《模拟电子线路》第3章杨凌

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1、杨凌《模拟电子线路》第3章1947年12月23号，贝尔实验室的WilliamB.Shockley、JohnBardeen、WalterH.Brattain制造出了世界上第一只半导体放大器件，他们将这种器件命名为“晶体管”第3章半导体三极管及其基本放大电路§3.0引言20世纪40年代,由Bardeen,Brattain和Schockley在贝尔实验室开发的硅晶体管,在20世纪50年代和60年代掀起了第一次电子革命.这项成果导致了1958年集成电路的开发及在电子电路中应用广泛的晶体管运算放大器的产生.本章介绍的三极管属于双极型器件,是两类晶体管中

2、的第一种类型.下面将详细讨论其物理结构、工作原理及其在放大电路中的应用.§3.1双极型晶体管(BipolarJunctionTransistor)一、结构、分类、符号PNPebc发射区基区集电区(发射结)JeJc(集电结)bec图3.1becJc(集电结)NPNebc(发射结)Je发射区基区集电区§3.1双极型晶体管(BipolarJunctionTransistor)图3.1常用集成电路中NPN型三极管的结构剖面图§3.1BJT图3.2几种BJT的外形结构特点:1、基区很薄(10－6m),且轻掺杂(1015cm－3);2、发射区重掺杂(10

3、19cm－3);3、集电区面积大,且掺杂较轻(1017cm－3).BJT的结构特点是决定其能进行信号放大的内部物质基础.§3.1BJT二、BJT的电流分配与电流放大作用1、BJT内部载流子的传输过程─见图3.3所示.BJT放大所必须具备的外部条件是:Je正偏,Jc反偏.①发射区发射电子,形成射极电流IE;②电子在基区复合,形成基极电流IB;③集电区收集电子,形成集电极电流IC.IE=IC+IB≈(1+β)IB(3—1)IC=βIB+ICEO≈βIB(3—2)IC=αIE+ICBO≈αIE(3—3)§3.1BJTIB=IEp+(IEn－ICn1

4、)－ICBOIC=ICn1+ICn2+ICp=ICn1+ICBOICBO+VBB－RBRC+VCC－NPNECBJeIEnIcn1Icn2IcpICBOJcIEpIBIEIC图3.3IE=IC+IBIE=IEp+IEnIC=αIEn+ICBO≈αIE+ICBOIC=ICn1+ICBOICn1ICα=≈(3—4)IEnIEIC=α(IB+IC)+ICBOα1IC=IB+ICBO1－α1－α§3.1BJTα1IC=IB+ICBO1－α1－ααβ=(3—5)1－α1ICEO=ICBO1－α=(1+β)ICBO(3—6)IC=βIB+ICEO≈βIB

5、IE=IC+IB≈(1+β)IB2.α、β、ICBO、ICEO的物理含义共基极直流电流放大倍数.α＜1,α→1.ICn1ICα=≈IEnIE§3.1BJTαβ=1－αICn1α=IEnIB=IEp+(IEn－ICn1)－ICBO=IE－ICn1－ICBOIC－ICBOICβ=≈IB+ICBOIBβ共射极直流电流放大倍数.β＞1.αβ=1－αβα=(3—8)1+β图3.4ICBO受温度影响较大ceb+VCC－ICBO(3—7)§3.1BJT+VBE－+VCB－+VCC－ICEO图3.5ICEO=ICBO+βICBO=(1+β)ICBO3.电流分

6、配关系IE=IEBS(e－1)≈IEBSe(3—9)VBEVTVBEVTIC≈βIB三、BJT的特性曲线IC≈αIE≈ISeVBEVT§3.1BJT1、输入特性─共射接法iB=f(vBE)vCE=CE+vCE－iC+vBE－iBBC(a)vCE≥1V(b)vCE=0VvBE/V0iB/μA图3.6EBCWBNPN(c)基区宽度调制效应§3.1BJT2、输出特性─共射接法iC=f(vCE)iB=C图3.7OvBE1vBE2vBE3vBE4vCEVAiCA图3.8VCEIC≈ISe1－(3—10)VAVBEVT20μA60μAiB=100μA80

7、μA40μA放大区iC/mA0vCE/V饱和区ICEOV(BR)CEO截止区击穿区054321§3.1BJT(1)放大区Je正偏,Jc反偏.IC=βIB+ICEO≈βIBVCEIC(b)IC(a)βIC↑IC↓β↓图3.9§3.1BJT(2)截止区Je、Jc均反偏.工程上规定IB=0(IC=ICEO≈0)以下的区域称为截止区;严格说来,截止区应是IE=0以下的区域.(IC=ICBO,IB=－ICBO)(3)饱和区Je、Jc均正偏.VBE(sat)≈0.7V;VCE(sat)≈0.3V(4)击穿区VCE↑→VCB↑→Jc─雪崩击穿V(BR)CE

8、OIB↑→V(BR)CEO↓IC≠βIBIC＜βIB§3.1BJT四、BJT的主要参数1、表征放大能力的参数ICβ=IB共射极直流电流放大系数(hFE).△iCβ=