第二章电子技术基础

电子技术安徽师范大学数学计算机科学学院2014.2第一章半导体器件1半导体的基本知识2半导体二极管3半导体三极管4场效应晶体管1半导体的基本知识导体、半导体和绝缘体一、导体自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。二、绝缘体有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。三、半导体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。1.1.1半导体的导电特性半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：

当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。光敏元件、热敏元件属于此类。

往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。二极管、三极管属于此类。本征半导体——化学成分纯净的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。电子技术中用的最多的是硅和锗。它们的最外层电子（价电子）都是四个。一、本征半导体1、本征半导体结构图5.1Ge和Si原子的模型GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。外层电子受原子核的束缚力最小，成为价电子。物质的性质是由价电子决定的。

纯净的晶体结构的半导体称为本征半导体。Ge或Si原子生成晶体时，其原子排列就由杂乱无章的状态变成了非常整齐的状态，原子间的距离都是相等的。研究一块纯净的Ge或Si晶体时，可发现每个原子有4个相邻的原子围绕着，每两个相邻原子间共有一对电子(称为价电子)，组成共价键结构，共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。如图5.2所示。其本征半导体晶体结构如图5.3所示。图5.2Ge或Si晶体的共价键结构共价键共用电子对+4表示除去价电子后的原子+4+4+4+4图5.3本征半导体晶体结构示意图共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+42、本征激发在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。1）.载流子、自由电子和空穴

这一现象称为本征激发，也称热激发。+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子空穴显示出的功效类似正电荷(严格地说，空穴不是正电荷)，所以，空穴也是一种载流子。2）.本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补（但是，当一个自由电子进入空穴时，空穴就会消失，这称为复合），这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动—电流。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：

1.自由电子移动产生的电流。

2.空穴移动产生的电流。本征半导体中，产生电流的根本原因是由于共价键中出现了空穴。由于空穴数量有限，所以其电阻率很大。二、杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。

掺杂的半导体称为杂质半导体。掺杂的方法是将少量的杂质元素加入到加热了的Ge或Si晶体中。如果在Si晶体中掺入少量的五价杂质元素，例如磷(P)元素，则P原子将全部扩散到加热了的Si晶体中。因为P原子比Si原子数目少得多，所以当冷却后形成固态晶体时，整个晶体结构不变，只是某些位置上的Si原子被P原子代替了。因为每个P原子有5个外层子，所以组成共价键后就自然而然地多出一个电子，此电子受原子核的束缚力很小，很容易成为自由电子。1.N型半导体

在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体,也称电子型半导体。因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。

在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供；另外，硅晶体由于热激发会产生少量的电子空穴对，所以空穴是少数载流子。+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体结构

提供自由电子的五价杂质原子因失去一个电子而带单位正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主原子。N型半导体的结构示意图如下图所示。磷原子核自由电子+4+4+5+4N型半导体中的载流子是什么？1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。2.P型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半导体中：空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；

电子是少数载流子，由热激发形成。杂质半导体的示意表示法：－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。3.杂质对半导体导电性的影响

掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:

T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:

n=p=1.4×1010/cm31

2掺杂后N型半导体中的自由电子浓度:

n=5×1016/cm3

本征硅的原子浓度:4.96×1022/cm3

3以上三个浓度基本上依次相差106/cm3

。小结1、半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。

2、在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自由电子和空穴对，故其有一定的导电能力。

3、本征半导体的导电能力主要由温度决定；杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决定。

4、P型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子。

5、半导体的导电能力与温度、光强、杂质浓度和材料性质有关。1.PN结的形成物质从浓度大的地方向浓度小的地方运动叫扩散。当P型半导体和N型半导体结合在一起时，因为空穴在P区中是多子，在N区中是少子；同样，电子在N区中是多子，在P区中是少子，所以在P、N两区交界处，由于载流子浓度的差异，要发生电子和空穴的扩散运动，多子都要向对方区域移动。当电子和空穴相遇时会复合消失。假设扩散运动的方向由正指向负(P区指向N区)，则空穴将顺扩散运动方向移动，电子将逆扩散运动方向移动。1.1.2PN结及其单向导电特性P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。空间电荷区，也称耗尽层。扩散到对方的载流子在P区和N区的交界处附近被相互中和掉，使P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这样在两种半导体交界处逐渐形成由正、负离子组成的空间电荷区（耗尽层）。由于P区一侧带负电，N区一侧带正电，所以出现了方向由N区指向P区的内电场内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。

当扩散和漂移运动达到平衡后，空间电荷区的宽度和内电场电位就相对稳定下来。此时，有多少个多子扩散到对方，就有多少个少子从对方飘移过来，二者产生的电流大小相等，方向相反。因此，在相对平衡时，流过PN结的电流为0。内电场空间电荷区耗尽层电子空穴P区N区

扩散的结果在两区交界处的P区一侧，出现了一层带负电荷的粒子区(即不能移动的负离子)；在N区一侧，出现了一层带正电荷的粒子区(即不能移动的正离子)，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是PN结，如图。

浓度差

多子扩散空间电荷区

(杂质离子)

内电场促少子阻多子漂移扩散动态平衡时PN结形成过程：1).空间电荷区中没有载流子。2).空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴.N区

中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3).P

区中的电子和N区中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意:2.PN结的单向导电特性

PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压。

PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是：

P区加负、N区加正电压。一、PN结正向偏置－－－－++++RUf内电场外电场变薄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。(1)当0≤Uf＜UT时，UT为死区电压，或称门坎电压。这时由于外电场还不足以克服内电场对载流子扩散所造成的阻力，所以正向电流If几乎为零，PN结呈现出一个大电阻，好像有一个门坎。

(2)当Uf≥UT后，这时在外电场的作用下，内电场被大大削弱，多子不断地向对方区域扩散，且进入空间电荷区后，一部分空穴会与负离子中和，一部分电子会与正离子中和，使空间电荷量减少，PN结变窄。

空间电荷区中载流子数量的增加，相当于PN结电阻的减小。这样，载流子就能顺利地越过PN结，形成闭合的回路，产生较大的正向电流If。因为外电源不断地向半导体提供空穴和电子，所以使电流If得以维持。PN结的正向特性曲线如图(b)所示。(1)空间电荷区变窄的过程，相当于载流子充进了PN结。P区一侧充正电(充入空穴)，N区一侧充负电(充入电子)，这现象如同一个电容器的充电，此电容称为耗尽层电容Ct。它是由耗尽层内电荷存储作用引起的。我们知道,耗尽层内有不能运动的正负离子,因而该层缺少载流子,导电率很低,相当于介质,而它两边的P区和N区导电率相对很高,相当于金属。当外加电压改变时,耗尽层的电荷量也要改变,引起电容效应,耗尽层有势垒,因此称为势垒电容。需要指出的是：二、PN结反向偏置－－－－++++内电场外电场变厚NP+_内电场被被加强，多子的扩散受抑制(可忽略扩散电流)。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。PN结呈现高阻性。RUR

因此，PN结处于反偏时，电阻是很大的。PN结的反向特性曲线如图所示。

IR有时也称为反向饱和电流IS。这是因为当温度不变时，少子的浓度不变，所以在一定的电压范围内，IR几乎不随反偏电压的增加而变大，见图。但温度升高会使少子增加，故IR会随温度的上升而增长很快，这就是PN结的温度特性。由此可见，PN结具有单向导电的特性及温度特性。当PN结反偏电压UR超过某一数值时，反向电流IR会突然增大，出现反向电压击穿现象，简称为反向击穿。发生反向击穿所需的电压称为反向击穿电压UB。PN结的反向击穿特性曲线如图所示。4.PN结的击穿特性反向击穿特性曲线

反向击穿现象有两种类型：

(1)雪崩击穿。当反向电压太高时，载流子在阻挡层中将受到强烈的电场加速作用，获得足够的能量去碰撞原子，产生新的电子—空穴对。被撞出的载流子获得能量后又可能再去碰撞别的原子，如此连锁反应造成了载流子的剧增。这种击穿多发生在掺杂浓度不大的PN结。雪崩击穿电压一般高于6V。(2)齐纳击穿。当反向电压足够大时，阻挡层中的强电场会将电子从共价键中强行拉出，产生电子—空穴对，使载流子剧增(其效果与温度升高相仿)。这种击穿多发生在掺杂浓度较高的PN结。齐纳击穿电压一般低于6V。

PN结被击穿后，PN结上的压降高，电流大，功率大。当PN结上的功耗使PN结发热，并超过它的耗散功率时，PN结将发生热击穿。这时PN结的电流和温度之间出现恶性循环，最终将导致PN结烧毁。热击穿——不可逆

雪崩击穿

齐纳击穿

电击穿——可逆2半导体二极管1.2.1半导体二极管的结构与分类半导体二极管又称晶体二极管，简称为二极管。它是由一个PN结加上相应的电极引线和管壳做成的。从P区引出的电极称为阳极(正极)，从N区引出的电极称为阴极(负极)。PN结的几大基本属性，也就是二极管的基本属性。二极管的符号如图所示，用字母VD表示。

半导体二极管的结构及符号(a)点接触型；(b)面接触型；(C)符号1.2.2二极管的伏安特性曲线二极管的电压—电流关系曲线称伏安特性曲线。此特性曲线就是PN结的正向、反向及反向击穿特性曲线。图(a)和(b)分别是Si和Ge二极管的特性曲线。在室温下，Si管、Ge管的死区电压UT、正向导通电压UD及反向饱和电流IS的数值如表所示。

二极管的伏安特性曲线

(a)Si管；(b)Ge管其中IS——反向饱和电流VT——温度的电压当量且在常温下（T=300K）正向：反向：近似PN结方程表5.1Si和Ge二极管的UT、UD及IS值二极管的主要参数

1.直流参数

1)最大整流电流IF

最大整流电流是指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。当二极管电流I＞IF时，PN结会因为太热而烧坏。

2)最高反向工作电压URM

最高反向工作电压URM通常取二极管反向击穿电压UB的一半。3)反向电流IR

反向电流IR即为反向饱和电流IS。其值越小，二极管的单向导电性能越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。

4)直流电阻RD

直流电阻RD是指二极管两端的直流电压与流过的直流电流之比。即(5―1)

二极管的电阻(a)直流电阻RD；(b)微变电阻rD2.交流参数

1)微变(变流)电阻rD

二极管工作在小信号时需要用到微变电阻rD。rD的定义是：二极管特性曲线上工作点Q附近的电压变化量ΔU与相应的电流变化量ΔI之比。即(5―2)rD实际上就是特性曲线上Q点处斜率的倒数。在室温(25℃)下，(5―3)iDuDIDUDQiDuD2)最高工作频率fM

这主要取决于PN结的结电容。若工作频率f＞fM，则二极管的单向导电性能将变坏。

为便于读者了解半导体器件的命名方法，将我国的命名有关规定介绍如下：

表国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：二极管符号：D代表P型Ge二极管应用举例二极管的应用范围很广，利用二极管的单向导电特性，可组成整流、检波、钳位、限幅、开关等电路。利用二极管的其它特性，可使其应用在稳压、变容、温度补偿等方面。整流、钳位、开关电路将在后面有关章节中提到，现简单介绍一下限幅电路。限幅器又称削波器，主要是限制输出电压的幅度。为讨论方便起见，假设二极管VD为理想二极管，即正偏导通时，忽略VD的正向压降，近似认为VD短路；反偏截止时，近似认为VD开路。

例1电路及输入电压UI的波形如图所示。画出输出电压Uo的波形如图(b)所示。二极管单向限幅电路

(a)电路；(b)波形

解：当ui＞+5V时，uo=+5V(VD正偏短路)；当ui

≤+5V时，uo=Ui

(VD反偏开路)。故可画出输出uo的波形，如图5.17(b)所示。

解：①当ui＞+10V时：VD1正偏短路，VD2反偏开路，uo=+10V。②当ui

＜-10V时：VD1反偏开路，VD2正偏短路，uo=-10V。③当-10V＜UI≤+10V时：

VD1、VD2均反偏开路，uo=ui。

uo波形如图5.18(b)所示。例2电路及输入电压Ui的波形如图所示，画出输出电压uo的波形。图5.18二极管双向限幅电路

(a)电路；(b)波形稳压管

1.稳压管通常，我们不希望二极管工作在反向击穿区，因为一旦PN结反向击穿，反向电流IR会猛增，使IR·UR＞PM，引起热击穿，烧毁二极管。但是，利用PN结的反向击穿现象，却可以起到稳定电压的作用，即通过管子的电流在很大的范围内变化，而管子两端的电压却变化很小。那么如何将“击穿”转化为“稳压”呢?其依据的条件是：

(1)工艺上通过控制半导体内所掺杂的成份。

(2)外电路中所串联的限流电阻。

稳压管符号及特性曲线

(a)符号；(b)伏安特性曲线阳极

因为这种二极管具有稳定电压的作用，所以要与用于整流、检波等用途的普通二极管区别开，称为稳压管。稳压管用字母VDZ表示，它的符号如图(a)所示。图(b)是它的伏安特性曲线，由图(b)可知，稳压管在反向击穿时的曲线比较陡直。

值得指出的是：稳压管必须工作在反向偏置(利用正向稳压的除外)，即阴极接电源正极，阳极接电源负极，如图(a)所示。如果极性接错，二极管就处于正向偏置状态，稳压效果就差了。另外，稳压管可以串联使用，一般不能并联使用，因为并联有时会因电流分配不匀而引起管子过载损坏。2.稳压管的主要参数

1)稳定电压UZ

UZ就是稳压管的反向击穿电压。由于制造工艺不易控制，即使同一型号的管子，UZ的值也会稍有不同。

2)稳定电流IZ和最大稳定电流IZMIZ的稳压管正常工作时的反向电流，这是一个参考值。IZM是稳压管允许通过的最大反向电流。当稳压管工作电流I＜IZ时，没有稳压效果；正常工作时，

IZ＜I＜IZM。3)动态电阻rZ

rZ相当于二极管的微变等效电阻，因此(5―4)rZ越小(ΔIZ越大)，稳压性能越好。补充：二极管与门和或门电路

1.电路2.工作原理A、B为输入信号（+3V或0V）Y为输出信号VCC＝+10V电路输入与输出电压的关系ABＹ0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V一、二极管与门用逻辑1表示高电平（此例为≥+3V）用逻辑0表示低电平（此例为≤0.7V）ABY0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V0.7V3V3V3.7V3.逻辑赋值并规定高低电平4.真值表ABY000010100111

二极管与门的真值表A、B全1，Y才为1。可见实现了与逻辑5.逻辑符号6.工作波形(又一种表示逻辑功能的方法）7.逻辑表达式Y＝AB二极管与门（a）电路（b）逻辑符号（c）工作波形1.电路2.工作原理电路输入与输出电压的关系ABF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3VA、B为输入信号（+3V或0V）F为输出信号二、二极管或门4.真值表ABF0V0V0V0V3V2.3V3V0V2.3V3V3V2.3V可见实现了或逻辑3.逻辑赋值并规定高低电平用逻辑1表示高电平（此例为≥+2.3V）用逻辑0表示低电平（此例为≤0V）ABF000011101111A、B有1，F就1。二极管或门的真值表二极管或门（a）电路（b）逻辑符号（c）工作波形5.逻辑符号6.工作波形7.逻辑表达式F＝A+B3半导体三极管

半导体三极管又称双极型晶体管，简称BJT。BJT的种类很多，按频率分，有高频管、低频管；按功率分，有大、中、小功率管；按半导体材料分，有SI管、Ge管；按结构分，有NPN型和PNP型等。目前生产的Si管多数为NPN型，Ge管多数为PNP型。常见的几种BJT的外形如图所示。几种BJT的外形1.结构简介不管是NPN型还是PNP型管子，它们的基本原理都相同，都有三个电极(发射极e、基极b、集电极C)和两个PN结(发射结(e结)、集电结(C结))。3.1BJT的放大原理和电流关系

双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。e-b间的PN结称为发射结(Je)c-b间的PN结称为集电结(Jc)

中间部分称为基区，连上电极称为基极，用B或b表示（Base）；

一侧称为发射区，电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；

另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。双极型三极管的符号中，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。

从外表上看两个N区,(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电区面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。

因为放大器一般是四端网络，而BJT只有三个电极，所以组成放大电路时，势必要有一个电极作为输入与输出信号的公共端。根据所选择的公共端电极的不同，BJT有共发射极、共基极和共集电极三种不同的连接方式(指对交流信号而言)，如图所示。2.BJT的三种连接方式BJT的三种连接方式(a)共基极电路；(b)共发射极电路；(C)共集电极电路3.放大原理和电流关系

双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。

若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压，如图所示。

现以

NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系。NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVo在发射结正偏，集电结反偏条件下主流电流运动示意图详细分析三极管中载流子的运动：(1)发射区向基区注入电子：在VBB作用下，发射区向基区注入电子形成IEN，基区空穴向发射区扩散形成IEP。IEN>>IEP方向相同VBBVCC(2)电子在基区复合和扩散由发射区注入基区的电子继续向集电结扩散，扩散过程中少部分电子与基区空穴复合形成电流IBN。由于基区薄且浓度低，所以IBN较小。(3)集电结收集电子由于集电结反偏，所以基区中扩散到集电结边缘的电子在电场作用下漂移过集电结，到达集电区，形成电流ICN。VBBVCC(4)集电极的反向电流集电结收集到的电子包括两部分： 发射区扩散到基区的电子——ICN

基区的少数载流子——ICBOVBBVCC

IE=IEN+IEP

且有IEN>>IEP

IEN=ICN+IBN

且有IEN>>IBN

，ICN>>IBN

IC=ICN+ICBO

IB=IEP+IBN－ICBOIE=IC+IBVBBVCC

晶体管一旦制成，从e区发射的电子到达C区的比例也就定了，此比例称为电流放大系数。通常将IC与IB的比值定义为共射直流电流放大系数，将变化量ΔIC与ΔIB的比值定义为共射交流电流放大系数β。即一般情况下，≈β，故可得：IE=IB+IC=IB+βIB=(1+β)IB一般情况下，，则同理，把IC与IE的比值定义为共基极直流电流放大系数；把变量ΔIC与ΔIB的比值定义为共基极交流电流放大系数α。即的值小于1,但接近1，一般为0.98~0.999。??

由于α与β是同一管子不同电极间的关系，二者之间必存在一定的转换关系：所以

因为e结加正向电压，所以由PN结的正向特性可知，BJT的b、e极之间只要有较小的变化量ΔUBE，就可产生较大的ΔIB，通过BJT的电流放大，又可引起更大的ΔIC，而ΔIC流过集电极负载电阻Rc后，在其两端产生的电压ΔUCE，将会比ΔUBE大很多倍，这样，BJT的电流放大就被转换为电压放大的形式了。表示即输入回路输出回路(1)无交流信号

UBB接输入回路,使发射结正偏

UCC接输出回路,使集电结反偏在这种偏置下产生IE、IC、IB.IC=βIB,这是对直流电流的放大作用.三极管的电流放大作用UBBUCCRCRBIC=βIBIE=IC+IBIB

如图所示称为三极管的共发射极放大电路。因为这个电路中包含由三极管的基极b与发射极e构成的输入回路和由集电极c与发射极e构成的输出回路，三极管的发射极作为输入和输出回路的公共端，所以称为共发射极放大电路。三极管的共发射极放大电路(2)加入交流信号后A.ΔIc是ΔIB的β倍,三极管对ΔIB有放大作用,β越大,控制能力越强,所以三极管是一个有电流放大的电流控制元件.B.ΔIc在RC上产生的输出电压ΔUo,而ΔUo比ΔUi大约大几十倍,可以得到电压放大三极管的电流放大作用UBBUCCRCRB

例.在图示的电路中，如果ΔUBE=15mV,ΔIB=20μA,β=50，Rc=1kΩ，求ΔIC和Au。解：BJT各电极电压与电流之间的关系曲线，称为伏安特性曲线。它是BJT内部载流子运动的外部表现。由于三极管有三个电极，所以它的伏安特性就不像二极管那样简单。工程上最常用的是BJT的输入和输出特性曲线。图为NPN型管共发射极电路的测试电路。BJT的特性曲线BJT的共发射极特性曲线测试电路

若以输出电压uCE为参变量，则输入电压UBE和输入电流iB的函数式可表示为常数

测试时，在图的电路中，先固定uCE为某一常数，例如，令uCE=0V，测得一组uBE与iB的数据，画出一条曲线；再固定uCE为另一常数，又测得一组uBE与iB的数据，画出另一条曲线,……如图所示。1.共发射极输入特性输入回路输出回路(1)当UCE=常数

时，UBE

和iB之间的关系曲线，用函数关系式表示为:(1)UBE

和iB之间的关系曲线(2)用UCE=1V的输入特性曲线来代表UCE＞1V所有输入特性曲线(3)输入特性的死区电压：硅管约为0.5V；锗管约为0.2V。

200.40.60.81006080400.2UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。输入回路输出回路(1)UCE=0时：b、e间加正向电压，JC和JE都正偏，JC没有吸引电子的能力。所以其特性相当于两个二极管并联PN结的特性。

UCE=0V：两个PN结并联(2)UCE>1V时，b、e间加正向电压，这时JE正偏，JC反偏。发射区注入到基区的载流子绝大部分被JC收集，只有小部分与基区多子形成电流IB。所以在相同的UBE下，IB要比UCE=0V时小。

UCE>1V：IB比UCE=0V时小(3)UCE介于0~1V之间时，JC反偏不够，吸引电子的能力不够强。随着UCE的增加，吸引电子的能力逐渐增强，iB逐渐减小，曲线向右移动。

0<UCE<1V:UCEIB

右移是由于此时集电结处于反向偏置,发射区注入到基区的电子大部分扩散到集电区,基区复合减少,因而相同的UBE条件下IB将降低;UCE继续增大时,曲线应该继续右移。但UCE大到一定值后,UBE不变,集电结的反向电压已将注入到基区的电子基本上收集到集电极,再增加UCE,IB基本不变,故曲线重合。为什么曲线右移？

若以输入电流iB为参变量，则输出电压uCE和输出电流iC的函数式可表示为常数2.共发射极输出特性(1)是研究当iB=常数

时，UCE和iC之间的关系曲线，用函数表示为:输入回路输出回路(2)输出特性曲线,当UCE较小时起始部份很陡，当UCE略有增加，iC增加很快，当UCE＞1V

以后，再增加UCE、iC增加不明显。(3)如改变IB则得到另一条输出特性曲线。输入回路输出回路（a）输入特性曲线;（b）输出特性曲线3、把输出特性曲线划分成三个区510152012340饱和区截止区放大区击穿区(3)饱和区区域：uCE

＜0.7v

以左部分条件：发射结正偏，集电结正偏。uBE>0,uBC>0

特点：失去放大能力，即iC＝βiB不成立,即iB不能控制iC

的变化。(1)截止区：区域：iB≤0

输出特性曲线以下的区域为截止区条件：发射结、集电结均反偏uBE<0,uBC<0

。特点：iB=0时，iC

≈iE=ICEO=0，三极管CE间为开路。(2)放大区区域：iB＝0以上多条的输出特性曲线。条件：发射结正偏，uBE>0,集电结反偏，uBC<0

特点：(A)有放大特性：iC＝βiB(B)有恒流特性：iC与uCE无关。ICEO输入回路输出回路2、输出特性iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321（1）截止区：

IB0

IC=ICEO0条件：两个结反偏截止区ICEOiC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321（2）饱和区：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0条件：两个结正偏特点：IC

IB临界饱和时：

uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(锗管)放大区截止区饱和区ICEOiC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321（3）放大区：放大区截止区条件：

发射结正偏集电结反偏特点：

水平、等间隔ICEO补充：判断三极管工作状态的三种方法。发射结集电极截止放大饱和反偏或零偏正偏正偏反偏反偏正偏或零偏1)三极管结偏置的判定方法结偏置工作状态2)三极管电流关系判定法IBICIE截止放大饱和0>0IB>IBS(临界饱和基极电流)0IB<IB0IB+IC=(1+)IE<(1+)IE各极电流电流关系工作状态3)三极管电位判定法VBVC截止放大饱和<Uon(=0.5)0.70.7VCCVCES<VC<VCCVCES各位电位工作状态共射电路三极管各极电位(对”地”而言)VB和VC和三极管的工作状态(以NPN管为例)即:VC>VB>VENPN管

VC<VB<VEPNP管注:

多数NPN管由Si材料制成,PN结的导通压降一般为0.6-0.7;多数PNP管由Ge材料制成,PN结的导通压降一般为0.2-0.3;VCES：饱和压降,,对硅管而言,临界饱和时为0.7,,深度饱和时为0.3例：测得量三极管三个电极对地电位如下图所示，试判断三极管的工作状态。

放大截止饱和3.饱和区

E结、C结均为正偏，UCE=UCES很小。UCE的减小使C结收集电子的能力减弱，也即e区发射有余，而C极收集不足，以致IC几乎不再随IB的增大而增大，BJT失去放大作用。因为UCES最小只能接近于零，所以由可求出集电极饱和电流为①当IB固定时,UCE从零逐渐增加,IC就急剧上升,说明UCE对IC有强烈的控制作用。②当UCE固定时,IB增大,IC增加不多,出现“饱和”现象。继续增大IB,IC几乎不变,不同IB的输出特性重合在一起,IB对IC失去了控制作用,这时β值很小,甚至为零。饱和区输出特性有以下特点:

基极临界饱和电流为

当基极注入电流IB超过其临界值时，晶体管呈饱和状态。故判断管子饱和状态的方法为：若BJT的几种工作状态BJT的主要参数

1.电流放大系数1)共发射极直流电流放大系数这是指静态(无输入信号)时的电流放大系数，其定义为Ｐ143图5.282)共发射极交流电流放大系数β

这是指动态(有输入信号)时的电流放大系数，其定义为

在有的手册中，β用hfe表示。同样，β也与三极管的工作点Q有关。在图5.28中，过Q点作横轴的垂线，当IB从40μA变到60μA时，相应的IC从1.6mA变到2.35mA，可求得

2.极间反向电流

1)C、B极间反向饱和电流ICBO

这是指E极开路，C、B间加上一定的反向电压时的反向电流(如同PN结的反向电流)。其测试电路如图5.29(a)所示。

三极管极间反向电流的测量(a)测量ICBO的电路；(b)测量ICEO的电路ICBO越小，晶体管的质量越好。在室温下，小功率硅管的ICBO＜1μA，Ge管的ICBO约为几微安到几十微安。因为ICBO是由少子形成的，所以，温度升高会引起ICBO升高。

2)C、E极间反向穿透电流ICEO

这是指b极开路，C、E间加上一定的反向电压时的C极电流。其测试电路如图5.29(b)所示。由于这个电流是从C区直接穿过b区到达e区的，所以，又称穿透电流。由下面的分析可知，ICEO不是单纯的PN结的反向电流。

当C、E间加上电压+UCC后，必然使UC＞Ub＞Ue，所以，e结正偏，C结反偏，C区的少子——空穴就会漂移到b区。另外，e区的多子——电子扩散到b区后，除少部分与空穴复合，大部分到达C区，被C极收集。根据BJT的电流分配规律：

IE=IB+IC=IB+βIB=(1+β)IB

可知：

ICEO=ICBO+βICBO=(1+β)ICBO

当IB=0,即基极开路时,发射结正向运用,集电结反向运用,发射区向基区注入非平衡载流子,集电结两边有少子漂移,存在ICBO。集电区的少子空穴漂移到基区后，因基极开路只能与发射区注入的电子相复合,即发射区要向基区提供复合电流ICBO,根据电流分配关系,发射区就得同时向集电区提供βICBO电流,即发射区要向基区注入(1+β)ICBO电流。这时IC=IE=(1+β)ICBO。3.极限参数

1)集电极最大允许电流ICM

当iC超过一定值时，BJT的参数会发生变化，特别是β将下降。ICM是指BJT的参数变化不超过允许值时，C极允许的最大电流。使用时，若iC＞ICM，管子不仅性能会下降，甚至可能会烧坏。

2)集电极最大允许耗散功率PCM

这是指C结上允许耗散的最大功率，表示如下：(5―18)2、三极管的主要极限参数1.ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iC

uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电