单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 晶体三极管,2.1 放大模式下晶体极管的工作原理,2.2 晶体三极管的其它工作模式,2.3 晶体三极管的伏安特性曲线,2.4 晶体三极管的小信号电路模型,2.5 晶体三极管的电路分析方法,2.6 晶体三极管应用原理,半导体三极管,半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型晶体管Bipolar Junction Transistor,简称BJT。,BJT是由两个PN结组成的。,11/18/2024,BJT,的结构,NPN型,PNP型,符号:,三极管的结构特点:,1发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。,2基区要制造得很薄且浓度很低。,-,-,N,N,P,发射区,集电区,基区,发射结,集电结,e,c,b,发射极,集电极,基极,-,-,P,P,N,发射区,集电区,基区,发射结,集电结,e,c,b,发射极,集电极,基极,2.1 放大模式下BJT的工作原理NPN管,三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。,假设在放大工作状态：,发射结正偏：,+,U,CE,U,BE,U,CB,集电结反偏：,由V,BB,保证,由V,CC,、,V,BB,保证,U,CB,=U,CE,-U,BE,0,共发射极接法,c区,b区,e区,11/18/2024,2.1.1 BJT内部的载流子传输过程,双极型三极管在制造时，要求发射区的掺杂浓度大，基区掺杂浓度低并要制造得很薄,，,集电区掺杂浓度低，且集电结面积较大。从结构上看双极型三极管是对称的，但,发射极和集电极不能互换。,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。假设在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以 NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部载流子的运动关系，见以下图。,I,EN,I,CN,I,EP,I,CEO,I,E,I,C,I,B,I,BN,注意图中画的是载流子的运动方向，空穴流与电流方向相同；电子流与电流方向相反。为此可确定三个电极的电流,I,E,=,I,EN,+,I,EP,且,I,EN,I,EP,I,C,=I,CN,+I,CBO,I,CN,=I,EN,-,I,BN,I,B,=,I,EP,+,I,BN,-,I,CBO,由此可写出三极管三个电极的电流,I,EN,I,CN,I,EP,I,CEO,I,E,I,C,I,B,I,BN,I,E,=,I,EN,+,I,EP,且,I,EN,I,EP,I,C,=I,CN,+I,CBO,I,CN,=I,EN,-,I,BN,I,B,=,I,EP,+,I,BN,-,I,CBO,发射极电流：,I,E,=,I,EN,I,EP,且有,I,EN,I,EP,集电极电流：,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,I,CN,=,I,EN,-,I,BN,且有,I,EN,I,BN,，,I,CN,I,BN,基极电流：,I,B,=,I,EP,+,I,BN,I,CBO,所以，发射极电流又可以写成,I,E,=,I,EP,+,I,EN,=,I,EP,+,I,CN,+,I,BN,=(,I,CN,+,I,CBO,)+(,I,BN,+,I,EP,I,CBO,)=,I,C,+,I,B,动画2-1,从以上分析可知，对于NPN型三极管，集电极电流和基极电流是流入三极管，发射极电流是流出三极管，流进的电流等于流出的电流。由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区掺杂浓度低且很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。,假设两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。,2.1.2 双极型半导体三极管的电流关系,2.1.2.1 三种组态,双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，如共发射极接法，也称共发射极组态，简称共射组态，见以下图。,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示；共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。,2.1.2.2 三极管的电流放大系数,1.,共基极直流电流放大系数,电流放大系数，一般来说是指输出电流与输入电流的比。由于组态不同，三极管的输入电极和输出电极不同，所以对共基组态，输出电流是集电极电流,I,C,，输入电流是发射极电流,I,E,，二电流之比的关系可定义为：,称为共基极直流电流放大系数。它表示最后到达集电极的电子电流ICN与总发射极电流IE的比值。ICN与IE相比，因ICN中没有IEP和IBN，所以 的值小于1，但接近1。由此可得：,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,=,I,E,+,I,CBO,=(,I,C,+,I,B,)+,I,CBO,2.,共发射极直流电流放大系数,对共射组态的电流放大系数，输出电流是集电极电流,I,C,，输入电流是基极电流,I,B,，二电流之比可定义：,称为共发射极接法直流电流放大系数。于是,因 1,所以,1。,2.1.3 一般模型,指数模型,2.简化电路模型,放大状态,发射结导通压降VDON,硅管0.7V,锗管0.3V,V,D（ON）,I,B,I,C,I,B,e,c,b,V,BE,V,CE,2.2 晶体三极管的其它工作模式,2.2.1 饱和模式,饱和状态,e,c,b,V,BE(sat),V,CE(sat),饱和压降,V,BE(sat),=V,BE(ON),V,B,C(sat),=V,BC(ON),V,CE,=V,CB,V,EB,=V,BE,V,BC,故：V,CE(sat,),硅管0.3V 锗管0.1V,即，当VCE(sat)0.3V锗0.1V时，工作于放大状态,2.2.2 截止模式,截止状态,e,c,b,2.3 BJT的伏安特性曲线共发射极接法,(1)输入特性曲线,i,B,=,f,(,V,BE,),V,CE,=const,1VCE=0V时，相当于两个PN结并联。,i,(uA),+,+,+,+,i,-,V,BE,+,-,V,B,T,CE,+,C,i,0.4,0.2,(V),BE,80,40,0.8,0.6,B,V,=0V,V,CE,1V,CE,V,3VCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。,2当VCE=0.3V时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在同一VBE 电压下，iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。,死区电压,硅 0.5V,锗 0.1V,导通压降,硅 0.7V,锗 0.3V,(2)输出特性曲线,i,C,=,f,(,V,CE,),i,B,=const,现以,i,B,=60uA一条加以说明。,1当VCE=0 V时，因集电极无收集作用，iC=0。,2VCE Ic 。,3 当VCE 1V后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成iC。所以VCE再增加，iC根本保持不变。,同理，可作出,i,B,=其他值的曲线。,i,C,CE,(V),(mA),=60uA,I,B,V,=0,B,B,I,I,=20uA,B,I,=40uA,B,=80uA,I,=100uA,I,B,输出特性曲线可以分为三个区域:,饱和区,i,C,受,V,CE,显著控制的区域，该区域内,V,CE,0.7,V。,此时发射结正偏，集电结也正偏。,截止区,i,C,接近零的区域，相当,i,B,=0的曲线的下方。,此时，发射结反偏，集电结反偏。,放大区,曲线根本平行等,距。此时，发,射结正偏，集电,结反偏。,该区中有：,(V),i,C,I,B,I,B,=0,V,CE,(mA),=20uA,B,I,=40uA,B,I,=60uA,B,I,=80uA,B,I,=100uA,饱和区,放大区,截止区,3 BJT的主要参数,1.,电流放大系数,2共基极电流放大系数：,i,CE,=20uA,(mA),B,=40uA,I,C,V,=0,(V),=80uA,I,B,B,B,I,B,i,I,B,I,=100uA,C,B,I,=60uA,i,一般取20200之间,2.3,1.5,1共发射极电流放大系数：,2.极间反向电流,2集电极发射极间的穿透电流ICEO,基极开路时，集电极到发射极间的电流穿透电流。,其大小与温度有关。,1集电极基极间反向饱和电流ICBO,发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。,锗管：I CBO为微安数量级，,硅管：I CBO为纳安数量级。,+,+,I,CBO,e,c,b,I,CEO,3.极限参数,I,c,增加时，,要下降。当,值,下降到线性放大区,值的70时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流,I,CM,。,1集电极最大允许电流ICM,2集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗，,PC=ICVCE,i,(V),B,I,CE,V,I,B,C,=100uA,B,=80uA,=60uA,(mA),I,I,B,=0,B,=40uA,=20uA,B,I,I,P,CM,P,CM,3反向击穿电压,BJT有两个PN结，其反向击穿电压有以下几种：,VBREBO集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般几伏十几伏。,VBRCBO发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般为几十伏几百伏。,VBRCEO基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压。,在实际使用时，还有,VBRCER、VBRCES,等击穿电压。,-,-,(BR)CEO,V,(BR)CBO,V,(BR)EBO,V,2.,4,三极管的小信号电路模型,v,BE,v,CE,i,B,c,e,b,i,C,BJT双口网络,v,CE,=0V,v,CE,1V,1,小信号模型,v,BE,v,CE,i,B,c,e,b,i,C,BJT双口网络,小信号模型,v,BE,v,CE,i,B,c,e,b,i,C,BJT双口网络,=,I,C,/,I,B,v,CE,=const,i,c,=,i,b,小信号模型,v,BE,v,CE,i,B,c,e,b,i,C,BJT双口网络,2、小信号模型的应用本卷须知：,都是小信号参数，即微变参数或交流参数。,都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。,参,数值,与工作点有关。,3、参数确实定,一般用测试仪测出；,r,be,与,Q,点有关，可用图示仪测出。,一般也用公式估算,r,be,),(,),(,),(,mA,mV,26,1,200,EQ,be,I,r,b,+,+,W,2.,5,三极管的模型及分析方法,i,C,I,B,I,B,=0,u,CE,(V),(mA),=20uA,B,I,=40uA,B,I,=60uA,B,I,=80uA,B,I,=100uA,非线性器件,U,D,=0.7V,U,CES,=0.3V,i,B,0,i,C,0,一.BJT的模型,+,+,+,+,i,-,u,BE,+,-,u,B,CE,+,C,i,b,e,e,c,二.BJT电路的分析方法直流,1.模型分析法近似估算法,V,CC,V,BB,R,b,R,c,12V,6V,4K,150K,+,U,BE,+,U,CE,I,B,I,C,+V,CC,+V,BB,R,b,R,c,(+12V),(+6V),4K,150K,+,U,BE,+,U,CE,I,B,I,C,例：共射电路如图，三极管为硅管，=40，试求电路中的直流量IB、IC、UBE、UCE。,+V,CC,+V,BB,R,b,R,c,(+12V),(+6V),4K,150K,+,U,BE,+,U,CE,I,B,I,C,0.7V,I,B,e,c,b,I,C,+V,CC,R,c,(+12V),4K,+,U,BE,I,B,+V,BB,R,b,(+6V),150K,+,U,CE,解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。,U,BE,=0.7