

1、 直流参数：

(1)共射直流放大系数 (2共基直流放大系数 (3)极间反向电流 2、 交流参数：

(1)共射交流放大系数 (2)共基交流放大系数 (3)特征频率f T ：

当信号频率升高到一定程度时，β会下降且产生相移，即β是信号频率的函数，记

作β

；使β 下降到1时对应的信号频率称为三极管的特征频率。 3、 极限参数：

(1)最大集电极耗散功率P CM (2)最大集电极电流I CM

(3)极间反向击穿电压U （BR ）CBO 、U （BR ）CEO 、U （BR ）EBO

五、温度对三极管参数及性能的影响

1、 温度对I CBO 的影响：