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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,晶体三极管,晶体三极管又称双极型晶体管,(BJT),，一般由两个背靠背的,PN,结构成，根据这两个,PN,结的排列方式不同，三极管分为,NPN,型和,PNP,型,两种。,NPN,型,C,P,N,N,E,B,发射区,集电区,基区,基极,发射极,集电极,集电结,发射结,PNP,型,N,P,P,E,B,基区,发射结,集电结,集电区,发射区,集电极,C,发射极,基极,B,E,T,C,NPN,B,E,T,C,PNP,晶体三极管和晶体二极管一样都是非线性器件，,它的主要特性与其工作模式有关。,晶体三极管有三种工作模式：,放大模式,饱和模式,截止模式,2.2,放大模式下的工作原理,放大模式是指晶体管工作在,发射结正偏、,集电结反偏,的模式。这时它呈现的主要特,性是,正向受控,作用，即三极管的集电极电,流和发射极电流只受正偏发射结电压的控,制，而几乎不受反偏集电结电压的控制。,这种作用是实现放大器的基础。,2.2.1,三极管的放大作用和载流子的运动,以,NPN,型三极管为例讨论,图,1.3.4,三极管中的两个,PN,结,c,N,N,P,e,b,b,e,c,表面看,三极管若实现放大，必须从,三极管内部结构,和,外部所加电源的极性,来保证。,不具备放大作用,三极管内部结构要求：,1.,发射区高掺杂。,2.,基区做得很薄,。通常只有几微米到几十微米，而且,掺杂较少,。,三极管放大的外部条件,：外加电源的极性应使,发射结处于正向偏置,状态，而,集电结处于反向偏置,状态。,3.,集电结面积大。,b,e,c,R,c,R,b,三极管中载流子运动过程,I,E,I,B,1.,发射,发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区,形成发射极电流,I,E,(,基区多子数目较少，空穴电流可忽略,),。,2.,复合和扩散,电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流,I,bn,，,复合掉的空穴由,V,BB,补充,。,多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。,图,1.3.5,三极管中载流子的运动,b,e,c,I,E,I,B,R,c,R,b,三极管中载流子运动过程,3.,收集,集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流,I,cn,。,其能量来自外接电源,V,CC,。,I,C,另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成,反向,饱和电流,，,用,I,CBO,表示,。,I,CBO,图,1.3.5,三极管中载流子的运动,b,e,c,e,R,c,R,b,三极管的电流分配关系,I,Ep,I,CBO,I,E,I,C,I,B,I,En,I,Bn,I,Cn,I,C,=,I,Cn,+,I,CBO,I,E,=,I,Cn,+,I,Bn,+,I,Ep,=,I,En,+,I,Ep,一般要求,I,Cn,在,I,E,中占的比例,尽量大。而二者之比称,共基直流电流放大系数,，即,一般可达,0.95 0.99,三个极的电流之间满足节点电流定律，即,I,E,=,I,C,+,I,B,代入,(,1,),式，得,其中：,共射直流电流放大系数。,上式中的后一项常用,I,CEO,表示，,I,CEO,称穿透电流。,当,I,CEO,I,C,时，忽略,I,CEO,，则由上式可得,共射直流电流放大系数 近似等于,I,C,与,I,B,之比。 一般 值约为几十,几百。,三极管的电流分配关系,一组三极管电流关系典型数据,I,B,/mA,-,0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05,I,C,/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91,I,E,/,mA,0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.96,1.,任何一列电流关系符合,I,E,=,I,C,+,I,B,，,I,B,I,C,V,BE,所以：,I,B,= 0,，,I,C,I,CEO,结论：,发射结反向偏置时，晶体管是截止的。,2.,放大区,晶体管工作在放大模式下，V,BE,Von,V,CE,V,BE,，此时特性曲线表现为近似水平的部分，而且变化均匀：, I,C,的大小受I,B,的控制；,I,c,I,B,；具强的电流放大作用。, 随着V,CE,的增加，曲线有些上翘。, 理想情况下，当I,B,按等差变化时，输出特性曲线是一族与横轴平行的等距离线。,3.,饱和区,条件：,V,BE,Von,，,V,BC,V,BE,特点：此时曲线簇靠近纵轴附近，各条曲线的上升部分十分密集，几乎重叠在一起，可以看出：,当,I,B,改变时，,I,C,基本上不会随之而改变,。,关于晶体管的饱和程度：,一般认为 ，当,V,CE,=V,BE,时的状态为临界状态（,V,CB,=0,）,饱和模式下晶体管的模型可近似用两个导通电压表示，分别为 和,对于硅管，一般取,共发射极连接时,2.3.3,晶体三极管的饱和模式,当三极管的发射结和集电结,均加正偏,时，它工作在饱和,模式。 和 将同时受到两个结正偏电压的控制，不再具有,放大模式下的正向受控作用。,2.3.4,晶体三极管的截止模式,三极管工作在截止模式时，发射结与集电结均反偏。,若忽略两个结的反向饱和电流，则可近似认为晶体三,极管的各级电流均为零。,其简化模型可用,两段开路线表示：,2.6,三极管的主要参数,三极管的连接方式,V,CC,R,b,+,V,BB,C,1,T,I,C,I,B,C,2,R,c,+,(,a,),共发射极接法,图,1.3.10,NPN,三极管的电流放大关系,一、电流放大系数,是表征管子放大作用的参数。有以下几个：,I,C,I,E,+,C,2,+,C,1,V,EE,R,e,V,CC,R,c,(,b,),共基极接法,1.,共射电流放大系数,2.,共射直流电流放大系数,忽略穿透电流,I,CEO,时，,3.,共基电流放大系数,4.,共基直流电流放大系数,忽略反向饱和电流,I,CBO,时，,和,这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：,二、反向饱和电流,1.,集电极和基极之间的反向饱和电流,I,CBO,2.,集电极和发射极之间的反向饱和电流,I,CEO,(,a,),I,CBO,测量电路,(,b,),I,CEO,测量电路,I,CBO,c,e,b,A,I,CEO,A,c,e,b,小功率锗管,I,CBO,约为几微安；硅管的,I,CBO,小，有的为纳安数量级。,当,b,开路时，,c,和,e,之间的电流。,值愈大，则该管的,I,CEO,也愈大。,图,1.3.11,反向饱和电流的测量电路,三、 极限参数,1.,集电极最大允许电流,I,CM,当,I,C,过大时，三极管的,值要减小。在,I,C,=,I,CM,时，,值下降到额定值的三分之二。,2.,集电极最大允许耗散功率,P,CM,过,损,耗,区,安,全,工,作,区,将,I,C,与,U,CE,乘积等于规定的,P,CM,值各点连接起来，可得一条双曲线。,I,C,U,CE,P,CM,为过损耗区,I,C,U,CE,O,P,CM,=,I,C,U,CE,安,全,工,作,区,安,全,工,作,区,过,损,耗,区,过,损,耗,区,图,1.3.11,三极管的安全工作区,3.,极间反向击穿电压,外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。,U,(BR)CEO,：基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。,U,(BR)CBO,：发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。,安全工作区,同时要受,P,CM,、,I,CM,和,U,(BR)CEO,限制。,过电压,I,C,U,(BR)CEO,U,CE,O,过,损,耗,区,安,全,工,作,区,I,CM,过流区,图,1.3.11,三极管的安全工作区,2.7,PNP,型三极管,放大原理与,NPN,型基本相同，但为了保证发射结正偏，集电结反偏，外加电源的极性与,NPN,正好相反。,图,1.3.13,三极管外加电源的极性,(,a,),NPN,型,V,CC,V,BB,R,C,R,b,N,N,P,+,+,u,o,u,i,(,b,),PNP,型,V,CC,V,BB,R,C,R,b,+,+,u,o,u,i,2.7,温度对晶体三极管特性的影响,由于三极管也是由半导体材料构成，和二极管一样，温度对晶体管的特性有着不容忽视的影响。主要表现在以下三个方面：,(2),温度对,V,BE,的影响：,输入特性曲线随温度升高向,左移,，这样在,I,B,不变时，,V,BE,将减小。,V,BE,随温度变化的规律与二极管正向导通电压一样，即：温度每升高,1,，,V,BE,减小,2,2.5mV,。,(1),温度对,I,CBO,的影响：,I,CBO,是集电结的反向饱和电流，它随温度变化的规律是： 温度每升高,10,，,I,CBO,约增大一倍。,(3),温度对,的影响：晶体管的电流放大系数,随温度升高而增大，变化规律是：,每升高,1,，,值增大,0.5,1%,。,在输出特性曲线上，曲线间的距离随温度升高而增大。,总之：温度对,V,BE,、,I,CBO,和,的影响反映在管子上的集电极电流,I,c,上，它们都是,使,I,c,随温度升高而增大,，这样造成的后果将在后面的放大电路的稳定性及反馈中详细讨论。,（,1,）为了在放大模式信号时不产生明显的失真，三极管,应该工作在输入特性的线性部分，而且始终工作在输出特,性的放大区，任何时候都不能工作在截止区和饱和区。,（,2,）为了保证三极管工作在放大区，在组成放大电路时，外加的电源的极性应使三极管的发射结处于正向偏置状态，集电结则处于反向偏置状态。,晶体管三极管的工作特点,（,3,）即使三极管工作在放大区，由于其输入，输出特性,并不完全理想（表现为曲线而非直线），因此放大后的,波形仍有一定程度的非线性失真。,（,4,）由于三极管是一个非线性元件，其各项参数（如,、,r,be,等）都不是常数，因此在分析三极管组成的放大电路时，,不能简单地采用线性电路的分析方法。而放大电路的基本,分析方法是,图解法和微变等效电路（小信号电路分析）法。,
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