三极管及其基本放大电路

第二章：三极管及其基本放大电路考纲要求1.理解三极管的基本构造、电流放大作用、伏安特性和主要参数；2.会用万用表判别三极管的管型及管脚极性。学习内容1.三极管的结构与工作原理2.三极管的伏安特性曲线3.三极管的主要参数4.三极管的检测NNP2.1.1三极管的基本结构类型和符号三极管分有NPN型和PNP型，虽然它们外形各异，品种繁多，但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：发射极e发射结集电结基区发射区集电区集电极c基极bNPN型PNP型PPN常见三极管外形及文字符号NPN型三极管图符号大功率低频三极管小功率高频三极管中功率低频三极管ecbPNP型三极管图符号ecb注意：图中箭头方向为发射极电流的方向。2.1.2三极管的电流分配关系及放大作用晶体管芯结构剖面图e发射极集电区N基区P发射区Nb基极c集电极晶体管实现电流放大作用的内部结构条件(1)发射区掺杂浓度很高，以便有足够的载流子供“发射”。(2)为减少载流子在基区的复合机会，基区做得很薄，一般为几个微米，且掺杂浓度极低。(3)集电区体积较大，且为了顺利收集边缘载流子，掺杂浓度界于发射极和基极之间。

可见，双极型三极管并非是两个PN结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。晶体管实现电流放大作用的外部条件NNPUBBRB＋－(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。UCCRC＋－(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。IEICIB

整个过程中，发射区向基区发射的电子数等于基区复合掉的电子与集电区收集的电子数之和，即：IE=IB+IC结论

由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。回顾1.发射区向基区扩散电子的过程

由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基极电流IB，剩下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。2.电子在基区的扩散和复合过程

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。3.集电区收集电子的过程只要符合三极管发射区高掺杂、基区掺杂浓度很低，集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，再加上晶体管的发射结正偏、集电结反偏的外部条件，三极管就具有了放大电流的能力。

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40μA增加到50μA时，IC将从3.2mA增大到4mA，即：

由此可得：微小的基极电流IB可以控制较大的集电极电流IC，故三极管属于电流控制器件。

三极管的特性曲线(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）UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB从0开始增加IBIE=IBUBE令UCC为0UCE=0时的输入特性曲线UCE为0时UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新从0开始增加IBICUBE增大UCC让UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V的特性曲线继续增大UCC让UCE=1V令UBB重新从0开始增加UCE=1VUCE=1V的特性曲线

实用中三极管的UCE值一般都超过1V，所以其输入特性通常采用UCE=1V时的曲线。从特性曲线可看出，三极管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。UCE>1V的特性曲线(2)输出特性曲线先把IB调到某一固定值保持不变。

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。然后调节UCC使UCE从0增大，观察毫安表中IC的变化并记录下来。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIEIBUCE/VIC

/mA0UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再调节IB1至另一稍小的固定值上保持不变。仍然调节UCC使UCE从0增大，继续观察毫安表中IC的变化并记录下来。UCEUCE/VIC

/mA0IBIB1IB2IB3IB=0

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。输出曲线开始部分很陡，说明IC随UCE的增加而急剧增大。当UCE增至一定数值时(一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明IC基本上不再随UCE而变化。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3输出特性曲线上一般可分为三个区：饱和区。当发射结和集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和状态。此时集电极电流IC与基极电流IB之间不再成比例关系，IB的变化对IC的影响很小。截止区。当基极电流IB等于0时，晶体管处于截止状态。实际上当发射结电压处在正向死区范围时，晶体管就已经截止，为让其可靠截止，常使UBE小于和等于零。放大区

晶体管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成β倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用。

管子深度饱和时，硅管的VCE约为0.3V，锗管约为0.1V,由于深度饱和时VCE约等于0，晶体管在电路中犹如一个闭合的开关。例1:用直流电压表测得放大电路中晶体管T1各电极的对地电位分别为V1=+10V，V2=0V，V3=+0.7V，如图（a）所示,T2管各电极电位V1=+0V，V2=-0.3V，V3=-5V，如图（b）所示，试判断T1和T2各是何类型、何材料的管子，x、y、z各是何电极？2321T131T1

(a)(b)解：工作在放大区的NPN型晶体管应满足VC>VB>VE

，PNP型晶体管应满足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。（1）在图（a）中，3与2的电压为0.7V，可确定为硅管，因为V1>V3>V2,，所以1为集电极，2为发射极，3为基极，满足VC>VB>VE,的关系，管子为NPN型。（2）在图（b）中，1与2的电压为0.3V，可确定为锗管，又因V3<V2<V1,，所以3为集电极，1为发射极，2为基极，满足VC<VB<VE的关系，管子为PNP型。2321T131T1

(a)(b)V1=+10V，V2=0V，V3=+0.7VV1=+0V，V2=-0.3V，V3=-5V

例2图所示的电路中，晶体管均为硅管,β=30，试分析各晶体管的工作状态。解:

（1）因为基极偏置电源+6V大于管子的导通电压，故管子的发射结正偏，管子导通,基极电流：+10V1KIC+6V5KIB+10V1K

IC-2V5KIB+10V1KIC+2V5KIB(a)(b)(c)2.1.4三极管的主要参数1.电流放大倍数2.极限参数①集电极最大允许电流ICMUCE/VIC

/mA0IB=043211.52.3②反向击穿电压U(BR)CEOcebUCCU(BR)CEO基极开路

指基极开路时集电极与发射极间的反向击穿电压。使用中若超过此值,晶体管的集电结就会出现击穿。Β值的大小反映了晶体管的电流放大能力。IC>ICM时，晶体管不一定烧损，但β值明显下降。③集电极最大允许功耗PCM晶体管上的功耗超过PCM，管子将损坏。安

全

区3.极间电流集电极-发射极反向饱和电流ICEO（穿透电流）指基极开路时，集电极与发射极之间加一定反向电压时的集电极电流。该值越小越好。.集电极反向饱和电流ICBO,是少数载流子运动的结果，其值越小越好。

晶体管的发射极和集电极是不能互换使用的。因为发射区和集电区的掺杂质浓度差别较大，如果把两个极互换使用，则严重影响晶体管的电流放大能力，甚至造成放大能力丧失。晶体管的发射极和集电极能否互换使用？为什么?

晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，UCE<UBE，集电结也处于正偏，这时内电场被大大削弱，因此极不利于集电区收集从发射区到达集电结边缘的电子，这种情况下，集电极电流IC与基极电流IB不再是β倍的关系，因此，晶体管的电流放大能力大大下降。晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放大系数是否也等于β？为什么晶体管基区掺杂质浓度小？而且还要做得很薄？学习与讨论

为了使发射区扩散电子的绝大多数无法在基区和空穴复合，由于基区掺杂深度很低且很薄，因此只能有极小一部分扩散电子与基区空穴相复合形成基极电流，剩余大部分扩散电子继续向集电结扩散，由于集成电结反偏，这些集结到集电结边缘的自由电子被集电极收集后形成集电极电流。用万用表测试二极管好坏及极性的方法用万用表欧姆档检查二极管是否存在单向导电性？并判别其极性。正向导通电阻很小。指针偏转大。反向阻断时电阻很大，指针基本不动。

选择万用表R×1k的欧姆档，其中黑表棒作为电源正极，红表棒作为电源负极，根据二极管正向导通、反向阻断的单向导电性将表棒对调一次即可测出其极性及好坏。如何判断二级管的正负极呢？用万用表测试三极管好坏及极性的方法

用指针式万用表检测三极管的基极和管型：指针不动，说明管子反偏截止，因此为NPN型。

先将万用表置于R×lk

欧姆档，将红表棒接假定的基极B，黑表棒分别与另两个极相接触，观测到指针不动(或近满偏)时，则假定的基极是正确的;且晶体管类型为NPN型（或PNP型）。如果把红黑两表棒对调后，指针仍不动(或仍偏转)，则说明管子已经老化(或已被击穿)损坏。想一想，这种检测方法依据的是什么？指针偏转，说明管子正向导通，因此为PNP型。PN结的单向导电性

若被测管为NPN三极管，让黑表棒接假定的集电极C，红表棒接假定的发射极E。两