三極管的放大作用

1、三極管的放大作用下面以NPN型三極管為例，來討論三極管的放大作用。圖a所示的NPN三極管的結(jié)構(gòu)，由于內(nèi)部存在兩個PN結(jié)，表面看來，似乎相當(dāng)于兩個二極管背靠背地串聯(lián)在一起， 如下左圖所示，但是假設(shè)將兩個單獨的二極管如下右圖所示地連接起來，將會發(fā)現(xiàn)它們并不具有放大作用。為了使三極管實現(xiàn)放大，還必須由三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性兩方面的條件來保證。從三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，主要有兩個持點。第一，發(fā)射區(qū)進(jìn)行高摻雜，因而其中的多數(shù)載流子濃度很高。NPN三極管的發(fā)射區(qū)為 N型，(其中的多子是電子)，所以電子的濃度很高。第二， 基區(qū)做得很薄，通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜比較少，則基區(qū)中多子的濃度

2、很低。NPN三極管的基區(qū)為 P型，(其中的多子空穴)的濃度相對很低。三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。1 .發(fā)射由于發(fā)射結(jié)正向偏置，因而外加電場有利于多數(shù)載流子的擴(kuò)散運動。又因為發(fā)射區(qū)的多子電子的濃度很高， 于是發(fā)射區(qū)發(fā)射出大量的電子。這些電子越過發(fā)射結(jié)到達(dá)基區(qū)，形成電子電流。因為電子帶負(fù)電，所以電子電流的方向與電子流動的方向相反，見圖1.3.5(a)和(b)。與此同時，基區(qū)中的多子空穴也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散而形成空穴電流，上述電子電流和空穴電流的總和就是發(fā)射極電流由于基區(qū)中空穴的濃度比發(fā)射區(qū)中電子的濃度低得多，因此與電子電流相比,空穴電流可以忽

3、略，可以認(rèn)為,3主要由發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子電流所產(chǎn)生圖1.3.5三極管中載流子的運動和電流關(guān)系（a）載流子的運動（b）各極電流關(guān)系2 .復(fù)合和擴(kuò)散電子到達(dá)基區(qū)后，因為基區(qū)為P型，其中的多子是空穴，所以從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子和空穴產(chǎn)生復(fù)合運動而形成基極電流1巫，基區(qū)被復(fù)合掉的空穴由外電源 |匕蛀不斷進(jìn)行補充。但是，因為基區(qū)空穴的濃度比較低，而且基區(qū)很薄，所以，到達(dá)基區(qū)的電子與空穴復(fù)合的機會很少，因而基極電流 也比發(fā)射極電流小得多。大多數(shù)電子在基區(qū)中繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)靠近集 電結(jié)的一側(cè)。一、輸人特性當(dāng)“情不變時，輸入回路中的電流與電壓心 之間的關(guān)系曲線稱為輸入特性，當(dāng)U餌=0時，從三極管的輸入回路看，基極

4、和發(fā)射極之間相當(dāng)于兩個PN結(jié)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)）并聯(lián)，如圖（b）所示。所以，當(dāng)b、e之間加上正向電壓時，三極管的輸入特性應(yīng)為兩個二極管 并聯(lián)后的正向伏安特性，見圖中左邊一條特性。Uho時三極管的輸入回路當(dāng)訂田00時，這個電壓的極性將有利于將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子收集到集電極。如果電0也?，則三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，三極管處于放大狀態(tài)。此時發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子只有一小部分在基區(qū)與空穴復(fù)合，成為心），大部分將集電極收集， 成為c o所以，與=0時相比，在同樣的之下，基極電流治將大大減小，結(jié)果輸入特性將右移，見圖 1.3.8中右邊一條特性。當(dāng)少空繼續(xù)增大時，嚴(yán)格地說，輸入特性應(yīng)繼續(xù)右移。但是

5、，當(dāng)口也大于某一數(shù)值（例如1V ）以后，在一定的仃留L下，集電極的反向偏置電壓已足以將注入基區(qū)的電子基本上都收集到集電 極，即使再增大，13也不會減小很多。因此，"蜴大于某一數(shù)值以后，不同 口田的各條輸入特性十分密集，幾乎重疊在一起，所以，常常用大丁 1V時的一條輸入特性（例如y比=2V）來代表皿更高的情況。在實際的放大電路中，三極管的口齒一般都大于零，因而訂此大于1V時的輸入特性更有實用意 義。八/xA i三極管的輸入特性二、輸出特性當(dāng)/耳卜變時，輸出回路中的電流 與電壓 仃盅之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性 在輸出特性曲線上可以劃分為三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。下面分別進(jìn)行介紹截

6、止區(qū)三極管的輸出特性1 .截止區(qū)一般將3 MQ的區(qū)域稱為截止區(qū)， 在圖中為%=0的一條曲線以下的部分此時發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都反偏，此時Ie也近似為零。由于管子的各極電流都基本上等于零，所以三極管處于截止?fàn)钕耄?沒有放大作用。其實當(dāng) 心=0時，集電極回路的電流并不真正為零，而是有一個較小的穿透電流/ceu o 一般硅三極管的穿透電流較小，通常小于1LA,所以在輸出持性曲線上無法表示出來。錯三極管的穿透電流較大，約為幾十 幾百微安。可以認(rèn)為當(dāng)發(fā)射結(jié)反向偏置時，發(fā)射區(qū)不再向基區(qū)注入電子，則三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。所以，在截止區(qū)，三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)部處于反向偏置狀態(tài)。對于NPN三極管來說，此時 U藍(lán)0,

7、心已0。2 .放大區(qū)在放大區(qū)內(nèi)，各條輸出特性曲線比較平坦，近似為水平的直線，表示當(dāng)上與一定時，。的值基本上不隨Fce而變化。而當(dāng)基極電流有一個微小的變化量應(yīng)時，相應(yīng)的集電極電流將產(chǎn)生較大的變化最比“'國放大戶倍，即這個表達(dá)式體現(xiàn)了三極管的電流放大作用在放大區(qū)，三極管的發(fā)時結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。 對于npn三極管來說，口睡0,而仃ec0 O 3,飽和區(qū)圖1.3.9中靠近縱坐標(biāo)的附近， 各條輸出特性曲線的上升部分屬于三極管的飽和區(qū)，見圖中縱坐標(biāo)附近虛線以左的部分。在這個區(qū)域，不同值的各條特性曲線幾乎重疊在一起，十分密集。也就是說，當(dāng) 了使較小時，管子的集電極電流 0基本上不隨基極電流

8、/.而變化，這種現(xiàn)象稱為 飽和。在飽和區(qū)，三極管失去了放大作用，此時不能用放大區(qū)中的來描述。和的關(guān)系。一般認(rèn)為，當(dāng) 工=口皿, 即口£式=0時，三極管達(dá)到臨界飽和狀態(tài)。當(dāng)口建% 時稱為過飽和。三極管飽和時的管壓降用表示,一般小功率硅三極管的飽和管壓降/越0.4V。三極管工作在飽和區(qū)時，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)。對與NPN三極管來說，口牌0,卜0。 以上介紹了三極管的輸入特性和輸出特性。管子的特性曲線和參數(shù)是根據(jù)需要選用三極管的主要依據(jù)。各種型號三極管的特性曲線可從半導(dǎo)體器件手冊查得。如欲測試某個管子的特性曲線，除了逐點測試以外，還可利用專用的晶體管特性圖示儀，它能夠在熒光屏上完整地顯示三極管的特性曲線族。 三極管的主要參數(shù)一、電流放大系數(shù)三極管的電流放大系數(shù)是表征管子放大作用大小的參數(shù)。綜合前