【正文】 它有空穴和電子兩種載流子參與導(dǎo)電 ，故稱雙極型 。 分為硅管和鍺管；大 、 中 、 小功率管；高頻管和低頻管 。 半導(dǎo)體三極管（簡稱三極管）就是一種能將直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量的器件，這樣的器件也稱為有源器件。 第 2章 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路 半導(dǎo)體三極管又稱為雙極型三極管 （ Bipolar Junction Transistor， BJT） 、 晶體三極管 ， 簡稱三極管 ， 是最為常用的一種半導(dǎo)體器件 。 它是通過一定的工藝 ， 將兩個 PN結(jié)結(jié)合在一起的器件 。由于 PN結(jié)之間的相互影響 ， 使三極管表現(xiàn)出不同于二極管單個 PN結(jié)的特性而具有電流放大作用 ，從而使 PN結(jié)的應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍 。 本節(jié)將圍繞三極管為什么具有電流放大作用這個核心問題 ，討論三極管的結(jié)構(gòu) 、 內(nèi)部載流子的運動過程以及它的各極電流分配關(guān)系 。 三極管的結(jié)構(gòu)與符號 [實物演示 ] 各類三極管及其外形 三極管按結(jié)構(gòu)可分為 NPN和 PNP兩類 。 三極管的結(jié)構(gòu)： （ 硅平面型 、 鍺合金型 ） 三個區(qū)：基區(qū) 、 發(fā)射區(qū) 、 集電區(qū) 三個極：基極 、 發(fā)射極 、 集電極 三個結(jié)：發(fā)射結(jié) 、 集電結(jié) 集電極 集電結(jié) Jc 發(fā)射結(jié) Je N 基區(qū) P 發(fā)射區(qū) P 發(fā)射區(qū) c c 發(fā)射極 e 基極 b ce b （ a） 結(jié)構(gòu)示意圖 （ b） 符號 PNP型三極管 （ a）結(jié)構(gòu)示意圖 （ b）符號 NPN型三極管 b ccbee集電結(jié) Jc 發(fā)射結(jié) Je P 基區(qū) N 發(fā)射區(qū) N 發(fā)射區(qū) 集電極 c c 發(fā)射極 e 基極 b 三極管放大原理 1． 三極管的偏置 放大電路中的三極管都需要提供直流電源 ， 并得到一個合適的偏置 。 由于三極管有兩個 PN結(jié)，所以偏置的方式有四種： 發(fā)射結(jié)正偏、集電極反偏； 發(fā)射極反偏、集電結(jié)正偏； 二結(jié)均正偏； 二結(jié)均反偏。 放大電路中的三極管的偏置應(yīng)為發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。 NPN型三極管， UCUBUE ； PNP型三極管， UCUBUE。 c eR +V EEcR+V CCbe c I BI E I C eR+V EEcR+V CCbe c I BI E I C （ a） NPN型三極管的直流供電電路 （ b） PNP型三極管的直流供電電路 三極管的直流供電電路之一 bR +V BBcR+V CCbec I EI BI C bR+V BBcR+V CCbec I EI BI C （ a） NPN型三極管的直流供電電路 （ b） PNP型三極管的直流供電電路 三極管的直流供電電路之二 電子流 少子漂移 復(fù)合 VEB + e c VEE + b Re IE N Jc P Je + VCC RC + UCB IC IB 圖 NPN三極管內(nèi)部載流子的運動 2．三極管的電流分配關(guān)系 半導(dǎo)體三極管內(nèi)有兩種載流子參于導(dǎo)電 ， 故稱為雙極型三極管 （ BJT） 。 I C I B I E c b e I C B O I BN N J e P J c N I E I CN 三極管的電流分配關(guān)系 由節(jié)點電流定律 ， 有 IE = ICN ＋ IBN IB = IBN － ICBO IC = ICN ＋ ICBO 由上述三式可得 IE = IB ＋ IC 定義 稱為共基極直流電流放大系數(shù)，其值一般在 ； 定義 稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) , 其值一般在幾十至幾百之間。 ECNII??NCNBIIβ ? 由于 ICBO一般很小 ， 若忽略 ICBO ， 則有 IB ≈ IBN IC ≈ ICN IE = ICN ＋ IBN = IB ＋ IC ECII??BCIIβ ? 因此 ， 且有 BEC III ?? ?? BE )1( II ??? ????? 1 ???? 1β 若考慮 ICBO， 則由上式得 上式第二項用 ICEO表示 ， 即 于是 通常稱 ICEO為穿透電流，或集電極 .發(fā)射極間反向飽和電流。 CB OBC III )1( ?? ???CB OCE O II )1( ??? CE OBCB OBC IIIII ????? ??? )1( 管子各極的電流及方向如圖所示。 PNP型管的各極電流方向與 NPN型管相反，但電流分配關(guān)系完全相同。 三極管三個電極的電流中， IB 最小， IE最大， IC ≈IE ,即 IE＞ IC＞ IB 。 （ a） （ b） 三極管各極的電流及方向 （ a） NPN型 （ b） PNP型 cbe I EI BI C =βI BB + I=I C cbe I EI BI C =βI BB + I=I C 三極管的特性曲線和主要參數(shù) 采用共射接法的三極管的特性曲線稱為共射特性曲線。 三極管有三個電極，而且還有放大作用，所以它的特性曲線要比二極管復(fù)雜的多。常用的是輸入特性曲線和輸出特性曲線。 bR +V BBcR+V CC++ u BEi Bi CμAmVVmA+ +u CE測量三極管共射特性曲線的電路 輸入特性曲線反映了三極管輸入端的電流 iB和電壓uBE關(guān)系，輸出特性曲線則反映了三極管輸出端的電流 iC和電壓 uCE的關(guān)系。 三極管的共射輸入特性曲線表示當管子的輸出電壓 uCE為常數(shù)時 ， 輸入電流 iB與輸入電壓 uBE之間的關(guān)系曲線 ， 即 常數(shù)?? CEuBEB ufi )( 在一般情況下，當 uCE較大（大于 1V）時，三極管工作在正常放大狀態(tài)，則 uCE對 iB的影響很小。因此，為使問題簡單化，將只考慮保證 uCE始終大于 1V，但并不固定 uCE為某一數(shù)值，其誤差很小。 共射輸入特性曲線 1V uCE=0V 0 20 40 60 80 iB (mA) 20℃ uCE(V) 圖 NPN管的共射輸入特性曲線 （ 1） uCE =0V時，相當于 c、 e極短路，這時三極管可以看為兩個二極管的正向并聯(lián)，因此 uCE =0V的輸入特性與二極管的正向特性相似，但更陡一些。 （ 2）隨著 uCE的增大，曲線逐漸右移。這是因為隨著 uCE的增大，基區(qū)調(diào)寬效應(yīng)使電子在基區(qū)與空穴的復(fù)合減少，在相同的 uBE下 iB減小，曲線右移。 （ 3） uCE≥1V以后各條輸入特性曲線密集在一起，幾乎重合。 由于在實際使用時 ， uCE一般總是大于 1V的 ， 因此通常只畫出有用的 uCE =1V的那條輸入特性曲線 。 (4) 一般硅管的 │UBE│≈， 鍺管的 │UBE│≈。 (5) 輸入特性是非線性的。 總之，三極管的輸入特性曲線與二極管的正向特性相似，因為 b、 e極間是正向偏置的 PN結(jié)。 2．共射輸出特性曲線 共射組態(tài)時，三極管的輸出電流 iC不但取決于輸出電壓 uCE ，而且與輸入電流 iB有關(guān)。三極管的共射輸出特性曲線表示當管子的輸入電流 iB為某一常數(shù)時，輸出電流 iC與輸出電壓 uCE之間的關(guān)系曲線，即 常數(shù)??BiCECufi )( 共射輸出特性曲線 ΔiＣ 放大區(qū) uCE=uBE Δ iB ICEO iC (mA) u CE (V) 0 2 4 6 8 10 10 2 4 6 8 0 iB=140μ A 120μ A 100μ A 80μ A 60μ A 40μ A 20μ A 截止區(qū) 飽和區(qū) 20℃ 圖 NPN三極管的共射輸出特性曲線 （ 1） 曲線起始部分較陡，且不同 iB曲線的上升部分幾乎重合。這表明 uCE很小時， uCE略有增大， iC就很快增加，但 iC幾乎不受 iB的影響。 （ 2）當 uCE較大（如大于 1V）后，曲線比較平坦，但略有上翹。 （ 3） 輸出特性是非線性的 。 由共射輸出特性曲線 ， 可以把三極管的工作狀態(tài)分為三個區(qū)域 ： 截止區(qū) 、 放大區(qū) 、 飽和區(qū) （ 1） 截止區(qū) 通常把 iB=0（此時 iC=iE=ICEO ）的輸出特性曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。截止區(qū)的特點是各極電流均很?。ń咏虻扔诹悖藭r 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏 ，三極管失去放大作用且呈高阻狀態(tài)， e、 b、 c極之間近似看作開路。 （ 2） 放大區(qū) 放大區(qū)指 iB＞ 0和 uCE＞ uBE的區(qū)域，粗略看來就是圖中曲線的平坦部分。 在放大區(qū) ， 發(fā)射結(jié)正偏 ， 集電結(jié)反偏 。 此時由于iC≈βiB ， 則 iC隨時 iB而變化 ， 即 iC受控于 iB（ 受控特性 ） ；同時 iC與 uCE基本無關(guān) ， 即 iC對 uCE而言可近似看成恒流 （ 恒流特性 ） 。 由于 ΔiC＞＞ ΔiB ， 所以三極管有電流放大的作用 。曲線間的間隔大小反映出 β的大小 ， 即管子的電流放大能力 。 三極管只有工作在放大區(qū)才有放大作用 。 由于 iC受控于 iB ， 所以三極管是一種 電流控制型器件 。 （ 3） 飽和區(qū) 飽和區(qū)指 uCE＜ uBE的區(qū)域，大致是圖 線靠近縱軸的區(qū)域。在飽和區(qū)， 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏 ，三極管也失去放大作用， iC=βiB