第二章：三极管

2.1.3 双极型三极管的特性曲线
所谓伏安特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线， 是三极管内部载流子运动的外部表现。从工程应用角度来看 ，外部特性更为重要。 (1) 输入特性曲线 以常用的共射极放大电路为例说明 （ UCE为常数时，IB和UBE之间的关系） 为常数时， 之间的关系） IB /µA µ
2.1 双极型半导体三极管
2.1.1 双极型三极管的基本结构类型和符号
双极型晶体管分有NPN型和 型和PNP型，虽然它们外形各异，品种繁多，但 双极型晶体管分有 型和 型 虽然它们外形各异，品种繁多， 它们的共同特征相同：都有三个分区、两个PN结和三个向外引出的电极 结和三个向外引出的电极： 它们的共同特征相同：都有三个分区、两个 结和三个向外引出的电极： 发射区 基区 集电区
2
1
T
1
3 (a)
1
T
1
2 3
(b)
型晶体管应满足V 工作在放大区的NPN型晶体管应满足 C>VB> VE ，PNP型晶体管应满足 型晶体管应满足 型晶体管应满足 解： 工作在放大区的 VC<VB< VE，因此分析时,先找出三电极的最高或最低电位，确定为集电极,而电位 因此分析时 先找出三电极的最高或最低电位，确定为集电极 而电位 先找出三电极的最高或最低电位 的就是发射极和基极。根据发射极和基极的电位差值判断 电位差值判断管子的 差为导通电压的就是发射极和基极。根据发射极和基极的电位差值判断管子的 材质。 材质。
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V1 = +10V，V2= 0V，V3= +0.7V V1 = +0V，V2 = -0.3V，V3= -5V
的电压为0.7V，可确定为硅管， （1） 在图（a）中，3与2的电压为 ） 在图（ ） 与 的电压为 ，可确定为硅管， 因为V 为集电极， 为发射极 为发射极， 为基极 为基极， 因为 1>V3> V2,，所以 为集电极，2为发射极，3为基极，满 ，所以1为集电极 的关系， 足VC>VB> VE,的关系，管子为 的关系 管子为NPN型。 型 的电压为0.3V，可确定为锗管，又 （2）在图（b）中，1与2的电压为 ）在图（ ） 与 的电压为 ，可确定为锗管， 为集电极， 为发射极 为发射极， 为基极 为基极， 因V3<V2< V1,，所以 为集电极，1为发射极，2为基极，满足 ，所以3为集电极 VC<VB< VE的关系，管子为 的关系，管子为PNP型。 型
增至一定数值时(一般小于 一般小于1V) 当UCE增至一定数值时 一般小于 输出特性曲线变得平坦，表明I ，输出特性曲线变得平坦，表明 C基 本上不再随U 而变化。 本上不再随 CE而变化。
µA
IB UBE IE
IC /mA
IB IB1 IB2 IB3 IB=0
+
RB UBB
仍然调节UCC使UCE从0增 仍然调节 增 继续观察毫安表中I 大，继续观察毫安表中 C 的变化并记录下来。 的变化并记录下来。 输出曲线开始部分很 说明I 陡，说明 C随UCE的增 加而急剧增大。 加而急剧增大。
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输出特性曲线上一般可分为三个区：
IC /mA 饱和区。 饱和区。当发射结和 集电结均为正向偏置 IB=100 µA 4 时，三极管处于饱和 状态。 状态。此时集电极电 管子深度饱和时，硅管的VCE约为0.3V，锗管约为0.1V, 80 µA 3 与基极电流I 流IC与基极电流 B之 由于深度饱和时VCE约等于0，晶体管在电路中犹如一个 间不再成比例关系， 闭合的开关。 间不再成比例关系， 放 60 µA 2.3 IB的变化对 C的影响 的变化对I 2 大 40 µA 很小。 很小。 截止区。 截止区。当基极电 IB=0 等于0时 流IB等于 时，晶体 UCE / V 0 管处于截止状态。 管处于截止状态。 实际上当发射结电 晶体管工作在放大状态时，发射结正 此时UCE小于UBE,规定： 压处在正向死区范 VCC − VCES I CS = ≈ VCC / RC 围时， 围时，晶体管就已 偏，集电结反偏。在放大区，集电极电 UCE=UBE时，为临近饱和状态， RC 经截止， 经截止，为让其可 流与基极电流之间成β倍的数量关系， 用UCES（0.3或0.1）表示，此时 靠截止，常使U 靠截止，常使 BE 小于和等于零。 小于和等于零。 临近饱和基极电流 I BS = I CS / β 即晶体管在放大区时具有电流放大作用。 集电极临近饱和电流是
令UBB从0 开始增加 UCE为 0时 时 UCE=0时的输 时的输 入特性曲线
IB RB UBE
UCE =0V
RC + 令UCC
为0
+
UBB
IE=IB
UCC
0 UBE /V
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令U BB重 新从0开 新从 开 始增加
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让UCE=0.5V 让UCE=1V
IB /µA µ
3. 集电区收集电子的过程
结论 只要符合三极管发射区高掺杂、基区掺杂浓度很低，集
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集电结由于反偏，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘 的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。
电区的掺杂浓度介于发射区和基区之间，且基区做得很 薄的内部条件 内部条件，再加上晶体管的发射结正偏、集电结反 内部条件 偏的外部条件 外部条件，三极管就具有了放大电流的能力。 外部条件
∆IC
当IB一定时，从发射区扩散到基区 的电子数大致一定。当UCE超过1V以 后，这些电子的绝大部分被拉入集 电区而形成集电极电流IC 。之后即 使UCE继续增大，集电极电流IC也不 会再有明显的增加，具有恒流特性。
UCE / V
0
当IB增大时，相应IC也增大，输出特性曲线上移， 且IC增大的 幅度比对应IB大得多。这一点正是晶体管的电流放大作用。 从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数β。 取任意再两条特性曲线上的平坦段，读出其基极电流之差； 再读出这两条曲线对应的集电极电流之差∆IC=1.3mA； 于是我们可得到三极管的电流放大倍数： β=∆IC/∆IB=1.3÷0.04=32.5
发 射 极
e
集 电 极
c
晶体管实现电流 内部结构条件 放大作用的内部结构条件
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晶体管实现电流放大作用的外部条件 外部条件
(1)发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的扩散，扩 散 电流即发射极电流ie，扩散电子的少数与基区空穴复合，形 成基极电流ib，多数继续向集电结边缘扩散。 (2)集电结必须“反向偏置”，以利于收集扩散到集电结边缘 的 多数扩散电子，收集到集电区的电子形成集电极电流ic。 i 整个过程中， IE 发射区向基区发 I ＋ C N P N 射的电子数等于 － 基区复合掉的电 RC 子与集电区收集 RB 的电子数之和， ＋ － UCC 即： IE=IB+IC UBB I
µA
IB UBE IE
UCE
+
RB UBB
然后调节U 然后调节 CC使UCE从0增 增 观察毫安表中I 大，观察毫安表中 C的变 化并记录下来。 化并记录下来。
0
UCE / V
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再调节I 再调节 B1至 另一稍小的 固定值上保 持不变。 持不变。
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IC
mA RC UCE + UCC
0
UCE / V
根据电压、电流的记录值可绘 出另一条IC随UCE变化的伏安特性 曲线，此曲线较前面的稍低些。
如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB 对应相应IC、UCE数值的一组输出特性曲线。
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IC /mA
4 3 2.3 2 1.5 1
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IB=100 µA 80 µA 60 µA 40 µA ∆IB=40 µA 20 µA IB=0
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三极管的集电极电流IC稍小于IE，但远大于IB，IC与IB的 比值在一定范围内基本保持不变。特别是基极电流有微小 的变化时，集电极电流将发生较大的变化。例如，IB由40 µA增加到50µA时，IC将从3.2mA增大到4mA，即：
∆I C (4 − 3.2) × 10 −3 β= = = 80 −6 ∆I B (50 − 40) × 10
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(2) 输出特性曲线 当IB不变时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE 之间的关系曲线称为输出特性。
先把I 先把 B调到 某一固定值 保持不变。 保持不变。
IC
mA
根据记录可给出IC随UCE变化的 伏安特性曲线，此曲线就是晶体 管的输出特性曲线。
RC + UCC IC /mA IB
1.5 1
区
20 µA
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IC
mA RC +
I CS
VCC − VCES = ≈ VCC / RC RC
µA
IB UBE IE
临近饱和基极电流 I BS = I CS / β
+
RB UBB
UCC
iC < I CS管子处于放大状态， iC < I CS管子处于饱和状态
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第二章： 第二章：三极管及其基本放大电路
半导体三极管是最重要的半导体器件，是电 子电路中的核心器件，被广泛应用到了各种电子 线路中，是电子线路的灵魂。
本章主要介绍双极性三极管的特点、基本放大电路、 本章主要介绍双极性三极管的特点、基本放大电路、 多级放大电路。 多级放大电路。