第2章双极型三极管及其放大电路 (2)电子在基区的扩散和复合 从发射区扩散到基区的大量自由电子起初都聚集在发射结附近，靠近集电结的 自由电子很少，形成了浓度上的差别，因而自由电子将向集电结方向继续扩散。 在扩散过程中，自由电子不断与空穴(P型基区中的多数载流子)相遇而复合。由于 基区接电源V郎的正极，基区中受激发的价电子不断被电源拉走，这相当于不断补 充基区中被复合掉的空穴，形成空穴电流，它基本上等于基极电流B。 在中途被复合掉的电子越多，扩散到集电结的电子就越少，这不利于三极管的 放大作用。为此，基区一般做得很薄，掺杂浓度也很少，以大大减少电子与基区 空穴复合的机会，使绝大部分自由电子都能扩散到集电结边缘。 e VE 图2.15载流子运动和电流关系 (3)集电区收集从发射区扩散过来的电子 由于集电结反向偏置，集电结内电场增强，它对多数载流子的扩散运动起阻挡 作用，阻挡集电区的自由电子向基区扩散，但可将从发射区扩散到基区并达到集 电区边缘的自由电子拉入集电区，从而形成电流1cm。lcm基本上等于集电极电流1c。 此外，由于集电结反偏，在内电场的作用下，集电区的少数载流子（空穴）和基 区的少数载流子（电子）将发生漂移运动而形成电流，这个电流称为反向饱和电流， 用o表示。这个电流数值很小，它构成集电极电流c和基极电流B的一小部分 近似分析中可忽略不计。但受温度影响很大，与外加电压的大小关系不大。 3.三极管的电流分配关系 4
第 2 章 双极型三极管及其放大电路 41 (2)电子在基区的扩散和复合 从发射区扩散到基区的大量自由电子起初都聚集在发射结附近，靠近集电结的 自由电子很少，形成了浓度上的差别，因而自由电子将向集电结方向继续扩散。 在扩散过程中，自由电子不断与空穴(P 型基区中的多数载流子)相遇而复合。由于 基区接电源 VBB的正极，基区中受激发的价电子不断被电源拉走，这相当于不断补 充基区中被复合掉的空穴，形成空穴电流 IBn，它基本上等于基极电流 IB。 在中途被复合掉的电子越多，扩散到集电结的电子就越少，这不利于三极管的 放大作用。为此，基区一般做得很薄，掺杂浓度也很少，以大大减少电子与基区 空穴复合的机会，使绝大部分自由电子都能扩散到集电结边缘。 图 2.1.5 载流子运动和电流关系 (3)集电区收集从发射区扩散过来的电子 由于集电结反向偏置，集电结内电场增强，它对多数载流子的扩散运动起阻挡 作用，阻挡集电区的自由电子向基区扩散，但可将从发射区扩散到基区并达到集 电区边缘的自由电子拉入集电区，从而形成电流 ICn。ICn基本上等于集电极电流 IC。 此外，由于集电结反偏，在内电场的作用下，集电区的少数载流子(空穴)和基 区的少数载流子(电子)将发生漂移运动而形成电流，这个电流称为反向饱和电流， 用 ICBO表示。这个电流数值很小，它构成集电极电流 IC和基极电流 IB的一小部分， 近似分析中可忽略不计。但受温度影响很大，与外加电压的大小关系不大。 3. 三极管的电流分配关系
第2章双极型三极管及其放大电路 由图2.1.5可见，集电极的电流为1c Ic=Icn+IcBo (2.1.1) 基极的电流为B IB=/8n-/cBo+/EP 由于御很小，可以忽略不计，所以 IB~/Bn-ICBo (2.12) 发射极的电流为E IE-IEn+lEPIEnICn+/Bn (2.1.3) 因此 Ig=Ic+I8 (2.1.4) 如上所述，从发射区扩散到基区的电子只有很小一部分在基区复合，绝大部分 到达集电区。即构成发射极电流E的两部分中，Bm部分是很小的，而1c部分所 占的百分比是大的。这个比值用B表示，B表征三极管的共射电流放大能力，称 为电流放大系数 B-色=k-12 (2.1.5) Ige Ig+Icao 整理可得 Ic BIg+(1+B)Ic8o (2.1.6) 上式的最后一项可用1co表示，称为集射极之间的穿透电流。 Icgo =(1+B)Icno (2.1.7) 则c可表示为 Ic=BIg+Ico (2.1.8) 1co和1cEo是品体管内部噪声的主要来源，要尽量减少1cBo和lcEo的值，一般 情况下，穿透电流Iceo<<c,可将lco忽略，可得 42
第 2 章 双极型三极管及其放大电路 42 由图 2.1.5 可见，集电极的电流为 IC IC=ICn+ICBO (2.1.1) 基极的电流为 IB IB=IBn-ICBO+IEP 由于 IEP很小，可以忽略不计，所以 IB≈IBn-ICBO (2.1.2) 发射极的电流为 IE IE=IEn+IEP≈IEn≈ICn+IBn (2.1.3) 因此 IE=IC+IB (2.1.4) 如上所述，从发射区扩散到基区的电子只有很小一部分在基区复合，绝大部分 到达集电区。即构成发射极电流 IE 的两部分中，IBn 部分是很小的，而 ICn 部分所 占的百分比是大的。这个比值用 β 表示， β 表征三极管的共射电流放大能力，称 为电流放大系数 B CBO C CBO Bn Cn I I I I I I + − β = = (2.1.5) 整理可得 C B CBO I = βI + (1+ β)I (2.1.6) 上式的最后一项可用 ICEO表示，称为集—射极之间的穿透电流。 CEO CBO I = (1+ β)I (2.1.7) 则 IC可表示为 C B CEO I = βI + I (2.1.8) ICBO和 ICEO 是晶体管内部噪声的主要来源，要尽量减少 ICBO和 ICEO 的值，一般 情况下，穿透电流 ICEO<<IC，可将 ICEO忽略，可得
第2章双极型三极管及其放大电路 Ic≈BIg (2.1.9) 吃 (2.1.10) 即B近似等于1与B的比值。从前面的电流放大实验还知道，在三极管中， 不仅c比B大得多，而且当调节可变电阻R使B有一微小的变化时，将会引起 c大得多的变化。 此外，从三极管内部载流子的运动规律，也就理解了要使三极管起电流放大 作用，发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置。 2.1.3三极管的伏安特性曲线 三极管的特性曲线是用来表示三极管各极电压和电流之间相互关系的，它反映 了三极管的性能，是分析放大电路的重要依据。本节主要介绍共发射极接法时的 输入特性曲线和输出特性曲线： 1.输入特性 输入特性是指当集电极与发射极之间的电压：为某一常数时，三极管基极电 流B与基极与发射极之间的电压之间的关系，即 i。=f(uEE=常数 (2.1.11) 100 1∥10v 28 0o20hiao略td0→4ee/W 图21.63DG6的输入特性曲线 硅管3DG6的输入特性曲线如图2.1.6所示。比较cE=0V和cE=1V的两条 输入特性曲线可见，CE=IV的特性曲线向右移动了一段距离，这是由于当E V时集电结加了反向电压，集电结收集电子的能力加强，使得从发射区进入基区
第 2 章 双极型三极管及其放大电路 43 C B I ≈ βI (2.1.9) B C I I β ≈ (2.1.10) 即β 近似等于 IC 与 IB 的比值。从前面的电流放大实验还知道，在三极管中， 不仅 IC 比 IB 大得多，而且当调节可变电阻 RB 使 IB 有一微小的变化时，将会引起 IC大得多的变化。 此外，从三极管内部载流子的运动规律，也就理解了要使三极管起电流放大 作用，发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置。 2.1.3 三极管的伏安特性曲线 三极管的特性曲线是用来表示三极管各极电压和电流之间相互关系的，它反映 了三极管的性能，是分析放大电路的重要依据。本节主要介绍共发射极接法时的 输入特性曲线和输出特性曲线。 1. 输入特性 输入特性是指当集电极与发射极之间的电压 uCE为某一常数时，三极管基极电 流 iB与基极与发射极之间的电压 uBE之间的关系，即 iB = f (uBE ) uCE =常数 (2.1.11) 图 2.1.6 3DG6 的输入特性曲线 硅管 3DG6 的输入特性曲线如图 2.1.6 所示。比较 uCE＝0V 和 uCE＝1V 的两条 输入特性曲线可见，uCE＝1V 的特性曲线向右移动了一段距离，这是由于当 uCE＝ lV 时集电结加了反向电压，集电结收集电子的能力加强，使得从发射区进入基区
第2章双极型三极管及其放大电路 的电子更多地流向集电区，因此对应于相同的e,流向基极的电流B比原来CE =OV时减小了，因此特性曲线也就相应地向右移动了。cE>1V以后的输入特性 与=1V的一条特性曲线非常接近，因为当cE>IV以后，只要e保持不变， 则从发射区发射到基区的电子一定，而集电结所加的反向电压达到1V以后已能把 这些电子中的绝大部分拉到集电区来，以至E再增加，ic也不再明显增大了，也 就是说，B已基本不变。故E>IV后的输入特性曲线基本重合，所以通常只要 画出CE>1V以后的任何一条曲线米近似cE>1V的所有曲线。可见，输入特性 曲线类似于PN结的伏安特性，发射结的死区电压硅管约为0.5V,而锗管约为0.IV, 在正常工作情况下，硅管的发射结电压为0.6~0.8V左右，而锗管的发射结电压为 0.10.3V左右。 2.输出特性 输出特性是当基极电流不变时，集电极电流1与集电极与发射极之间的电 压cE之间的关系曲线，即 e=f(ueEn=常数 (2.1.12) 硅管3DG6的输出特性曲线如图2.1.7所示。由图可见，对于每一个确定的B, 都对应一条曲线，各条曲线的形状基本上是一样的。现取B=404A的一条曲线 加以说明，我们看到输出特性曲线的起始部分很陡，E略有增加时，ic增加很快 这是由于在cE很小时(IV以下)，集电结的反向电压很小，对到达基区的电子吸引 力不够，这时ic受E的影响很大。E稍有增加，从基区到集电区的电子也增加， 故ic随Cs的增加而增加。当超过某一数值（约1V)后，特性曲线变得平坦。这 是由于cE大于IV以后，集电结的电场已足够强，能使发射区扩散到基区的电子 绝大部分到达集电区，故cE再增加，对ic的影响已不大。但由于C增加使集电 结电场加强，因此c随着的增加略有增加，所以特性曲线稍微往上倾斜。 44
第 2 章 双极型三极管及其放大电路 44 的电子更多地流向集电区，因此对应于相同的 uBE，流向基极的电流 iB比原来 uCE ＝0V 时减小了，因此特性曲线也就相应地向右移动了。uCE＞1V 以后的输入特性 与 uCE＝1V 的一条特性曲线非常接近，因为当 uCE＞lV 以后，只要 uBE保持不变， 则从发射区发射到基区的电子一定，而集电结所加的反向电压达到 1V 以后已能把 这些电子中的绝大部分拉到集电区来，以至 uCE再增加，iC也不再明显增大了，也 就是说，iB已基本不变。故 uCE＞1V 后的输入特性曲线基本重合，所以通常只要 画出 uCE＞1V 以后的任何一条曲线来近似 uCE＞1V 的所有曲线。可见，输入特性 曲线类似于 PN 结的伏安特性，发射结的死区电压硅管约为 0.5V，而锗管约为 0.1V， 在正常工作情况下，硅管的发射结电压为 0.6～0.8V 左右，而锗管的发射结电压为 0.1～0.3V 左右。 2. 输出特性 输出特性是当基极电流 iB 不变时，集电极电流 iC 与集电极与发射极之间的电 压 uCE之间的关系曲线，即 iC = f (uCE ) iB =常数 (2.1.12) 硅管 3DG6 的输出特性曲线如图 2.1.7 所示。由图可见，对于每一个确定的 iB， 都对应一条曲线，各条曲线的形状基本上是一样的。现取 iB＝40 µ A 的一条曲线 加以说明，我们看到输出特性曲线的起始部分很陡，uCE 略有增加时，iC增加很快。 这是由于在 uCE很小时(1V 以下)，集电结的反向电压很小，对到达基区的电子吸引 力不够，这时 iC受 uCE 的影响很大。uCE稍有增加，从基区到集电区的电子也增加， 故 iC随 uCE 的增加而增加。当 uCE超过某一数值(约 1V)后，特性曲线变得平坦。这 是由于 uCE 大于 1V 以后，集电结的电场已足够强，能使发射区扩散到基区的电子 绝大部分到达集电区，故 uCE再增加，对 iC的影响已不大。但由于 uCE增加使集电 结电场加强，因此 iC随着 uCE的增加略有增加，所以特性曲线稍微往上倾斜
第2章双极型三极管及其放大电路 Ic/mA 100A 80μA 饱 60μA 区2 天 40 gA 20μA =0 510 截止区 图2.173DG6的输出特性曲线 通常把三极管的输出特性曲线分为三个工作区，如图2.1.7所示。 1放大区 输出特性曲线近于水平部分是放大区，也称为线性区。表明当。一定时，心 基本不随cE而变，但当基极电流B有一个微小变化△B时，相应的集电极电流G 将有一个较大的变化量△ic。例如当C=6V时，如果iB从404A变到60uA,即 △iB-20uA,相应的ic从1.5mA变到2.3mA,即△ic-0.8mA,我们将集电极电流 与基极电流变化量之比定义为三极管共射电流放大系数，即 (2.1.13) 在放大区，满足△=B。,。=B1。,表现出三极管具有电流放大作用，B 对c具有控制作用，可将c看成由电流B控制的电流源。三极管工作在放大状态， 发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置，对于共射放大电路，如三极管为NPN 型管，应使你E>0,c<0:如三极管为PNP型管，应使BE<0,BC0。 2.截止区 iB0的曲线以下的区域称为截止区。当B0时，i=co,对于小功率硅管，co 在14A以下，对于小功率储管，ICO在几十微安以下，因此在近似计算时，可认
第 2 章 双极型三极管及其放大电路 45 图 2.1.7 3DG6 的输出特性曲线 通常把三极管的输出特性曲线分为三个工作区，如图 2.1.7 所示。 1. 放大区 输出特性曲线近于水平部分是放大区，也称为线性区。表明当 iB一定时，iC 基本不随 uCE而变，但当基极电流 iB有一个微小变化△iB时，相应的集电极电流 iC 将有一个较大的变化量△iC。例如当 uCE=6V 时，如果 iB从 40 µ A 变到 60 µ A，即 △iB=20 µ A，相应的 iC从 1.5mA 变到 2.3mA，即△iC=0.8mA，我们将集电极电流 与基极电流变化量之比定义为三极管共射电流放大系数，即 B C i i ∆ ∆ β = (2.1.13) 在放大区，满足 C B ∆i = β∆i ， C B I = βI ，表现出三极管具有电流放大作用，iB 对 iC具有控制作用，可将 iC看成由电流 iB控制的电流源。三极管工作在放大状态， 发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置，对于共射放大电路，如三极管为 NPN 型管，应使 uBE>0，uBC<0；如三极管为 PNP 型管，应使 uBE<0，uBC>0。 2. 截止区 iB=0 的曲线以下的区域称为截止区。当 iB=0 时，iC=ICEO，对于小功率硅管，ICEO 在 1 µ A 以下，对于小功率锗管，ICEO在几十微安以下，因此在近似计算时，可认