模拟电子技术基础双极晶体管 P6-P7

2023-07-22 17:48 作者:北境潮鸣 0人读过 | 我要投稿

P6双极晶体管（bipolar junction transistor, BJT）的结构与放大原理

Q：为什么规定某一边是发射极，某一边是集电极？翻过来为什么不行？

A：不能，发射区和集电区的功能截然不同，结构并不一样。

三个区：

发射区是发射载流子的区域，类似载流子的弹药库和源泉的地方，他往外发射载流子，由此它的掺杂浓度是三个区里面最高的；

发射区是收集载流子的区域，因为要收集载流子，所以掺杂浓度不能过高，但是面积得大，一个仓库要能装东西，面积得大，还得是空的；

基区是一个控制区。

三个极：

发射极；基极；集电极。

两个PN结：

发射结：基区和发射区之间的PN结为发射结.

集电结：基区和集电区之间的PN结为集电结.

这个箭头的方向是发射极的导通方向，由P→N是导通的方向，我们可以通过这个箭头的方向来判断这个管子的类型，图示的就是NPN型晶体管。

1.3.2电流放大作用

1.晶体管里面的电流的现象是：

有三股电流Ib，Ic，Ie，

其中Ib是最小的，和Ic成比例，Ic是Ib的β倍；

Ie作为两只电流的混合，大小为（1+β）Ib；

描述：这个电流放大现象的放大不是凭空产生的，他一定是有外部电源支持的，他的能量一定要有出处，不是凭空产生的。

我们看到的Ic是这个控制元件控制电源得来的。

放大的真谛是：绝对不能失真。

2.条件（以基本共射放大电路为例讲解）

①我这个Rb不加行不行？为什么？

不行，根据二极管的伏安特性曲线，你没有电阻，电源电压直接就加在二极管上面，远超二极管的电压范围，二极管和电源高低得爆一个。Rb在这里作为一个限流电阻，最大的电流就是VBB/Rb.

②Vcc一定比VBB要大的，这样子集电结反偏。

三.内部载流子的运动

解释为什么Ic是Ib的β倍

1.发射结正偏你能得到什么？产生了什么后果？

发射区的电子向基区扩散形成IEN；基区里面的空穴也向发射区扩散IEP.

这两个电流相差太多了,IEN>>IEP，因为发射区的掺杂浓度远大于基区 .总电流是这两个电流相加，这俩电流是同相的。

所加的正向电压越大，载流子扩散的速度越快。

2.IEN的电子到达基区之后发生了什么？

必然继续往前扩撒，经过基区往集电结扩散，因为它浓度在那放着的。

但是扩散过来的电子对于基区来说是非平衡少子，要和我的空穴复合，如果，我说如果，我的基区宽度足够宽，那么这些非平衡少子是一定会被消耗完的，这就是为什么我们把基区设计的很薄且掺杂浓度低。

注意，这里在基区发生的复合就是为什么Ib和Ic电流成比例的原因。

在基区，“非平衡少子-电子”和基区“多子-空穴”发生了复合，对于基区来说，空穴少了。
在基区，掺杂浓度是不变的，或者简单理解为空穴的浓度保持不变
所以，会抽走发生复合对应数量的电子，产生对应数量的空穴，形成Ib。IBN实际上是被复合的那部分电子，只不过在右边复合，抽走电子后在左边重新产生了，从结果上看IBN就像是从IEN里面分流了。
当基区的结构固定的时候，复合是成比例的，即IBN和IEN是成比例的，于是，放大关系就是这么来的。前提是你扩散的速度是不变的，速度变了，被复合的比例也会变化，我们扩散的速度和浓度梯度相关，为了维持浓度梯度，集电结那边聚集的电子一定要快速被抽走。集电结反偏起的就是这个作用，保证了这个浓度梯度的正常。
在基区复合掉多少空穴，Ib电流就有多大。

四.放大系数

对于IBN来说，如果要用Ib来表示，应该在加上IEP的，但是这个电流很小，郑老师说它写的时候给省了，当然ICBO的数值也很小，最后也给省了，只剩下Ic和Ib了。

上面两个β还是有差别的，上面那个是直流放大倍数，下面那个是交流放大倍数，虽然数值有区别，但是不大，以至于教材开头做区分，后面直接不管了。

ICEO指的是穿透电流，当Ib电流为0的时候，CE之间的电流，我们称之为穿透电流，本来应该等于0，但是还是有的，虽然很小。

ICBO叫做反向电流。

除了共设放大倍数，还有共基放大倍数α，根据原理图把关系式写出来就行。

P7 BJT特性曲线共射（双极型晶体管）

我们之前不管看电阻还是二极管都是伏安特性曲线，一个曲线就能搞定，双极性晶体管一个曲线能搞定吗？不能，它有三个极，那我们就要看它的电路了，以共射电路为例，共用发射极，形成了两个回路。

一.输入特性

这个曲线族有两大特点：

1.UCE越小，这个曲线越往左移动；UCE越大，这个曲线越往右移动；当UCE大于1V之后它几乎就不动了。

原因：Ib的大小和基区有多少空穴发生复合有关，UCE增大使得电子通过集电结的数量增多，基区空穴发生复合的数量下降，表现为相同的UBE电压下，随着UCE电压的增大，Ib电流的减小。

2.UBE能够控制Ib，UBE变化，Ib变化，它的变化关系就是我的输入特性曲线。

二.输出特性

以下是个人关于输出特性的理解，这一段我实在听的不是很明白，不敢保证自己理解的是对的，建议亲自听一下郑老师的讲解：P7-BTT特性曲线共射 13：40-32：35

在画输出特性曲线的时候，UCE在不断增大，之所以能增大是因为Vcc在增大，和Rc分压后的UCE才能增大。

首先来看饱和区，一开始我不明白这个区域为什么会叫饱和区，为啥叫这个名字，谁饱和了？这个后面郑老师讲的从外部看倒确实是饱和电流，在这里饱和区指代的是它具有的性质：

1.在饱和区里面，集电结和发射极都是正偏的，整体相当于是一个闭合的开关，导通的导体，Ic和Ib没有控制关系，各自根据自己的回路计算，不存在比例关系。

2.随着UCE的增大而增大

放大区：集电结反偏，发射结正偏，Ic和Ib成比例关系。

截止区：Ib等于0，发射结没有正偏，Ic应该等于0，但是呢它截止的不是很干净，存在穿透电流ICEO，这个穿透电流越小越好，代表我截止区截止的越干净。

UCE逐渐增大的过程就是集电结收集基区非平衡少子能力逐渐增大的过程，而增大到一定数值集电结的电场已经能够将基区的绝大部分非平衡少子都收集起来了，UCE再增大，其收集能力已经不能明显提高了，但还是有提高，虽然很小很小，这就导致实际上这个输出特性不是一条平的直线，会微微上扬。

下面是从外部来看Ic和Ib的的关系：

现在的Vcc大小不变，处于放大区的前提下，双极性晶体管的Ic随着Ib的变化而发生变化，Ic变化，UCE也会发生变化：Ib增大，由于比例关系，Ic也会增大，在输出回路中Ic增大结果就是UCE的值减小，因为Vcc是不变的，只可能是Rc分压变大导致的。而Ic不会一直增大，它的上限受到UCE的制约，Ic=（Vcc-UCE）/Rc，UCE不会一直减小，减小到一定程度就会导致集电结正偏，电流达到饱和，这个时候Ic不受Ib控制，哪怕再这么增大Ib对Ic也不会有影响了。

Ib不断增大是因为Vbb在增大，这也和Vcc大小不变最终双极性晶体管却处于饱和状态的结果相匹配，毕竟Vbb在不断增大，增大到一定程度，集电结也达不到反偏的要求了。

这两段描述不一样的地方很多，我们在说输出特性的时候，是Vcc在不断增大；我们在从外部看Ic和Ib的关系的时候是Vbb在不断增大，这两段描述想让人理解的点在于“饱和区”是个什么东西，它主要就是两个特点：该区Ic会随着UCE的增大而增大；以及集电结反偏，发射结正偏导致的Ic不受Ib控制，Ic<βIb。我们再说输出特性的时候，他那个饱和区有这个特点，但是不知道为什么饱和，但是我们从外部看Ic和Ib的关系的时候，Ic饱和时也会具备这两个特点，所以饱和区指的是ic不受ib控制，ic随着UCE的增大而增大的区域。