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1、第二章 双极型晶体管 及其放大电路 vBipolar Junction Transistor 缩 写 BJT 简称晶体管或三极管 v双极型 器件 两种载流子（多子、少子） e c b 发射极 基极 集电极 发射结集电结 基区发射区集电区 N+PN c b e NPN PNP c b e (a) NPN管的原理结构示意图 (b) 电路符号 2-1 双极型晶体管的工作原理 base collector emitter (c)平面管结构剖面图 图2-1 晶体管的结构与符号 解释 v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 v三个区 发射区(重掺杂)，基区(很薄)，集电
2、区（结面积大） v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 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 外部条件 发射结(eb结)正偏 集电结(cb结)反偏 即在满足内部结构要求的前提下，三极管要 实现放大，必须连接成如下形式： e区 c区 b区 e结 C结 e c b N N P VBB VCC Rb Rc VBE VCB VCE 例：共发射极接法 三极管在工作时 要加上适当的直 流偏置电压。 集电结反偏： 由VBB保证 由VCC、 VBB保证 VCB=VCE - VBE 0 发射结正偏： 三极管内部载流子运动分
3、为三个过 程： VCC e C e c b N N P VBB Rb Rc 例：共发射极接法 IEN IEP （1）发射区向基区注入 电子，从而形成发 射极电流IE。 2-1-1 放大状态下晶体管中载流子的传输过程 三极管内部载流子运动分为三个过 程： （1）发射区向基区注入 电子，从而形成发 射极电流IE。 VCC e c e c b N N P VBB Rb Rc 例：共发射极接法 IE=IEN+IEP IEN 三极管内部载流子运动分为三个过 程： （1）发射区向基区注入电子，从 而形成发射极电流IE。 VCC e c e c b N N P VBB Rb Rc 例：共发射极接法 IE （
4、2）在基区中 电子继续向集电 结扩散； 少数电子与基区 空穴相复合，形成 IB电流。 IB 复合 IBE IBE 三极管内部载流子运动分为三个过 程： （1）发射区向基区注入电子，从 而形成发射极电流IE。 VCC e c e c b N N P VBB Rb Rc 例：共发射极接法 IE （2）在基区中 电子继续向集电结扩散； 少数电子与基区空穴相复 合，形成IB电流。 IB （3）集电区收集大部 分的电子，形成IC 电流。 IC ICN ICN IBE 三极管内部载流子运动分为三个过 程： （1）发射区向基区注入电子，从 而形成发射极电流IE。 VCC e c e c b N N P VB
5、B Rb Rc 例：共发射极接法 IE （2）在基区中 电子继续向集电结扩散； 少数电子与基区空穴相复 合，形成IB电流。 IB （3）集电区收集大部分的电子， 形成IC电流。 IC 另外，集电区的少子形 成反向饱和电流ICBO ICBO ICN IBE 三极管内部载流子运动分为三个过 程： VCC e c e c b N N P VBB Rb Rc 例：共发射极接法 IE IB 动画演示 IC ICBO ICN IBE 实际上： IC=ICN+ICBO IE=IEN+IEPIEN ICN IB+ICBO=IBE 由KCL，有： IB=IBE-ICBOIBE c IC e IE N P N I
6、B RC UCC UBB RB ICBO 15V b IBN IEPIEN ICN 2-1-1 放大状态下晶体管中载流子的传输过程 图22 晶体管内载流子的运动和各极电流 内部机理 v晶体管工作的内部机理： -“非平衡载流子”的传输 在发射结处 v以NPN为例。 veb结正偏，扩散运动 漂移运动。 v发射区和基区多子（电子和空穴）的相互注 入。但发射区（e区）高掺杂，向P区的多子 扩散（电子）为主（IEn）,另有P区向N区的 多子（空穴）扩散，故相互注入是不对称的。 扩散(IEP)可忽略。 v以上构成了发射结电流的主体。 在基区内 v基区很薄。 v一部分 (N区扩散到P区的）不平衡载流 子（电
7、子）与基区内的空穴（多子）的 复合运动（复合电流IBN ）。 v大多数不平衡载流子连续扩散到cb结边 缘处。 v以上构成了基极电流（ IBN）的主体。 在集电结处 v集电结反偏。 v故 漂移运动扩散运动。 v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。 v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 。 非平衡载流子传输三步曲(以NPN 为例) 发射区向基区的多子注入 (扩散运 动）为主 基区的 复合 和 继续扩散 集电结对非平衡载流子的收集作用（ 漂移为主） 偏置要求 v 对 NPN管 要求 UC UB UE UC UE
8、UB 偏置要求 v 对 PNP管 要求 UC UB UE UC UE UB 2-1-2 电流分配关系 b c eIB IC IE c IC e IE N P N IB RC UCC UBB RB ICBO 15V b IBN IEPIEN ICN 晶体管主要功能: 电流控制（current control） 电流放大（current amplify） 一、直流电流放大系数： 一般 共射极 含义：基区每复合一个电子，就有个电 子扩散到集电区去。 IBN I ICN EN 共基极 一般 两者关系： IBN I ICN EN 二、IC、 IE、 IB、三者关系： c IC e IE N P N IB
9、 RC UCC UBB RB ICBO 15V b IBN IEPIEN ICN 若忽略 ICBO，IEP , 则 22 晶体管伏安特性曲线及参数 全面描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。 图23晶体管的三种基本接法（组态） (a) c e b iB iC 输出 回路 输入 回路 (b) e c b iB iE ce iEiC b (c) (a)共发射极；(b)共集电极；(c)共基极 221 晶体管共发射极特性曲线 一、共发射极输出特性曲线 测量电路 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) 图25 共射输出特性曲线 uCE/V51015 0 1 2
10、 3 4 饱 和 区 截止区 iBICBO 放 大 区 iC/mA uCEuBE IB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A c IC e IE N P N IB RC UCC UBB RB ICBO 15V b IBN IEPIEN ICN 现以iB=40uA一条加以说 明： vCE /V iC /mA 25 =20A =40A =60A =80A （1）当vCE=0V时，因集电极无收集作用，iC=0。 （2）当vCE稍增大时，发射结虽处于正向电压之下 ，但集电结反偏电压很小，如： vCE1时，各条特 性曲线基本重合。 0IBQ，这就要求RB1、RB2的取值愈小愈好。但 是RB1 、
11、 RB2过小，将增大电源UCC的无谓损耗， 因此要二者兼顾。通常选取 并兼顾UCEQ而取 分析：电路的基极与地之间用戴维南定理等效 (a)电路 RB1 UCC RC RE RB2 图215分压式偏置电路 RB2 UCC 基极 地 RB1 RB UBB 基极 地 其中 RB=RB1RB2 (b)用戴文宁定理等效后的电路 UCC RC RE RB ICQ UBB IBQ 工作点计算： 例3 电路如图215(a)所示。已知=100, UCC=12V,RB1=39k,RB2=25k,RC=RE=2k，试 计算工作点ICQ和UCEQ。 (a)电路 RB1 UCC RC RE RB2 解： (a)电路 RB1 UCC RC RE RB2 =100, UCC=12V, RB1=39k, RB2=25k, RC=RE=2k 若按估算法直接求ICQ，则： 若增加，工作点是 否发生改变？设=150 。 (a)电路 RB1 UCC RC RE RB2 - 结论 分压式偏置电路中，若温度升高，增加，IBQ 减小，ICQ= IBQ不变，UCEQ不变 所以，RE起了稳定工作点的作用。
