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第4章 晶体三极管及其放大电路 本章主要内容： 晶体三极管的工作原理 放大电路的组成原则 放大电路的分析方法 放大电路的三种组态 放大电路的频率响应 4.1 晶体三极管 一、晶体三极管的结构、类型、内部载流子运动过程 结构、名称： 类型： 典型条件下内部载流子运动过程： 条件：发射结正偏，集电结反偏 (1)发射区发射多子： 因发射结正偏，发射区的多子（电子）向基区扩散（基区的多子亦向发射区扩散，但因基区多子浓度很低，此部分可忽略不计），并形成发射区、发射极电流（IEN，扩散电流）。 (2)多子在基区的扩散与复合： 发射区扩散的多子存在浓度差，继续向集电结扩散，在此过程中，少部分与基区的少子（空穴）复合，在基极外电压作用下，补充复合的空穴，形成基极电流（IBN），因基区很窄，此电流亦很小；剩下的大部分扩散到集电结附近。 (3)集电区收集多子： 因集电结反偏，在此外加的反向电压的作用下，扩散来的多子（电子）漂移到集电区（集电区的少子亦漂移到基区，但集电区浓度较低，形成的电流亦较小），形成集电区、集电极的主要电流（ICN，漂移电流）。 二、三极管的电流放大特性 近似条件下的电流关系： 忽略基区的扩散电流、集电区的漂移电流，则：，，，则： 。若将三极管看作一个电流节点，依KCL： 定义：直流电流放大系数： 考虑集电区漂移情况下的电流关系： 若考虑集电结反偏、集电区的少子漂移产生的电流ICBO（仍忽略基区的扩散电流），则： ，仍符合KCL。 ，根据此式，有如下结论： (1)若忽略ICBO，则 (2)令IB=0，即基极开路，则：，，其物理意义是： 在基极开路，集电极与发射极外加反向电压时，C-E间仍有电流，定义此电流为ICEO，并称其为穿透电流。其形成原理如下： A．在集电极与发射极间外加反向电压的情况下，相当于两个PN结串联，发射结正偏，集电结反偏，发射区向基区发射多子（电子），集电区向基区漂移少子（空穴）； B．发射区扩散到基区的多子（电子）在扩散过程中与基区的多子（空穴）复合，此时，由于基极开路，由集电区漂移到基区的少子（空穴）填补了为维持基区电荷平衡所需的多子（空穴），形成ICBO，即；另外大部分被集电结的反向电场拉向集电区，形成ICN。 C．根据的定义，，而此时的，故，依此可得： 三极管的电流放大特性： (1)直流状态下：，即较小的基极电流对应于较大的集电极电流。 (2)交流状态下： 定义：为交流电流放大系数，在输入交流信号为小信号时，，因此，通常不对二者区分。 (3)三极管的电流放大特性：共发射极组态下，三极管较小的基极电流或电流变化，引起较大的集电极电流或集电极电流变化（主要强调后者）。 (4)共基极组态电流放大系数： 定义：直流： 交流：，通常： 根据，可得： ，显然，，若远大于1，则。 三、三极管的伏安特性曲线及其工作区 输入特性： 输出特性： 输出特性的三个工作区 (1)截止区：，， 此时，因发射结反偏（或虽然正偏但外加电压小于开启电压），集电结反偏，形成很小的ICEO。 (2)放大区：， 此时，发射结正偏，集电结反偏，处于正常的电流放大状态。IB的小变化引起IC的大变化。 (3)饱和区：， 此时，两结均正偏，表现为IC不仅与IB有关，亦与UCE有关，IC随IB、UCE的较小变化发生较大变化，解释如下： A．保持IB不变，改变UCE：当由放大区开始，逐步减小UCE时，集电结的反偏电压逐步减小，对发射区扩散来的多子的电场力逐步减小，IC逐步减小，当使UBC为0时，此时的状态称为临界饱和状态（IC与IB间仍维持β关系），过此状态后，集电结开始正偏，阻碍发射区扩散来的多子，IC急剧减小（虽然集电子区的多子此时可扩散到基区形成一定电流，但因集电区掺杂浓度不高，此电流变化不明显）。 B．保持UCE不变，改变IB：在保持UCE不变且维持集电结正偏的情况下，若需改变IB，需改变UBE，UBE越小，IB越小，UBC越大，集电结的正偏电压越高，阻碍力越大，IC越小。 四、三极管的主要参数 直流参数： (1)共射直流放大系数 (2共基直流放大系数 (3)极间反向电流 交流参数： (1)共射交流放大系数 (2)共基交流放大系数 (3)特征频率fT： 当信号频率升高到一定程度时，β会下降且产生相移，即β是信号频率的函数，记作；使下降到1时对应的信号频率称为三极管的特征频率。 极限参数： (1)最大集电极耗散功率PCM (2)最大集电极电流ICM (3)极间反向击穿电压U（BR）CBO、U（BR）CEO、U（BR）EBO 五、温度对三极管参数及性能的影响 温度对ICBO的影响： 温度每升高10oC，ICBO增加一倍；硅管比锗管的温度稳定性好。 温度对输入特性的影响： 温度升高，输入曲线左移——在相同UBE的情况下，IB