模拟电子答案第4章.docVIP

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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

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