晶体管的结构、电流分配及电流放大作用

1.晶体管的结构

（1）结构组成 晶体管是由两个PN结组成。它可分为三个区：发射区、基区、集电区。晶体管有两种PNP和NPN两种类型，如图7-16所示。

图7-16 晶体管的类型及符号

a）类型 b）符号

（2）结构特点

①发射区掺杂浓度大。

②基区很薄（几微米几十微米）掺杂质少。

③集电结面积大。

2.晶体管中的电流分配

晶体管中载流子的运动规律，如图7-17所示。

①发射结正向偏置导通后，发射区向基区发射电子，电子扩散运动形成I_E。

②电子在基区中不断扩散与复合。由于基区很薄，电子很快扩散到集电结边缘。又由于基区掺杂浓度（空穴）小，很少一部分电子与空穴复合，复合掉的空穴由E_B再提供，便形成了I_B。

③电子不断被集电极所收集。由于集电结反偏，漂移运动占主导地位，集电结附近的电子可顺利通过集电区，这样就形成了I_C。

图7-17 载流子的运动规律

④电子运动规律。当基极和发射极之间加正向偏置电压时，内电场被削弱，相当于PN结变窄，所以发射区的电子因浓度高很容易扩散到基区，形成发射极电流I_E，同时由于集电结反偏，内电场加强，相当于PN结变宽，所以集电结附近的电子则在集电极外加电场的作用下，很容易到达集电区，形成集电极电流。同时基区在正向电源的作用下电子和空穴不断发生复合，形成基极电流I_B。三种电流的分配关系为

I_E=I_C+I_B （7-13）假设发射极提供了50个电子，基极有1个空穴与其中1个电子发生复合，则集电极将收集49个电子，这种分配关系是不变的。这就是电流的放大作用，令I_C/I_B=h_FE，h_FE是晶体管的直流电流放大倍数。

图7-18 晶体管的电流分配

3.晶体管中的电流放大作用

将一个NPN型晶体管按图7-18进行连接，则此电路存在两个回路，回路1为基极回路，回路2为集电极回路，两回路均经过发射极，因此被称为共发射极放大电路。

在电路中改变R_B，基极回路的电流I_B发生改变，则集电极电流I_C也产生了相应的变化，将变化的电流测量，列入表7-1中，在表中反映出，I_B的变化（调整R_B），I_C、I_E发生了相应的变化。

表7-1 I_B、I_C、I_E之间的电流关系

从表中可看出：发射极电流I_E=I_C+I_B，基极电流由0.02mA变化到0.10mA，变化量ΔI_B=0.10mA-0.02mA=0.08mA，集电极电流变化量ΔI_C=4.90mA-0.98mA=3.92mA，可以看出，基极电流较小的变化，可引起集电极电流较大的变化。这即为放大作用，电流分配关系如下：

（1）电流分配关系I_E=I_C+IB

（2）直流放大倍数

（3）交流放大倍数

注意：在实际使用中，各晶体管的放大倍数是不同的。(www.xing528.com)

（4）三种接法即共发射极接法、共基极接法、共集电极接法，如图7-19所示。

图7-19 晶体管的接法

a）共发射极 b）共基极 c）共集电极

（5）三种工作状态

①放大状态：发射结正偏，集电结反偏。用于模拟放大电路。

②饱和状态：发射结和集电结均正偏。用于开关电路（数字电路）导通状态。

③截止状态：发射结和集电结均反偏。用于开关电路（数字电路）阻断状态。

4.特性曲线及主要参数

（1）输入特性曲线 晶体管按照图7-20所示电路进行连接，输入特性是测量U_BE与I_B之间的关系。U_CE不变时，调整R_B，测量U_BE、I_B，得到输入特性曲线。从输入特性曲线可以看出，U_BE小于0.5V时I_B为0，当U_BE达到0.5～0.7V时基极与发射极之间导通，有了基极电流I_B。若U_BE发生变化，则基极电流I_B也产生相应的变化，即基极电流的大小（在一定的范围内）是随U_BE的变化而变化的。这就是晶体管的输入特性。它反映了晶体管的U_BE与I_B之间的对应关系，如图7-21所示。

图7-20 晶体管特性测试电路

图7-21 晶体管的输入特性

（2）输出特性曲线 晶体管按照图7-20所示电路进行连接，输出特性是测量U_CE与I_C之间的关系，I_B保持为一定值。U_CE与I_C的对应关系如图7-22a所示。

由图7-22a中可以看出，当I_B为30μA时I_C约为3mA，U_CE的变化对I_C基本没有影响。

图7-22 晶体管输出特性

a）特性曲线 b）放大作用

当I_B为50μA时I_C约为5mA，U_CE的变化对I_C基本没有影响。

当I_B为70μA时I_C约为7mA，U_CE的变化对I_C基本没有影响。

这就说明I_C的变化是随着I_B的变化而变化，I_C/I_B=h_FE即直流放大倍数，h_FE≈β。

从输出特性曲线上可以看出，在输入电流变化（即ΔI_B发生变化）时，将导致集电极电流发生变化ΔI_C。如图7-22b所示，基极电流在10～90μA间放生变化，引起集电极在1～9mA之间发生变化。这就是说，基极电流的微小变化使集电极电流产生较大的变化，若基极电流按正弦规律变化，集电极电流也将按照正弦规律做较大的变化。这就是所谓的电流放大作用。

图7-23 晶体管共发射极放大电路

5.单管放大电路

图7-23所示为共发射极放大电路。接入电源E_C，R_B提供基极电流I_B；R_C提供集电极电流I_C。I_B、I_C为静态工作电流。

正弦交流信号电压u_i经过C₁从基极输入，在进入基极后，与基极原静态电压U_BE（0.5～0.7V）叠加，使U_BE出现相应的变动的电压，即u_be，U_BE的变动（由输入特性曲线）引起I_B的变动，I_B的变动经放大后I_C有了较大（I_C=βI_B）的变化，由于I_C经电阻R_C提供的，流过R_C的电流发生了变化，则U_CE=E_C-I_CR_C也产生了较大的变化（各点电压的变化如图7-24所示），经过电容C₂将U_CE变化电压的交流成分u_o送到了负载电阻R_L两端。U_o/U_i即为电压放大倍数A_u。

图7-24 共发射极放大电路电流与电压波形