電子線路第二章第一節(jié)三極管課件

電子線路線性部分（第四版）新疆大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子系.吐爾遜許植第二章晶體三極管第二章前言第一節(jié)放大模式下晶體三極管的工作原理第二節(jié)晶體三極管的其它工作模式第三節(jié)埃伯爾斯-莫爾模型第四節(jié)晶體三極管的伏安特性曲線第五節(jié)晶體三極管的小信號(hào)電路模型第六節(jié)晶體三極管電路分析法第七節(jié)晶體三極管應(yīng)用原理第二章晶體三極管前言晶體三極管是一種具有正向受控作用的半導(dǎo)體器件，它的內(nèi)部有兩個(gè)背靠背排列的PN結(jié)(不能用兩個(gè)二極管對(duì)接而成)。按結(jié)構(gòu)劃分，三極管有NPN型與PNP型兩種。

NPN型管與PNP型管工作原理相似，但由于它們形成電流的載流子性質(zhì)不同，結(jié)果導(dǎo)致各極電流方向相反，加在各極上的電壓極性相反。2.2基本內(nèi)容晶體三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn):發(fā)射區(qū)高摻加基區(qū)很薄集電結(jié)面積大2.2.1放大模式下電流分配基本關(guān)系式2.2.2三極管的通用模型---伏安特性曲線

2.2.3三極管的簡(jiǎn)化模型1、放大模式下三極管的模型數(shù)學(xué)模型（指數(shù)模型）直流簡(jiǎn)化電路模型交流小信號(hào)電路模型2、飽和與截止模式下三極管的模型

2.2.4三極管電路分析方法

先進(jìn)行直流分析，后進(jìn)行交流分析1、直流分析方法——分析IBQ、ICQ、VCEQ可采用圖解法或估算法2、交流分析方法——分析Av、Ri、R0可采用圖解法與小信號(hào)等效電路方法2.2.5放大器的構(gòu)成

電路都是以三端器件（三極管、場(chǎng)效應(yīng)管）為核心，再配以合適的管外電路而組成

根據(jù)雜質(zhì)半導(dǎo)體的排列方式不同，晶體三極管有兩種不同的類型，并且只有兩種類型。

即

NPN型與

PNP型NPN型電路符號(hào)

EBCECBPNP型電路符號(hào)ECBPNN集電結(jié)

CB結(jié)發(fā)射結(jié)

EB結(jié)集電極基極發(fā)射極集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)晶體三極管的主要特性與它的工作狀態(tài)有關(guān)：

（1）、放大狀態(tài)：定義為發(fā)射結(jié)外加正偏電壓，集電結(jié)外加反偏電壓。這種作用是實(shí)現(xiàn)放大器的基礎(chǔ)。

（2）、飽和狀態(tài)：定義為發(fā)射結(jié)外加正偏電壓，集電結(jié)外加正偏電壓。

（3）、截止?fàn)顟B(tài)：定義為發(fā)射結(jié)外加反偏電壓，集電結(jié)外加反偏電壓。這兩種模式呈現(xiàn)受控開關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電路的基礎(chǔ)。2、晶體三極管的主要特性：

1、內(nèi)部載流子傳輸過程：晶體三極管的兩個(gè)PN結(jié)是通過基區(qū)產(chǎn)生耦合作用，連接在一起的。ECBPNN以NPN型晶體三極管為例：分析：晶體三極管處于放大模式下，載流子傳輸過程。CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1ICpICn2ICn1ICIBIEICBO（1）、發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子的過程：

發(fā)射結(jié)正偏后，形成的正向擴(kuò)散電流，是由發(fā)射區(qū)和基區(qū)得多子通過PN結(jié)而形成。

即

IEn+IEp

方向由P區(qū)指向N區(qū)

式中

IEn

為電子電流；

IEp

為空穴電流。

CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1ICpICn2ICn1ICIBIEICBO（2）、集電結(jié)收集電子的過程：

由發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子為基區(qū)的非平衡少子，在濃度梯度的影響下，邊擴(kuò)散、邊復(fù)合，向集電結(jié)邊界運(yùn)動(dòng)。并且，在集電結(jié)反偏電場(chǎng)的作用下，快速通過PN結(jié)，進(jìn)入集電區(qū)形成電子電流。CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1ICpICn2ICn1ICIBIEICBO

與其有關(guān)的載流子流有：

ICn1

由基區(qū)非平衡少子電子，在外電場(chǎng)作用下，形成的漂移電子電流。

ICp

由集電區(qū)中熱平衡少子空穴，在外電場(chǎng)作用下，形成的漂移空穴電流。

ICn2

由基區(qū)中熱平衡少子電子，在外電場(chǎng)作用下，形成的漂移電子電流。

總的載流子電流為：

ICn1+ICp+ICn2

CEBPNIEpIEnR2V2V1R1ICpICn2ICn1ICIBIEICBO

ICn1+ICp+ICn2

其中

令

ICp+ICn2

=

ICBO

ICBO

是集電結(jié)本身的反向飽和電流

為滿足電中性條件，必須通過外電路向集電區(qū)補(bǔ)充空穴，因此，外電路的電流為IC=ICn1+ICp+ICn2=ICn1+ICBO

IC

的方向?yàn)榧姌O流入

總結(jié)兩個(gè)PN結(jié)，共同形成流入基區(qū)的載流子電流為

IEp+(IEn–ICn1)–(ICp+ICn2)為滿足電中性條件，必須通過外電路向基區(qū)補(bǔ)充空穴，因此，外電路的電流為：

IB=IEp+(IEn–ICn1)–(ICp+ICn2)=IEp+(IEn–ICn1)–ICBOIB

的方向?yàn)榛鶚O流入CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1ICpICn2ICn1ICIBIEICBO

綜合前面的分析有：

IE=IEn+IEp

IC=ICn1+ICp+ICn2=ICn1+ICBO

IB=

IEp+(IEn–ICn1)–ICBO

IC+IB=ICn1+ICBO+IEp+(IEn–ICn1)–ICBO

=IEn+IEp=IE

即

IE=IC+IB

由此，可以看出晶體三極管的三個(gè)電極的電流，滿足上述的節(jié)點(diǎn)方程。

討論：

（1）、只有發(fā)射區(qū)中的多子，自由電子通過發(fā)射結(jié)

基區(qū)集電結(jié)集電區(qū)。

即

將IEn

轉(zhuǎn)化為

ICn1

，并且ICn1

的大小只受發(fā)射結(jié)的電壓VBE

的控制。

當(dāng)

VBE

↑

IEn

↑ICn1

↑

時(shí)，ICn1

的大小幾乎不受集電結(jié)反偏電壓的控制。（2）、其它載流子電流，只能分別產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)的電流，而不會(huì)轉(zhuǎn)化另一個(gè)結(jié)的電流。它們對(duì)正向控制作用來說都是無用的。稱為晶體三極管的寄生

電流。（3）、對(duì)晶體三極管來說要減小寄生電流。以保證受控載流子的傳輸效率，即提高放大性能。2、電流的傳輸方程：

電流的傳輸方程：是指晶體三極管在上述正向受控過程中，各極電流之間的關(guān)系式。

雙口網(wǎng)絡(luò)V1I2I1V2

共基極組態(tài)

共發(fā)射極組態(tài)

共集電極組態(tài)CBEICIBCBCIEIBEICIECB（1）、各極電流之間的關(guān)系式：根據(jù)內(nèi)部載流子傳輸過程分析可知，ICn1

是由IEn

轉(zhuǎn)化得到的：設(shè)、為轉(zhuǎn)化系數(shù)（或稱為轉(zhuǎn)化能力）。定義為

：IEn>>IEp

、故

IEn

≈IE

已知

IC=ICn1+ICBO(共基極連接時(shí)，電流傳輸方程)所以因?yàn)橐虼?，的值恒小?，但是分接近于1，一般在0.98以上。通常ICBO

很小，尤其是硅材料制作的硅管，一般可以忽略。方程可近似為：稱為共基極電流傳輸系數(shù)。已知代入得：所以已知：代入得：共集電極連接時(shí)，電流傳輸方程：通常ICEO

很小，可忽略，則和ICEO

的物理含義：（2）、將代入故

表示晶體三極管的基極電流IB

對(duì)集電極電流IC

的控制能力。實(shí)際上表示為，IB

中受發(fā)射結(jié)電壓控制的電流成分（IB+ICBO）對(duì)集電極正向受控電流成分（ICn1=IC–ICBO）的控制能力。通常ICBO

很小，則可忽略。由于

接近于1，因此，將遠(yuǎn)大于1。例如

時(shí)

表明共發(fā)射極連接時(shí)，晶體三極管具有電流放大作用。但其值有較大的離散性。（b）、ICEO

的物理含義ICEO

是基極開路（即

IB

=0）時(shí)，由集電極直通到發(fā)射極的電流。

VBEVCBVCEVCEVCBVBENNP

根據(jù)圖可得：

集電結(jié)上外加反偏電壓，發(fā)射結(jié)外加正偏電壓。晶體三極管仍工作在放大模式，具有放大模式，即

放大作用。當(dāng)

IB=0時(shí)

IEp+(IEn–ICn1)=ICBO

所以

其值被放大

倍

，再加上集電極本身的ICBO

ICEO

遠(yuǎn)大于ICBO

，不過在常溫下ICEO

也很小，可以忽略。

3、一般模型：（1）、指數(shù)模型電流傳輸方程

共B共E共C應(yīng)該滿足下列條件：晶體三極管在正向受控作用下，并且在較大電流變化范圍內(nèi)和保持恒值則不論采用哪種方式連接，其輸出電流與輸入電流之間的關(guān)系是線性的。實(shí)際上，控制電流IE

或IB

是受發(fā)射結(jié)電壓VBE

控制的。VBE

為發(fā)射結(jié)正向偏置電壓，因此，IE

應(yīng)該服從下面的指數(shù)關(guān)系。式中

IEBS

為發(fā)射結(jié)的反向飽和電流。則相應(yīng)的集電極電流IC

可近似的表示式中（2）、簡(jiǎn)化電路模型：晶體三極管實(shí)質(zhì)上，是輸出電流受輸入發(fā)射結(jié)電壓控制的非線性器件。當(dāng)共E連接時(shí)，如圖所示EBCICIBVCEVBE電流關(guān)系：電路可等效為：

晶體三極管共發(fā)射極連接時(shí)的電路模型在工程分析時(shí)，可忽略二極管的正向?qū)娮?，電路又可等效為：VBEVCEI