半导体三极管及放大电路基础

半导体三极管及放大电

路基础

Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

第二章半导体三极管及放大电路基础

第一节学习要求

第二节半导体三极管

第三节共射极放大电路

第四节图解分析法

第五节小信号模型分析法

第六节放大电路的工作点稳定问题

第七节共集电极电路

第八节放大电路的频率响应概述

第九节本章小结

第一节学习要求

（1）掌握基本放大电路的两种基本分析方法--图解法与微变等效电路法。会用图解法分析电路参数对电路静态工作点的影响和分析波形失真等；会用微变等效电路法估算电压增益、电路输入、输出阻抗等动态指标。

（2）熟悉基本放大电路的三种组态及特点；掌握工作点稳定电路的工作原理。

（3）掌握频率响应的概念。了解共发射极电路频率特性的分析方法和上、下限截止频率的概念。

第二节半导体三极管（BJT）

BJT是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件，由于PN结之间的相互影响，使BJT表现出不同

于单个 PN结的特性而具有电流放大，从而使PN结的应

用发生了质的飞跃。本节将围绕BJT为什么具有电流放

大作用这个核心问题，讨论BJT的结构、内部载流子的

运动过程以及它的特性曲线和参数。

一、BJT的结构简介

BJT又常称为晶体管，它的种类很多。按照频率分，有高频管、低频管；按照功率分，有小、中、大功

率管；按照半导体材料分，有硅管、锗管；根据结构不同，又可分成NPN型和PNP型等等。但从它们的外形来看，BJT都有三个电极，如图所示。

图是NPN型BJT的示意图。它是由两个 PN结的三层半导体制成的。中间是一块很薄的P型半导体(几微米~几十微米)，两边各为一块N型半导体。从三块半导体上各自接出的一根引线就是BJT的三个电极，它们分别叫做发射极e、基极b和集电极c，对应的每块半导体称为发射区、基区和集电区。虽然发射区和集电区都是N 型半导体，但是发射区比集电区掺的杂质多。在几何尺寸上，集电区的面积比发射区的大，这从图也可看到，因此它们并不是对称的。

二、BJT的电流分配与放大作用

1、BJT内部载流子的传输过程

BJT工作于放大状态的基本条件：发射结正偏、集电结反偏。

在外加电压的作用下， BJT内部载流子的传输过程为：

（1）发射极注入电子

由于发射结外加正向电压V EE，因此发射结的空间电荷区变窄，这时发射区的多数载流子电子不断通过发射

结扩散到基区，形成发射极电流I E，其方向与电子流动方向相反，如图所示。

（2）电子在基区中的扩散与复合

由发射区来的电子注入基区后，就在基区靠近发射结的边界积累起来，右基区中形成了一定的浓度梯度，靠近发射结附近浓度最高，离发射结越远浓度越小。因此，电子就要向集电结的方向扩散，在扩散过程中又会与基区中的空穴复合，同时接在基区的电源V EE的正端则不断从基区拉走电子，好像不断供给基区空穴。电子复合的数目与电源从基区拉走的电子数目相等，使基区的空穴浓度基本维持不变。这样就形成了基极电流I B，所以基极电流就是电子在基区与空穴复合的电流。也就是说，注人基区的电子有一部分未到达集电结，如复合越多，则到达集电结的电子越少，对放大是不利的。所以为了减小复合，常把基区做得很薄 (几微米)，并使基区掺入杂质的浓度很低，因而电子在扩散过程中实际上与空穴复合的数量很少，大部分都能到达集电结。

（3）集电区收集电子

集电结外加反向电压，其集电结的内电场非常强，且电场方向从C区指向B区。使集电区的电子和基区的空穴很难通过集电结，但对基区扩散到集电结边缘的电子却有很强的吸引力，使电子很快地漂移过集电结为集电区所收集，形成集电极电流I C。与此同时，集电区的空穴也会在该电场的作用下，漂移到基区，形成很小的反向饱和电流I CB0。

2、电流分配关系

与正向偏置的二极管电流类似，发射极电流i E与v BE成指数关系：

集电极电流i C是i E的一部分，即：

式中β称为BJT的电流放大系数

三、BJT的特性曲线

１.共射极电路的特性曲线

（1）输入特性

V CE=0V时，b、e间加正向电压，这时发射结和集电结均为正偏，相当于两个二极管正向并联的特性。

V CE≥1V时，这时集电结反偏，从发射区注入基区的电子绝大部分都漂移到集电极，只有小部分与空穴复合形成I B。 v CE>1V以后，I C增加很少，因此I B的变化量也很少，可以忽略v CE对I B的影响，即输入特性曲线都重合。

注意:发射结开始导通的电压v BE：~(硅管)，~(锗管) （2）输出特性曲线

对于一确定的i B值，i C随V CE的变化形成一条曲线，给出多个不同的i B值，就产生一个曲线族。如图所示。

① I B = 0V， I C=I CEO BJT截止，无放大作用，因此对应I B=0的输出特性曲线以下的区域称为截止区如图所示。

② I B﹥0 ， V CE<1V ，i C随I B的变化不遵循

的规律，而且i C随V CE的变化也是非线性的，所以该区域称为饱和区。

③ I B﹥0、V CE≥1V，i C随i B的变化情况为：

或

在这个区域中I C几乎不随V CE变化，对应于每一个I B 值的特性曲线都几乎与水平轴平行，因此该区域称为线性区或放大区。

四、BJT的主要参数

BJT的参数是用来表征管子性能优劣相适应范围的，它是选用BJT的依据。了解这些参数的意义，对于合理使用和充分利用BJT达到设计电路的经济性和可靠性是十分必要的。

1.流放大系数