【正文】 uCE=uBE(即 c結(jié)零 偏 )的情況稱為臨界飽和，對應點的軌跡為臨界飽和線。2? 飽和區(qū) ? ? uCE在很大范圍內(nèi)變化時 IC基本不變。這種現(xiàn)象稱為基區(qū)寬度調(diào)制效應，或簡稱基調(diào)效應。這是因為 uCE增大 ， c結(jié)反向電壓增大，使 c結(jié)展寬，所以有效基區(qū)寬度變窄，這樣基區(qū)中電子與空穴復合的機會減少，即 iB要 減小。uCE變化對 IC的影響很小。? β定義為(2–10)iC就會有很大的變化量 ΔIC。由圖 2–5可以看出，在放大區(qū)有 以下兩個特點： ? 1? 放大區(qū) ? 由圖可見，輸出特性可以劃分為三個區(qū) 域，對應于三種工作狀態(tài)。圖 2–4共發(fā)射極特性曲線測量電路 共射輸出特性 ? 曲線是以iB為參變量時， iC與 uCE間的關(guān)系曲 ? 線，即第 2章 雙極型晶體管及其放大電路這兩組曲線可以在晶體管特性圖示儀的屏幕上直接顯示出來，也可以用圖 2–4電路逐點測出。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路 ? 實際中，有圖 2–3所示的三種基本接法 (組態(tài) )，分別稱為共發(fā)射極、共集電極和共基極接法。晶體管伏安特性曲線是描述晶體管各極電流與極間電壓關(guān)系的曲線，它對于了解晶體管的導電特性非常有用。由于 e結(jié)正向電流與所加電壓呈指數(shù)關(guān)系，所以發(fā)射極會產(chǎn)生一個較大的注入電流 ΔiE， 例如為 1mA?，F(xiàn)在用圖 2–2來說明晶體管的放大作用。2–1–3 晶體管的放大作用 ?(2–9)第 2章 雙極型晶體管及其放大電路 的定義可得由 由于 第 2章 雙極型晶體管及其放大電路由式 (2–6)、 (2–1)，不難求得(2–7a)(2–7c)為 (2–5b) (2–4)稱為穿透電流。(2–3b) 個電子擴散到集電區(qū)去。(2–2)為了反映擴散到集電區(qū)的電流 ICN與基區(qū)復合電流IBN之間的比例關(guān)系 ，定義共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 第 2章 雙極型晶體管及其放大電路反之，一旦知道了這個比例關(guān)系 ，就不難得到晶體管三個電極電流之間的關(guān)系，從而為定量分析晶體管電路提供方便。式 (2–1)表明，在 e結(jié)正偏、 c結(jié)反偏的條件下，晶體管三個電極上的電流不是孤立的，它們能夠反映非平衡少子在基區(qū)擴散與復合的比例關(guān)系。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路由以上分析可知，晶體管三個電極上的電流與內(nèi)部載流子傳輸形成的電流之間有如下關(guān)系：(2–1a) (2–1b)? 2–1–2電流分配關(guān)系 ? 、 IB的另一部分電流。 該電流是構(gòu)成集電極電流 IC的主要部分。 但由于基區(qū)很薄且空穴濃度又低，所以被復合的電子數(shù)極少，而絕大部分電子都能擴散到 c結(jié)邊沿。在該濃度差作用下，注入基區(qū)的電子將繼續(xù)向 c結(jié)擴散。二、電子在基區(qū)中邊擴散邊復合 ?? 注入基區(qū)的電子，成為基區(qū)中的非平衡少子，它在 e結(jié)處濃度最大，而在 c結(jié)處濃度最小 (因 c結(jié)反偏，電子濃度近似為零 )。 ? 可忽略不計。 因為發(fā)射區(qū)相對基區(qū)是重摻雜，基區(qū)空穴濃度遠低于發(fā)射區(qū)的電子濃度，所以滿足由于 e結(jié)正偏，因而結(jié)兩側(cè)多子的擴散占優(yōu)勢，這時發(fā)射區(qū)電子源源不斷地越過 e結(jié)注入到基區(qū)，形成電子注入電流 IEN。一、發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路圖 2–2晶體管內(nèi)載流子的運動和各極電流第 2章 雙極型晶體管及其放大電路我們按傳輸順序分以下幾個過程進行描述。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路由圖可見，組成晶體管的三層雜質(zhì)半導體是 N型 — P型 — N型結(jié)構(gòu)，所以稱為 NPN管。 雙極型晶體管是由三層雜質(zhì)半導體構(gòu)成的器件。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路第 2章 雙極型晶體管及其放大電路 2–1 雙極型晶體管的工作原理 2–2 晶體管伏安特性曲線及參數(shù)2–3 晶體管工作狀態(tài)分析及偏置電路2–4 放大器的組成及其性能指標 ?2–5 放大器圖解分析法 ?2–6 放大器的交流等效電路分析法 ?2–7 共集電極放大器和共基極放大器 ?2–8 放大器的級聯(lián) 第 2章 雙極型晶體管及其放大電路2–1 雙極型晶體管的工作原理 它有三個電極，所以又稱為半導體三極管 、晶體三極管等，以后我們統(tǒng)稱為晶體管。晶體管的原理結(jié)構(gòu)如圖 2–1(a)所示。 圖 2–1晶體管的結(jié)構(gòu)與符號 ?(a)NPN管的示意圖； (b)電路符號； (c)平面管結(jié)構(gòu)剖面圖第 2章 雙極型晶體管及其放大電路2–1–1放大狀態(tài)下晶體管中載流子的傳輸過程 ?當晶體管處在發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的放大狀態(tài)下，管內(nèi)載流子的運動情況可用圖 22說明。 與此同時，基區(qū)空穴也向發(fā)射區(qū)注入，形成空穴注入電流 IEP。IEPIEN因此，發(fā)射極 電流 IE≈IEN，其方向與電子注入方向相反。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路因此，在基區(qū)中形成了非平衡電子的濃度差。在擴散過程中，非平衡電子會與基區(qū)中的空穴相遇，使部分電子因復合而失去?；鶇^(qū)中與電子復合的空穴由基極電 源提供，形成基區(qū)復合電流 IBN， 它是基極電流 IB的主要部分。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路三、擴散到集電結(jié)的電子被集電區(qū)收集 ?由于集電結(jié)反偏，在結(jié)內(nèi)形成了較強的電場，因而，使擴散到 c結(jié)邊沿的電子在該電場作用下漂移到集電區(qū)，形成集電區(qū)的收集電流 ICN。另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在 c結(jié)反向電壓作用下，向?qū)Ψ狡菩纬?c結(jié)反向飽和電流ICBO， 并流過集電極和基極支路，構(gòu)成 IC ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路(2–1c)這一比例關(guān)系主要由基區(qū)寬度、摻雜濃度等因素決定，管子做好后就基本確定了。 為 其含義是：基區(qū)每復合一個電子，則有 值 一般在 20~200?之間。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路確定了 值之后，由式 (2–1)、 (2–2)可得(2–3a)(2–3c)式中： 因 ICBO很小，在忽略其影響時，則有(2–5a)式 (2–5)是今后電路分析中常用的關(guān)系式。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路為了反映擴散到集電區(qū)的電流 ICN與射極注入電流IEN的比例關(guān)系，定義共基極直流電流放大系數(shù) (2–6)顯然， 1， 一般約為 ~。(2–7b),都是反映晶體管基區(qū)擴散與復合的比例關(guān)系，只是選取的參考量不同，所以兩者之間必有內(nèi)在聯(lián)系。,(2–8)若在圖中UBB上疊加一幅度為 100mV的正弦電壓 Δui， 則正向發(fā)射結(jié)電壓會引起相應的變化。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路2–2 晶體管伏安特性曲線及參數(shù) ?晶體管有三個電極，通常用其中兩個分別作輸入、輸出端，第三個作公共端，這樣可以構(gòu)成輸入和輸出兩個回路。其中，共發(fā)射極接法更具代表 性，所以我們主要討論共發(fā)射極伏安特性曲線。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路圖 2–3晶體管的三種基本接法 ?(a)共發(fā)射極； (b)共集電極； (c)共基極 2–2–1 晶體管共發(fā)射極特性曲線 ?因為有兩個回路，所以晶體管特性曲線包括輸入和輸出兩組特性曲線。 ?一、共發(fā)射極輸出特性曲線 ?測量電路如圖 2–4所示。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路典型的共射輸出特性曲線如圖 2–5所示?，F(xiàn)分別討論如下。e結(jié)為正偏， c結(jié)為反偏的工作區(qū)域為放大區(qū)。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路圖 2–5共射輸出特性曲線第 2章 雙極型晶體管及其放大電路(1)基極電流 iB對集電極電流 iC有很強的控制作用，即 iB有很小的變化量 ΔIB時 ， 為此，用共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) β來表示這種控制能力。反映在特性曲線上，為兩條不同 IB曲線的間隔 。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路(2)在特性曲線上表現(xiàn)為， iB一定而 uCE增大時，曲線略有上翹 (iC略有增大 )。而要保持 iB不變，所以 iC將 略有增大。從另一方面看，由于基調(diào)效應很微弱， 因此， 當 IB一定時，集電極電流具有恒流 ? 特性。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路e結(jié)和 c結(jié)均處于正偏的區(qū)域為飽和區(qū)。 共射輸入特性曲線是以 uCE為參變量時， iB與 uBE間的關(guān)系曲線，即 典型的共發(fā)射極輸入特性曲線如圖 2–6所示。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路圖 2–6共發(fā)射極輸入特性曲線 當 uBEUBE(on)時，隨著 uBE的 增大， iB開始按指數(shù)規(guī)律增加，而后近似按直線上升。(2)當 uCE對應的曲線明顯左移，見圖 2–6。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路(3)當 uCE在 0~1V之間時，隨著 uCE的 增加，曲線右移。uCE ?(4)當 uBE0時，晶體管截止， iB為反向電流。 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路三、溫度對晶體管特性曲線的影響 ?溫度對晶體管的 uBE、 ICBO和 β有不容忽視的影響。uBEICBO隨溫度變化的規(guī)律與 PN結(jié)相同，即溫度每升高 1℃ ， ICBO增大一倍。 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路1共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 和交流電流放大系數(shù) β? ? 一般來說，在 iC很大或很小時， β值較小。因此，在查手冊時應注意 β值的測試條件。 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路二、極間反向電流 ? 1 ICBO? ?ICEO指基極開路時，集電極 — 發(fā)射極間的反向電流，稱為集電極穿透電流。3 IEBO?IEBO指集電極開路時，發(fā)射極 — 基極間的反向電流。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路三、結(jié)電容 ?結(jié)電容包括發(fā)射結(jié)電容 Ce(或 Cb′e)和集電結(jié)電容 Cc(或 Cb′e)。關(guān)于晶體管的頻率特性參數(shù)，詳見第五章。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路四、晶體管的極限參數(shù) ? 1 擊穿電壓 ?U(BR)CBO指發(fā)射極開路時，集電極 — 基極間的反向擊穿電壓。 U(BR)CEOU(BR)CBO。普通晶體管該 電壓值比較小，只有幾伏。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路2 集電極最大允許電流 ICM?β與 iC的大小有關(guān)，隨著 iC的 增大， β值會減小。ICM一般指 β下降到正常值的 2/3時所對應的集電極電流。 ICM時，雖然管子不致于損壞，但 β值已經(jīng)明顯減小。iC不應超過 ICM3 集電極最大允許耗散功率 PCM?晶體管工作在放大狀態(tài)時， c結(jié)承受著較高的反向電壓，同時流過較大的電流。當結(jié)溫過高時，管子的性能 下降，甚至會燒壞管子，因此需要規(guī)定一個功耗限額。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路PCM與管芯的材料、大小、散熱條件及環(huán)境溫度等因素有關(guān)。PCMUCE可知， ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路第 2章 雙極型晶體管及其放大電路 2–3 晶體管工作狀態(tài)分析及偏置電路 ?由晶體管的伏安特性曲線可知，晶體管是一種復雜的非線性器件。在實際應用中，根據(jù)實現(xiàn)的功能不同，可通過外電路將晶體管偏置在某一規(guī)定狀態(tài)。 在直流工作時，可將晶體管輸入、輸出特性曲線 (見圖 2–圖 2–6)分別用圖 28(a)和 (b)所示的折線近似，這樣直流工作點 (IBQ,UBEQ)和 (ICQ,UCEQ)必然位于該曲線的直線段上。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路圖 2–8晶體管伏安特性曲線的折線近似 ?(a)輸入特性近似； 由圖 2–8可知，當外電路使 UBEUBE(on)(對硅管約為， 鍺管約為 )時， IB=0， IC=0， 即晶體管截止。 ? 第 2章 雙極型晶體管及其放大電路例 1若已知晶體管工作在放大狀