电子线路第二章

发射结
集电结
N+
P
IE
IEN
IEP
N
IC
ICN1
} ICP ICBO ICN2
R1
IB
R2
集电结：反偏，通过集电结的电流主要是漂移电流，有：
ICN1 发射区注入基区的电子少部分与基区空穴复合，大部分漂 移至集电区形成漂移电流ICN1 ，这个电流大小基本与反偏电压 无关，但由于基区掺杂浓度很低，且基区宽度很薄，一般μm
那么，为什么要制作具有这样特点的三极管呢？或者具有 这样特点的三极管有什么作用呢？其实通过上述三极管特点的 描述，不难发现实际上是制作了一个受控电流源，集电结电流 大小不受集电结两端电压的控制，而只受发射结电压的控制， 这正是受控电流源的性质，这样在发射结外加小的电压 变化量， 在集电结上就可得到电流变化量，且该电流变化量不受集电结 电压 影响也就是不受集电结负载影响，若将该电流变化量加在 较大的负载上，即 可得到较大的电压变化量，从而实现了电压 放大。而二极管正偏时，外加正向电压变化虽可产生电流变化， 但该电流变化如直接加到负载上，该电流变化必然受到负载影 响，不能产生大的电压变化。
复合电流。
ICBO 集电结本身的热平衡少子形成的漂移电流ICBO又称反向饱 和 电流基本不受发射结正偏电压控制。
IB = （IEN – ICN1）十IEP – ICBO = IE – IC
N+
P
IE
IEN
IEP R1
N
IC
ICN1
} ICP ICBO ICN2
IB
R2
通过上述讨论可见，三极管内部载流子的运行过程主要包括：发射 区多子自由电子通过发射结注入、基区扩散和复合、集电区收集三 个环节，在这个过程中将发射结电流IEN转化为集电结电流ICN1 ，这 个载流子流大小仅受正偏电压控制而几乎不受反偏电压控制。其他 载流子流只能分别产生很小的两个结的电流，不会转化为另一个结 的电流。它们对于正向受控作用来 说是无用的，是三极管的寄生电 流。为了减小寄生电流，保证正向受控载流子流的传输，在制造三 极管时必须满足以下条件：
子在向集电结扩散过程中大部分被复合掉，不能到达集电结，
如同两个彼此独立的二极管失去了三极管的正向受控作用。
3. 集电结面积大于发射结，保证扩散集电结边界处的非平衡少子 全部漂移到集电区，形成受控的集电极电流。
最后：发射结正偏电压控制IE和IB，IE中的IEN通过注入、扩散、 收 集而转化为IC，这种转化过程几乎不受集电结反偏电压大小 的影响。但反偏电压必须存在，否则这个过程是无法完成的。
本章主要内容简介（略）。
2.1 晶体三极管工作原理
一、内部载流子传输过程：（以NPN三极管为例）
发射结：正偏，通过发射结的电流主要是扩散电流，有IEN（发射区 电子扩散 注入基区）和IEP（基区空穴扩散注入发射区）即 IE= IEN + IEP 由于发射区掺杂浓度远大于基区掺杂浓度 （几十倍到上百倍），所以IEN 》IEP IEN是IE 的主要组成 部分，其大小主要受发射结正偏电压控制。
2.2 晶体三极管其他工作模式 三极管另外两种工作模式是饱和模式和截止模式。
一、饱和模式：三极管的发射结和集电结均加正向电压，其内部载 流子运行过程简介如下： 正向传输过程：假设发射结正偏、集电结零偏，发射结产生的 正偏电流IF经基区复合、传输、集电结漂移转化成集电极电 流FIF 。
N+
P
IE
IF
的漂移电流ICBO又称反向饱和电流基本不受发射结正偏电压 控制，也基本与反偏电压大小无关，是集电结寄生电流。
N+
P
IE
IEN
N
IC ICN1
IEP
} ICP ICBO ICN2
R1
IB
R2
基极电流：
IEP 基区空穴扩散注入发射区 IEN – ICN1 复合电流，是IEN转化为ICN1 过程中，在基区形成的
数量级，所以ICN1与IEN接近，两者仅相差一个复合电流，这样 ICN1同IEN一样受发射结正偏电压控制（见PN结伏安关系方程） ICN2 基区中的热平衡少子自由电子漂移至集电区形成的漂移电 流，非常小，且基本与反偏电压大小无关。
发射结
集电结
N+
P
IE
IEN
N
IC
ICN1
IEP
} ICP ICBO ICN2
R1
IB
R2
ICP 集电区中的热平衡少子空穴漂移至基区形成的漂移电流，非 常小，且基本与反偏电压大小无关。
IC = ICN1十ICN2十ICP = ICN1十ICBO
ICBO = ICN2十ICP
IC 中的主要成分ICN1受发射结正偏电压控制，即IC的大小基本
只受发射结正偏电压控制，而集电结本身的热平衡少子形成
2.3 埃伯尔斯—莫尔模型
该模型是晶体三极管的通用模型，适用于各种工作模式。
前一节讲饱和模式时，当三极管两个结均加正偏电压时，晶体
三极管的发射极电流 集电极电流
IE= IF — RIR IC = FIF —IR
埃伯尔其斯中—IF和莫I尔R分模别型是虽发然射是结在和饱集和电模结式的下正推偏导电出流来，得它，们但与实结际电上压适 用服于从各指种数各关种系工，作其模与式正下偏的二通极用管模伏型安，关如系发方射程结一正样偏，集相电当结于反两偏个时正， 晶偏体二管极工管作，在而放R大IR模和式F，IF 分由别P-5是1图发（射B结）和所集示电模结型的可反见向，传集输电电结流反， 偏相，当通于过两电个流受为控反电向流饱源和，电故流其电ICB路O[模P-型50如的下(1图)式（为A负）值所]，示其，值消很去小上 可面忽IE方略程，的从I而R和IICC=方程F I的E +IIFC得BO： 这与共基极连接时的电流传输方程 一值导样 很 。IIEC=小=而（可由F1忽IP-E-略-5R1（，图1F从)（-IF而A+R）得FR所)PII4CR示6==-模1I所EF型BI示OE可[-得E见XI指CP，B（数O集[V模E电XB型EP结/V（，反TV）其偏B-他C1，/]V情+TI）况R=R-同1I–C]学I-C---B自---S---，己---((1其推2))
二、电流传输方程 三极管是三端器件 ，具体使用时是作为四端网络接入电路，有 输入输出两对端子，必然有一个极作为输入输出端口的公共端 点，那一极作为公共端点称为共什么极，如下三种连接方式：
共基极
共发射极
共集电极
共基极
共发射极
共集电极
1. 共基极：
发射区发射效率 基区传输效率
定义 =ICN1 / IE = （IEN / IE ）（ICN1 / IEN）=12
这样 IC= ICN1 +ICBO= IE + ICBO -------------（P44.1）
上式是共基极连接时输出电流IC受输入电流IE控制的传输方程。
称为共基极电流传输系数，表示IE转化为ICN1的能力，其值恒
小于1，但十分接近于1。而ICBO很小，对硅管其值为
（10-9---10-16)A，可忽 略。上式可简化为 IC IE
1. 发射结为不对称结：发射区掺杂浓度远大于基区掺杂浓度（几
十倍到上百倍）， 使 IEN 》IEP IEN是IE 的主要组成部分，减 少无用成分IEP 2. 基区宽度很薄，一般μm数量级，保证发射区扩散过来的自由
电子在向集电结扩散过程中仅有小部分被复合掉，绝大部分能
到达集电结。否则，若基区宽度大，发射区扩散过来的自由电
RIR
N
FIF IC
IF
IR
R1
IB
R2
可见，在饱和模式下， IE和IC将同时受两个结正偏电压的控制，
已不在具 有放大模式下的正向受控作用，且随着VBC的增加， IE
和IC将迅速减小。
+
+
而由于基区复合电流的增加和VB空E（sa穴t） 电流的增加，VC基E（s极at）电流IB将大
于放大模式下的数值。
2. 共发射极：
由于 IE = IB十 IC 将其代入（ P44. 1）式得
IC
1
IB 十
1 1
ICBO
令 = /（1- ） 和 ICEO=ICBO /（1- ）
则得 IC= IB+（1+ ） ICBO = IB+ ICEO ------------（P45.1）
上式反映了共发射极连接时，输出电流IC受输入电流IB控制的传输 方程， 称为共发射极电流放大倍数，其值大于1， ICEO是 基极 开路（ IB =0） 时的集电极电流，称为穿透电流。通常ICEO很小 ， 式（P45.1）可简化 为 IC IB
VBE（sat） VBE（on） =0.7V
VBC（sat）VBC（on） =0.4V
这样，共发射极连接时VCE（sat） = 0.7V—0.4V = 0.3V
二、截止模式： 在这种工作模式下，三极管的两个结均反偏，若忽略它们的 反向饱和电流，则三极管各极电流近似为零。在共发射极连 接时，其简化 电路模型可用两段断路线表示，如下图所示。
三、晶体三极管模型：
有数学模型、简化电路模型、通用模型、小信号（交流）模型、
伏安特性曲线模型，本节先讲前两种。
1. 数学模型（指数模型）：三极管工作在放大模式下，三个极的
电流大小受正偏电压VBE的控制，而各电流之间的关系是线性的 （由上述电流传输方程可见），通过三极管发射结的伏安关系
可得： IE=IEBS[EXP（VBE/VT）-1] IEBSEXP（VBE/VT） （P46-1）
3. 共集电极：
将 IC = IE –IB 代入式（P45.1）得
IE =（1+ ）IB +ICEO （1+ ） IB