三極體結構和放大作用

2021-03-03 23:09:52 字數 2329 閱讀 8924

三極體內部載流子的運動規律、電流分配關係和放大作用

一、三極體的三種連線方式

三極體在電路中的連線方式有三種:①共基極接法;②共發射極接法,③共集電極接法。如圖z0115所示。

共什麼極是指電路的輸入端及輸出端以這個極作為公共端。必須注意,無論那種接法,為了使三極體具有正常的電流放大作用,都必須外加大小和極性適當的電壓。即必須給發射結加正向偏置電壓,發射區才能起到向基區注入載流子的作用;必須給集電結加反向偏置電壓(一般幾~幾十伏),在集電結才能形成較強的電場,才能把發射區注入基區,並擴散到集電結邊緣的載流子拉入集電區,使集電區起到收集載流子的作用。

二、三極體內部載流子的運動規律

在發射結正偏、集電結反偏的條件下,三極體內部載流子的運動,可分為3個過程,下面以npn型三極體為例來討論(共射極接法)。

1.發射區向基區注入載流子的過程

由於發射結外加正向電壓,發射區的電子載流子源源不斷地注入基區,基區的多數載流子空穴,也要注入發射區。如圖z0116所示,二者共同形成發射極電流ie。但是,由於基區摻雜濃度比發射區小2~3個數量級,注入發射區的空穴流與注入基區的電子流相比,可略去。

2. 載流子在基區中擴散與復合的過程

由發射區注入基區的電子載流子,其濃度從發射結邊緣到集電結邊緣是逐漸遞減的,即形成了一定的濃度梯度,因而,電子便不斷地向集電結方向擴散。由於基區寬度製作得很小,且摻雜濃度也很低,從而大大地減小了復合的機會,使注入基區的95%以上的電子載流子都能到達集電結。故基區中是以擴散電流為主的,且擴散與復合的比例決定了三極體的電流放大能力。

3.集電區收集載流子的過程

集電結外加較大的反向電壓,使結內電場很強,基區中擴散到集電結邊緣的電子,受強電場的作用,迅速漂移越過集電結而進入集電區,形成集電極電流inc。另一方面,集電結兩邊的少數載流子,也要經過集電結漂移,在c,b之間形成所謂反向飽和電流icbo,不過,icbo一般很小,因而集電極電流

inc +icbo ≈ incgs0105

同時基極電流

ib = ipb +ie -icbo≈ipb - icbo    gs0106

反向飽和電流icbo與發射區無關,對放大作用無貢獻,但它是溫度的函式,是管子工作不穩定的主要因素。製造時,總是盡量設法減小它

三、三極體的電流分配關係與放大作用

1.電流分配關係

由圖z0116可知,三極體三個電極上的電流組成如下:

發射極電流ie

ie=ine+ipe ≈ine        gs0107

基極電流ib

ib = ipb + ipe - icbo ≈ipb - icbo

集電極電流ic

ic=inc +icbo≈ inc

同時由圖z0116也可看出

ine= inc +ipb        gs0108

由以上諸式可得到

ie=ic+ ibgs0109

它表明,發射極電流ie按一定比例分配為集電極電流ic和基極電流 ib 兩個部分,因而晶體三極體實質上是乙個電流分配器件。對於不同的電晶體,儘管ic與ib的比例是不同的,但上式總是成立的,所以它是三極體各極電流之間的基本關係式。

由圖z0116也可以看出,inc 代表由發射區注入基區進而擴散到集電區的電子流,ipb代表從發射區注入基區被復合後形成的電流。對於乙個特定的三極體,這二者的比例關係是確定的,通常將這個比值稱為共發射極直流電流放大係數。用表示,

即 如果忽略icbo,則

該式說明ib對ic有控制作用。

變換一下式gs0110,可寫成

令則上式可寫成:

此式表明,集電極電流由兩部分組成:一部分是,它表示ic與ib的比例關係,另一部分是

稱為穿透電流其意義將在三極體引數中介紹。

綜合共射極三極體的電流分配關係,可寫為

三極體的電流分配關係還可以用由發射區傳輸到集電區的電子流 inc與發射極總發射的電子流ie之間的比例關係來表示。將這二者的比值稱為共基極直流電流放大係數,用表示即:

由於 ic = inc+iicbo,且ic >>icbo,故:

該式說明ie對ic也有控制作用。

由上可得出共基極電流分配關係為

和都是描述三極體的同一過程,它們之間必然存在著內在聯絡。由它們各自的表示式知:

即:一般≤1 (約0.9~0.99), >>1(約20~200)。

2.三極體的放大作用

圖z0117為共射接法的三極體放大電路。待放大的輸入訊號ui接在基極迴路,負載電阻rc接在集電極迴路,rc兩端的電壓變化量uo就是輸出電壓。由於發射結電壓增加了ui(由ube 變成ube + ui)引起基極電流增加了δib,集電極電流隨之增加了δic ,δic =βδib,它在rc形成輸出電壓uo=δicrc=βδib rc 。

只要rc取值較大,便有uo >>?font size="+1">ui ,從而實現了放大。。

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