第一章修改版-講模擬14三極管

1、1第五節(jié) 晶體三極管21-5-1 晶體三極管的結(jié)構(gòu)及類(lèi)型一、關(guān)于結(jié)構(gòu)： 晶體三極管又稱(chēng)為雙極型晶體管，簡(jiǎn)稱(chēng)晶體管，三極管等，一般由兩個(gè)背靠背的PN結(jié)構(gòu)成，根據(jù)這兩個(gè)PN結(jié)的排列方式不同，三極管分為NPN型和PNP型兩種。 我們用圖形來(lái)說(shuō)明這兩種類(lèi)型的三極管的結(jié)構(gòu)：第五節(jié) 晶體三極管3 晶體三極管又稱(chēng)雙極型晶體管(BJT)，一般由兩個(gè)背靠背的PN結(jié)構(gòu)成，根據(jù)這兩個(gè)PN結(jié)的排列方式不同，三極管分為NPN型和PNP型兩種。4NPN型CPNNEB發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)基極發(fā)射極集電極集電結(jié)發(fā)射結(jié)PNP型NPPEB基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電區(qū)發(fā)射區(qū)集電極C發(fā)射極基極BETCNPNBETCPNP5 不管是NPN型還是

2、PNP型都分為： 三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū) 制做時(shí)在這三個(gè)區(qū)各引出一個(gè)電極，命名為：發(fā)射極E、基極B、集電極C。 這三個(gè)區(qū)構(gòu)成兩個(gè)PN結(jié)，其中： 發(fā)射區(qū)與基區(qū)形成發(fā)射結(jié)，用Je表示； 集電區(qū)與基區(qū)形成集電結(jié)，用Jc表示。 6 二、種類(lèi)和符號(hào)： 晶體管的制做工藝很多也很復(fù)雜，常見(jiàn)的有：摻雜、光刻、擴(kuò)散等，而且常見(jiàn)的晶體管種類(lèi)都是平面型管。 晶體管的三個(gè)區(qū)由于摻雜工藝的不同，可形成兩種類(lèi)型的管子。 第一種為NPN型：即由兩塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體的管子稱(chēng)為NPN管。 第二種為PNP型：即由兩塊P型半導(dǎo)體中間夾著一塊N型半導(dǎo)體的管子稱(chēng)為PNP管。 7這兩種管子在電路的符號(hào)為：（要求牢記

3、）8三、晶體三極管的三種連接方式： 晶體三極管為三端器件，接入電路中要成為雙口網(wǎng)絡(luò)，因此，就必有一個(gè)電極作為輸入口和輸出口的公共端，因此，三極管接入電路中就有以下三種連接方式： 共發(fā)射極接法： Ib為輸入電流，Ic為輸出電流， 而且： Ic = F( IB )共基 極接法 : Ic = F( IE )共集電極接法 : IE = F( IB )9NPN型管的三種接法： 共發(fā)射極接法 共基極接法 共集電極接法IBICIEICIBIE10 四、晶體三極管的主要特性： 與二極管不同， 晶體三極管的主要特性與它的三種工作模式或工作狀態(tài)有關(guān)： 放大模式： 此時(shí),晶體管的 JE 正偏，JC 反偏 。這一模式

4、主要表現(xiàn)為正向受控作用，即：晶體三極管的集電極電流和發(fā)射極電流只受正偏發(fā)射結(jié)電壓的控制，而幾乎不受集電結(jié)反偏電壓的控制。11 這種作用首先表現(xiàn)為電流放大。其次表現(xiàn)為電壓放大，（電壓放大是由電流放大轉(zhuǎn)換而來(lái)的）。飽和模式： 此時(shí)管子工作在 JE 和 JC 均正向偏置狀態(tài)。截止模式： 此時(shí)管子工作在 JE 和 JC 均反向偏置狀態(tài)。 后兩種狀態(tài)呈現(xiàn)受控開(kāi)關(guān)特性，是實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電路的基礎(chǔ)。121-5-2 放大模式下三極管的工作原理 在放大模式下，三極管的主要作用是放大作用，這種放大作用不是一般的放大，它具有以下兩方面的含義： 是放大的對(duì)象是變化量 是指對(duì)能量的控制作用的放大，即能量的放大。 13 為定性

5、說(shuō)明這一正向控制作用的實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)以NPN管的簡(jiǎn)單共射放大電路為例，著重闡述工作在放大模式下的晶體管內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程。14工作在放大模式下的晶體管內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程。1516一、三極管內(nèi)部載流子的傳輸情況 在發(fā)射區(qū)：向基區(qū)發(fā)射電子的情況： 發(fā)射結(jié)Je正向偏置，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)為主流，阻擋層變窄，則發(fā)射區(qū)的多子（電子）源源不斷地越過(guò)發(fā)射結(jié)到達(dá)基區(qū)，同時(shí)，基區(qū)的空穴（多子）也會(huì)擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，成為發(fā)射區(qū)的非平衡少子，這兩種多子產(chǎn)生的擴(kuò)散電流分別記為： IEN和 IEP 17 三極管的連接方式BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。IBE進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE

6、 ，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。1、共發(fā)射極接法 2、共集電極接法 3、共基極接法1.3.3 電流放大原理18BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEIBEICE從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。載流子傳輸過(guò)程 發(fā)射、復(fù)合、收集19IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE各極電流關(guān)系20 此時(shí)，IEN 和 IEP方向相同， 但由于基區(qū)低摻雜且薄，所以有： IEP VE， Je

7、中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 漂移運(yùn)動(dòng) 在忽略IEP的情況下，Je中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成了IE。21結(jié)論：發(fā)射區(qū)的電子源源不斷越過(guò)PN結(jié)到達(dá)基區(qū)形成 IEN基區(qū)的空穴電子源源不斷越過(guò)PN結(jié)到達(dá)發(fā)射區(qū)形成 IEP則：發(fā)射極電流 IE = IEN + IEP IEN ( IEPIEP 即：使發(fā)射結(jié)為不對(duì)稱(chēng)結(jié)，且基區(qū)低摻雜，以減小 IEP 在 IEN中的比例。（2）令基區(qū)寬度很小，以保證基區(qū)中的非平衡少子（發(fā)射區(qū)注入的電子）在向集電結(jié)擴(kuò)散過(guò)程中絕大部分被能到達(dá)集電結(jié)，僅有極少部分被復(fù)合掉，即減小IBN的比例。25（3）令集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)，以保證擴(kuò)散到集電結(jié)邊界處的非平衡少子全部漂移到集電極，形成受控的集電極電流。 這

8、樣一來(lái)，管子在做成以后，Ic 和 IB的比例基本保持一定。因此我們可以通過(guò)改變IB的大小控制 Ic。這就是三極管的電流放大作用。26二、電流傳輸方程 即：三極管的電流分配關(guān)系 電流傳輸方程是指三極管在正向受控過(guò)程中各電極的電流之間的關(guān)系。 傳輸方程的推導(dǎo)如下：27 對(duì)于一個(gè)高品質(zhì)的晶體管，我們希望其正向受控作用要好。也就是要求： ICN IBN； 即希望ICN在IE中占有很高 IEN IEP ；的比例。 因此：我們通常用ICN和IE的比值來(lái)衡量管子的質(zhì)量。所以定義：上式稱(chēng)為共基極直流電流放大系數(shù)，并與IE的值有關(guān)， = 0.98 0.9928 再將 代入 IC=ICN+ICBO 即得: 在上式

9、中，用IE表示了IC，即把IE作為輸入回路電流，而把IC作為輸出回路電流，并以基極為公共端，所以，是共基極電流的電流傳輸關(guān)系式。29 但在共射極電路中，要把 IB 作為輸入回路電流，IC 作為輸出回路電流，基極作為公共端。故為得到 IC 和 IB的關(guān)系： 將 IE= IC + IB 代入 中 得：30 此時(shí)定義： 稱(chēng)為共射電流放大系數(shù) 上式變?yōu)椋?同時(shí)： 這兩個(gè)公式中令： ICEO稱(chēng)為穿透電流，又叫ICEO(pt)，即基極開(kāi)路（IB=0）時(shí)由集電極直通到發(fā)射極的電流。 31一般地： 故：忽略 ICEO 的影響使得： 注意： 這兩個(gè)式子是以后我們?cè)诜治鲞\(yùn)算中常用的近似關(guān)系。32三、三極管的電流放大作用 從三極管中載流子的運(yùn)動(dòng)情況可知，我們只要在制造上將基區(qū)做得很薄，摻雜濃度又低，那么從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子將絕大部分越過(guò)基區(qū)流向集電極，形成 Ic，只有很小一部分流向基極形成 IB，管子在做成以后，Ic 和 IB 的比例基本保持一定。因此我們可以通過(guò)改變 IB 的大小控制 Ic，這就是所謂的三極管的電流放大作用。33四、三極管的電壓放大作用 三極管的電流放大作用又可轉(zhuǎn)化為電壓放大作用。 從共射電