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1、Chap2 三极管构成与放大电路三极管放大功能（直流,交流）用来制作放大器件，放大作用针对变化量（交流）而言。规定： 电压方向是以共同端（0点）为负端，其他各点为正端。电流的假定方向d ,i以流入电极为 cB 正， i 以流出电极为正。E2.1 晶体管构成与特性方程2.1 晶体管构成原理 三极管的放大作用是在不同极性的外加电压作用下,载流子的不同传输过程形成的.三极管分为NPN和PNP型.NPN型是有两个PN结的三层半导体制成中间P区很薄浓 度低,两边各有一个N区.从三个半导体区接出引线称为电极:发射极e,基极b,集电极c,对应半 导体区称为发射区,基区和集电区.发射区比集电区杂质浓度高,在某
2、些电路中,两个区发挥的 作用可以互换.三极管构成：VEE七一 pn cbc pn + b 0eI处）,pnc集电结（基区与集电区交界处）.发射极电流I，在发射结正向压降作用下，传输到基极, 形成基极电流;接着在集电结反向电压作用下漂移到集电极，形成集电极电流i ;构成基极回路与集电极回路。三极管电流分配与放大原理2.1.1 NPN晶体管在直流电路的放大功能-偏置电路内部作用.发射区（起点）作用,向基区注入载流子,基区（中间传输）传送和控制载流子,集电 区（目标区）收集载流子,单向.双向:?外部条件：基P区空穴浓度低，发射N区向基P区注入（多子）电子,因此在发射结加上正 向电压v （V u，再使
3、基P区的非平衡少子（非平衡多子?） 能传输到集电区，因此在集电结加反向电压 V （V G （4 V ,19 V） ,集电极接正极.CC CC三极管的电压极性关系:（U 0, U 0） o U U U ,发射结正偏，集电结反偏集电结bebce b c空间电荷区比发射结厚.当基极接地，发射区电流为输入电流，集电区为输出电流。 一共基极放大电路管内载流子传输过程: 发射 N 区向基区注入电子.发射结势垒减小,发射区多子不断通过发射结扩散到基区,形成 发射极电流I，方向与电子电流相反同时基区空穴也扩散到发射区.E 电子在基 P 区的扩散与复合.发射区电子在基区形成浓度梯度,电子向集电结扩散的过程 中与
4、基区空穴复合,基区电源正端从基区拉走电子,好像不断供给空穴.电子复合数目与电源 拉走的电子数目相同,是基区空穴浓度基本维持不变.形成了基极电流 I ,基极电流是电子 在基区与空穴复合的电流若基区很厚浓度高，则I很大，从发射区到达集电区的电子数目B很少，因此基区几微米,杂质浓度低.电源在复合中的作用：P区空穴数量有限，电源使P区 的空穴源源不断地产生。IBnVEEn e cnn b pn & I = I + ICC c 口 4cb|p J c CBO cbn cbpcbp说明：ICBO受到温度影响很大，使管子不稳定，所以在制造过程中应减少ICBO。ICBO的产生CBOCBO CBO与发射结没有关
5、系，所以发射极开路I = 0，集电结的反向饱和电流。E二电流分配关系与电流放大系数：I 二 I +1 二 I +1+ IEBPENBPCNBN I 二 I + I I= I 二 I + IBBPBNC BOEB CI 二 I + ICCN CBO说明：式中载流子来源是。在基区，发射结电流是扩散电流，集电结电流是漂移电流，所以式中用减号:T与CB0方向相同。BNBP共基极晶体管的功能，由发射区注入电子传输到集电区所占百分比决定，称为共基极电流放大系数a =丄 CN CBO (a g (0.9, 0.99)。IIIEEE三共射极直流放大电路两个结，一个正偏一个反偏，三个电极U U U。若基极接地，
6、发射极接V电源C b e EE负极,集电极接电源正极.若发射极接地，基极接电源正极，集电极接电源正极，因此基极电 压可从集电极分压，称为共射极放大电路(但是若集电极接地，则发射极接电源负极，基极 接电源负极，基极可从发射极分压，不能称为共集极放大电路)。直流放大电路为放大变化 的小信号电路提供偏置电压，存在两个回路：集电极回路与基极回路(一个常量 U )。集BE电极回路e J pn J b J pn J c J R J V t e，V*正端通过电阻r接集电极,集电极ecCccC电 流 来 自 发 射 极 ， 所 以 不 能 用 线 性 公 式 得 到 ； 基 极 回 路(e) J V t (b
7、) t pn t (e) & U - U ， VBB通过基极电阻R提供一个合适的基极电流BBeBEONBBbI - BB 匸斫，称为固定偏流电路，R称为基极偏置电阻。从I n I =B I。BRRbBCBbb共射极电路电流放大系数？卩-【BN + S 一 -BO n (1 +卩)I I 。I 称为穿透电I + IICBOCEO CEOCN CBOC流，物理意义：当基极开路时，集电极电源作用下集电极与发射极之间形成的电流。2.1.2 晶体管在交变电路的放大功能 在已构建的直流偏压电路放大微弱电信号。在发射极和基极之间回路(输入回路)加上 一个待放大输入信号V，使发射结外加电压V + AV，引起发
8、射极电流的变化为AI。因 此外加电压的控制作用表现为发射极电流的变化量，使组成成分的集电极电流I发生相应C变化AI，使接在集电极上的负载电阻R产生一个变化的电压AV。CLo共基极放大电路的功能：输入交变信号使发射结电压微小变化，引起发射极与集电极电 流很大变化，使集电极负载电阻得到很大的电压变化量，输出电流是输入电流的一部分所以 它们的变化程度相同。发射结电压微小变化引起集电极电流很大变化。正向导通PN结外加 正向电压微小变化使正向电流变化很大。从负载电阻R取出的变化电压V虽时间变化规律和 V相同，幅度增大很多。增大的L o i倍数称为电压放大倍数： VA = oV V1 所以三极管实现微小电
9、压放大，可归纳为两点：1 使输入电压的微小变化能够完全作用到发射结，使负载电阻电压产生很大的变化量。 受到发射结电压控制的发射极电流能通过基区传输，再到达集电极实现电压放大。为保证这 个传输过程，有两个条件：内部条件。发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，同时基区厚 度小。外部条件。发射结正偏，使发射极电流在发射结电压微小变化下有很大变化；集电 极反偏使非平衡少子能够漂移到集电极。2 电流分配关系是三极管构成确定的.连接方式决定输入电流和输出物理量的放大.共基 极接法中 V (pn ) t I (e) T I (c) T V (R ) i eeco L三晶体管放大物理量的三类连接方法 三个电极，一
10、个作为信号输入端，一个作为输出端，一个作为输入输出回路共同端。根据共 同端的不同，可分为：共基极，共发射极和共集电极接法。1 共射极连接方法以发射极为共同端，以基极为输入端，集电极为输出端。 首先从基极输入端加入一个待放大的信号 V ，则有变化过程i I(b) V T (pn )V + V n (b) I + I n (e) I + I : I =ie BEiBBEEE _ a ，n (c)I + I : I = aAI n (R ) V = _ I RCCCELoC L2 共射极电路与共基极电路放大信号的物理本质 输入电流控制输出电流：共射极从基极输入变化的电压，使基极电流发生变化，以基极
11、电流 I 作为输入控制电流；共基极从发射极输入变化的电压，使发射极电流发生变化，以 发射极电流I作为输入控制电流。I作为输入控制电流的好处是信号源消耗的功率小。EB共射极研究集电极输出电流与基极输入电流的关系。共基极研究集电极输出电流与发射极输 入电流的关系。尽管接法不同但是物理本质相同，因此一 aII _ Ia n 卩二 二 cn 二 CBO-I)CBO1 _a I + I I + I 卩是共射极电流放大系数，集电极电流与基极电流的比值：I = a I + I B CC BOCECBO I n I = a (I + I ) + I nI = I +1 IC” C EBCI 二卩 I + (1
12、 + 卩)In 2 CBCBOI = (1 + 卩)ICEOCBO结论：发射区每向基区供给一个复合用的载流子, 放大电路电流分配原则，有：n I 二卩I +ICBC EOI _ I一-c ce n 卩 uIB就向集电极供给卩个载流子。共射极I-(I I )I CC EOBI =卩 I +1CB CEOI =I +1(I 很小)ECBCEOI = (1 + 卩)IEB 共射极不仅电流放大，电压也放大。 输入电压增量的方向与输出电压增量的方向相反。共射极存在集电极电阻，共基极没有集电极电阻。四 三极管特性参数2.2 三极管放大电路设计,器件方程与模型放大电路的实现。确定放大的物理量直流偏压电路：发
13、射结正偏，集电结反偏交流 电路的输入与输出，及电阻的连接。共基极 V = F (, A V , R )co EE CC ei L共射极输入回路：使输入信号变化量通过电阻变成IE的变化量。 输出回路：使 IC 的变化量2.3 三极管基本放大电路分析三类分析方法:直流与交流电路图方程分析 ,直流负载图解分析,交流小信号线性近似分 析.2.3.1 直流与交流电路图方程分析共射极单管放大电路电路图的分析.1 分解直流电路与交流电路直流电路:输入交流信号为 0，保留内阻；耦合电容断路.交流电路:电源短路(电源是不变的量),耦合电容短路.2得到直流静态工作点q BCE V VQQ = uCE(V 二 0.7) T (e) T V T (b); o : (e J )V T R T U T (e); BE BBC CCC E)Te(I )TV (Tb);BE E BBI 二-BBBE n I 二 p IBRCBCEB二 V I RC C C C(i : (b)R T pnBb(I ) T pn (u
