【正文】 第二章 雙極型三極管及其放大電路 雙極型三極管 BJT的伏安特性曲線及主要參數(shù) BJT的偏置電路與直流分析 放大電路的構(gòu)成及性能指標(biāo) 放大電路的交流圖解分析 放大電路交流模型分析法 共集電極與共基極放大電路 BJT多級放大電路 BJT的原理性結(jié)構(gòu)、分類及其電路符號 圖 117 半導(dǎo)體三極管器件 P P N N N P (1) NPN 型 BJT (2) PNP 型 BJT 半導(dǎo)體三極管 (Bipolar Junction Transistor: BJT)是指通過一定的工藝，將兩個 PN結(jié)結(jié)合在一起的器件。 圖 118 NPN型 BJT的結(jié)構(gòu)示意圖 ? 發(fā)射區(qū)比集電區(qū)的摻雜濃度高 ? 集電區(qū)的面積比發(fā)射區(qū)大 發(fā)射極 基極 集電極 發(fā)射區(qū) 基區(qū) 集電區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 收集電子 發(fā)射結(jié) 集電結(jié) E B C 發(fā)射電子 BJT三極電流關(guān)系 BJT放大狀態(tài)下的 PN結(jié)偏置條件 NPN型 VCVBVE VCVBVE ? |VBVE|的值較小，一般硅管 取 ~，鍺管取 ~ ? 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 PNP型 BJT三極電流關(guān)系 (2) 根據(jù) KCL， iE=iC+iB，因此，基極電流可表示為 CEii???? ??(1) 集電結(jié)收集的電子流是發(fā)射結(jié)發(fā)射的總電子流的一部分，常用系數(shù) 表示，有 ? ?BE1 ???(3) 由此可導(dǎo)出集電極與基極電流的關(guān)系為 ? ?C E11i i? ? ???? ? ???其中， 和 為兩種放大系數(shù)，它們之間存在如下轉(zhuǎn)換關(guān)系 ?? 1???? 1 1???? ? 1 BJT放大狀態(tài)下的 三極電流關(guān)系 ? 電流分配關(guān)系 當(dāng) BE之間的正向電壓加大時，將會有更多的電子從射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)（ iE 增大），同時到達(dá)集電極的電子也會增加（ iC 增大），基區(qū)內(nèi)復(fù)合的電子數(shù)也會增加（ iB 增大）。 iE 、 iC 和 iB三者之間的比例基本不變。 故對于一只特定的三極管， ? 和 ? 的值可以近似地看為不變的常數(shù)。常用的三極管， ? 值在數(shù)十到數(shù)百之間。 BJT的電流放大作用 (2) 根據(jù) KCL， iE=iC+iB，因此，基極電流可表示為 CEii???? ??(1) 集電結(jié)收集的電子流是發(fā)射結(jié)發(fā)射的總電子流的一部分，常用系數(shù) 表示，有 ? ?BE1 ???(3) 由此可導(dǎo)出集電極與基極電流的關(guān)系為 ? ?C E11i i? ? ???? ? ???其中， 和 為兩種放大系數(shù)，它們之間存在如下轉(zhuǎn)換關(guān)系 ?? 1???? 1 1???? ? 1 BJT的流控開關(guān)作用 ? 管內(nèi)載流子的傳輸 （ p75:自學(xué)選讀資料的第一部分） 發(fā)射極 基極 集電極 發(fā)射區(qū) 基區(qū) 集電區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 發(fā)射電子 收集電子 ? 管內(nèi)載流子的傳輸 （ p75:自學(xué)選讀資料的第一部分） 發(fā)射結(jié) 集電結(jié) (1) 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)內(nèi)的多數(shù)載流子電子不斷通過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，形成發(fā)射級電流 IE。 另外，基區(qū)的空穴也擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，但由于發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)高于基區(qū)，這部分空穴流與電子流相比可忽略不計。 VEE VCC IE 發(fā)射極 基極 集電極 發(fā)射區(qū) 基區(qū) 集電區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 發(fā)射電子 收集電子 發(fā)射結(jié) 集電結(jié) (2) 電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合 由發(fā)射區(qū)來的電子注入基區(qū)后，就在基區(qū)靠近發(fā)射結(jié)的邊界積累起來，在基區(qū)中形成一定的濃度梯度。因此，電子就要向集電結(jié)方向擴(kuò)散，在擴(kuò)散過程中又會與基區(qū)中的空穴復(fù)合。 VEE VCC IE 發(fā)射極 基極 集電極 發(fā)射區(qū) 基區(qū) 集電區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 發(fā)射電子 收集電子 發(fā)射結(jié) 集電結(jié) (2) 電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合 同時， VEE的正端不斷從基區(qū)拉走電子。電子復(fù)合的數(shù)目與電源從基區(qū)拉走的電子數(shù)目相等，使基區(qū)的空穴濃度保持不變。這樣就形成了基極電流 IB，所以基極電流就是電子在基區(qū)與空穴復(fù)合的電流。 VEE VCC IE IB 發(fā)射極 基極 集電極 發(fā)射區(qū) 基區(qū) 集電區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 發(fā)射電子 收集電子 發(fā)射結(jié) 集電結(jié) (2) 電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合 也就是說，注入基區(qū)的電子有一部分未到達(dá)集電結(jié)，如復(fù)合越多，則到達(dá)集電結(jié)的電子越少，對放大是不利的。所以為了減小復(fù)合，通常把基區(qū)做的很?。ㄎ⒚琢考墸?，并使基區(qū)的摻雜濃度很低，使大部分電子都能到達(dá)集電極。 VEE VCC IE IB 發(fā)射極 基極 集電極 發(fā)射區(qū) 基區(qū) 集電區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 發(fā)射電子 收集電子 發(fā)射結(jié) 集電結(jié) (3) 集電極收集擴(kuò)散過來的電子 由于集電結(jié)反偏，集電結(jié)的勢壘很高，集電區(qū)的電子和基區(qū)的空穴很難通過集電結(jié)。但是這個勢壘對基區(qū)擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的電子卻有很強(qiáng)的吸引力，可使電子很快地漂移過集電結(jié)為集電區(qū)所收集，形成集電極電流 IC。 VEE VCC IE IB IC 思考：PNP型 BJT應(yīng)該如何連接？ E 1mAi??I 20 mVv??? 放大作用 圖 119 簡單的放大電路 BJT 最基本的一種應(yīng)用，是把微弱的電信號加以放大。一簡單的放大電路如圖 23所示。 ? PN結(jié)的正向電壓對電流的控制作用很靈敏，因此 Δ vI 的微小變化就可以引起 IE 很大的變化。 ? IC=αIE，若 α=， ΔIC= ? ΔIC通過集電極的負(fù)載電阻 RL產(chǎn)生一個變化電壓 ΔvO ,若 RL 取 1kΩ，則 ΔvO=ΔIC RL=。 ? ΔvO隨時間的變化規(guī)律與 ΔvI 相同，但幅度卻大了許多倍。所增大的倍數(shù)稱為 電壓增益 ，即 OVI 8V 4920 m VvAv?? ? ?? BJT 的特性曲線是指各電極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，它是 BJT內(nèi)部載流子運(yùn)動的外部表現(xiàn)。工程上最常用到的是它的輸入特性曲線和輸出特性曲線。 圖 120 共射極放大電路 以發(fā)射極作為共同端，以基極作為輸入端，集電極作為輸出端。 (1) 輸入特性： 指當(dāng)集電極與發(fā)射極之間的電壓 vCE為某一常數(shù)時，輸入回路加在 BJT基極與發(fā)射極之間的電壓 vBE與基極電流 iB之間的關(guān)系曲線。 iB=f(vBE)|vCE=常數(shù) (2) 輸出特性： 指在基極電流 iB一定的情況下， BJT的輸出回路中，集電極與發(fā)射極之間的電壓 vCE與集電極電流 iC之間的關(guān)系曲線。 iC=f(vCE)|iB=常 數(shù) 圖 121 NPN型硅 BJT共射極接法 的輸入特性曲線 (1) 輸入特性 ? vCE=1V 的輸入特性較 vCE=0V 的特性向右移動了一段距離，這是由于當(dāng) vCE=1V時，集電結(jié)吸引電子的能力加強(qiáng)，使得從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子更多地流向集電區(qū)，因此對應(yīng)于相同的 vBE，流向基極的電流 iB比原來 vCE=0時減小了。 ? 當(dāng) vCE1V 以后，只要 vBE 保持不變，則從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子一定，而集電結(jié)所加的反向電壓大到 1V以后已能把這些電子中的絕大部分拉到集電結(jié)來，以至 vCE 再增加， iB 也不再明顯減小，故vCE≥1V后的輸入特性基本重合。 (2) 輸出特性 ? 輸出特性的起始部分很陡。這是由于在vCE 很小時，集電結(jié)的反向電壓很小，對到達(dá)基區(qū)的電子吸引力不夠，這時 vCE稍有增加，從基區(qū)到集電區(qū)的電子也增加，故iC 隨之增大。 ? 當(dāng) vCE 超過某一數(shù)值后（約 1V），特性曲線變得平坦。這是因?yàn)檫@時集電結(jié)的電場已經(jīng)足夠強(qiáng)，能使發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子絕大部分都到達(dá)集電區(qū)。由于 iC=βiB，在 vCE大于約 1V后，輸出特性是一組間隔基本均勻，比較平坦的平行直線。 圖 122 NPN型硅 BJT共射極接法 的輸出特性曲線 飽和區(qū) 截止區(qū) 放大區(qū) 放大就是將小信號轉(zhuǎn)換為大信號。 例：聲音 —— 麥克風(fēng) —— 放大 —— 揚(yáng)聲器 放大電路的本質(zhì)是對能量進(jìn)行控制，用小能量去控制大的能量，并且輸入與輸出信號的變化形式相同。 三極管：基極電流對集電極電流有控制作用。 場效應(yīng)管：柵極電壓對漏極電壓有控制作用。 因此，三極管和場效應(yīng)管可以組成放大電路。 三極管放大電路可以分為 共射極、共基極，共集電極 三種基本接法。 場效應(yīng)管放大電路可以分為 共源極、共柵極，共漏極 三種基本接法。 交流通路 圖 21 共射極基本放大電路 +RCVC CVB BRb+vB E1 2 V1 2 Vvi3 0 0 k ΩiE