模拟电路基础 晶体三极管

1、1-4 1-4 晶体三极管晶体三极管（Bipolar Junction Transistors,BJT） 简介： 1. 三极管的历史 2. 电路符号、结构剖面图、结构原理图 NPN E(emitter) C(collector) B(base) PNPB C E 小功率型小功率型 中功率型中功率型 大功率型大功率型 集电区集电区 集电结集电结 基区基区 发射结发射结 发射区发射区 N N+ 集电极集电极C 基极基极B 发射极发射极E P E C B 符号符号 结构特点结构特点 ： 1.1.发射区重掺杂发射区重掺杂 2.2.基区做的很薄基区做的很薄 3.3.集电区收集面积大集电区收集面积大 集电

2、区集电区 EB C 发射区发射区 基区基区 平面型晶平面型晶 体管的结体管的结 构示意图构示意图 集电区集电区 集电结集电结 基区基区 发射结发射结 发射区发射区 C B E N 集电极集电极C 发射极发射极E 基极基极B NP P+ N E B C N区(重)N区（轻）P 区（中） 1-4-1 1-4-1 晶体三极管的工作原理晶体三极管的工作原理 IE IC IB IEP 工作在工作在放大区放大区的晶体三极管：的晶体三极管：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏 VBBVCC IEN ICBO IBN ICN + uo - RL ui 电流关系 ICBO is the Collecto

3、r to Base current when the emitter are left Open. CBE CBOCNC CBOEPBNB EPENE III III IIII III 1-4-1 1-4-1 晶体三极管的工作原理晶体三极管的工作原理 共基极放大电路的电流分配关系 什么是共*极？即以*为输入输出的参考点。 发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。 基极是两个回路的公共端，称这种接法为基极是两个回路的公共端，称这种接法为共基极共基极 接法。接法。 C I E I Re Rc VEE VCC 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系

4、数 E C E CBOC E CN I I I II I I 1-4-1 1-4-1 晶体三极管的工作原理晶体三极管的工作原理 C I E I Re Rc VEE VCC B I C I uo 晶体管的晶体管的共射极共射极接法接法 EBC VBB VCCRC RB IC IE IB VCCVBB 定义定义 C B I I (1) CCNCBOECBO IIIII CEOB BCE )1(II III B I C I VCCVBB 各电极电流之间的关系各电极电流之间的关系 1 (2) ECB III () CBCCBO IIII (1) CBCBO III 1 11 CBCBO III (1)

5、CBCBO III CEOBC III ICEO称为穿透电流称为穿透电流 1 1 或或 的关系的关系 0.95 0.995 20020 一般情况一般情况 与 EBC VBB VCCRC RB IC IE IB 当输入回路电压当输入回路电压 U UBE BE变化 变化 U BE =UBE+ +UBE 那么那么 I B =IB+ +IB I C =IC+ +IC I E =IE+ +IE 定义定义 E C I I B C I I 为共为共基基极交流电流放大系数极交流电流放大系数 为共为共射射极交流电流放大系数极交流电流放大系数 T VBB VCC iB uBE _ uCE iC + RB RC u

6、i + _ + _ iE 放大原理放大原理 uBE = ube + UBE iB = ib + IB iC = ic + IC uCE = uce + UCE uce = icRC 其中其中 UCE = VCC ICRC 1-4-2 1-4-2 晶体三极管的伏安特性曲线晶体三极管的伏安特性曲线 IC mA A VVVCEVBE IB EC EB 测试共射测试共射BJT特性曲线的电路：特性曲线的电路： 共射输入特性曲线族共射输入特性曲线族 1-4-2 1-4-2 晶体三极管的伏安特性曲线晶体三极管的伏安特性曲线 输入特性输入特性: : UCE 1V IB( A) VBE(V) 20 40 60

7、80 0.40.8 UCE=0V UCE =0.5V 死区电压，死区电压， 硅管硅管0.5V0.5V， 锗管锗管0.2V0.2V。 IC(mA ) 1 2 3 4 VCE(V) 36912 IB=0 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A IB=0, IC=ICEO, 称为截止区。称为截止区。 1. 截止区截止区 集电结反偏集电结反偏 发射结反偏发射结反偏 二、共射输出特性曲线 三极管输出特性上的三个工作区三极管输出特性上的三个工作区 IC / mA UCE /V 0 IB= 0 A 20A 40 A 截止区截止区 饱和区饱和区 60 A 80 A UB=UC 2. 饱和区饱和区

8、集电结正偏集电结正偏 发射结正偏发射结正偏 IC(mA ) 1 2 3 4 VCE(V) 36 9 12 IB=0 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 此区域满足此区域满足 IC IB称为线称为线 性区（放大性区（放大 区）。区）。 3. 放大区放大区 当当VCE大于一定大于一定 的数值时，的数值时，IC主主 要与要与IB有关，有关， IC IB。 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最 高反向电压即为反向击穿电压。高反向电压即为反向击穿电压。 UCBO是发射极开路时集电极

9、是发射极开路时集电极-基极间的反向击穿电压，是基极间的反向击穿电压，是 集电结所允许加的最高反向电压。一般为几十到上千伏。集电结所允许加的最高反向电压。一般为几十到上千伏。 UCEO是基极开路时集电极是基极开路时集电极-射极间的反向击穿电压，此射极间的反向击穿电压，此 时集电结承受的反向电压。一般为几十到上千伏。时集电结承受的反向电压。一般为几十到上千伏。 UEBO是集电极开路时发射极是集电极开路时发射极-基极间的反向击穿电压，基极间的反向击穿电压， 是发射结所允许加的最高反向电压。一般为一伏以下到是发射结所允许加的最高反向电压。一般为一伏以下到 几伏。几伏。 共发射极直流电流放大系数共发射极

10、直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const 共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 = IC/ IB vCE=const 60A 0 20A 1.5 2.3 在输出特性上求在输出特性上求 , = IC IB = 2.31.5(mA) 60 40(A) = 40 设设UCE=6V, IB由由40A加为加为60A 。 IC / mA UCE /V IB =40A 6 = IC IB = 1.5mA 40A = 37.5 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = IC

11、/ IE VCB=const 当当ICBO和和ICEO很小时，很小时， 、 ，可以不加区分。，可以不加区分。 基区宽度调制效应（基区宽度调制效应（厄尔利厄尔利效应）：效应）： vCE变化引起集电结反偏电压变变化引起集电结反偏电压变 化，导致集电结宽度变化，引起基化，导致集电结宽度变化，引起基 区有效宽度变化，导致基区的复合区有效宽度变化，导致基区的复合 电流变化，引起集电极电流变化。电流变化，引起集电极电流变化。 考虑基区宽度调制效应后的集电极电流方程：考虑基区宽度调制效应后的集电极电流方程： )1 (exp A CE T BE SC V v V v Ii 式中：式中：VA 表示表示厄尔利电压

12、厄尔利电压，典型值为：，典型值为：100V 式中：式中：VA 表示表示厄尔利电压厄尔利电压，典型值为：，典型值为：100V 一、一、 极限参数极限参数 1. 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM 2. 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗 PCM 集电结允许的集电结允许的最大耗散功率最大耗散功率 3. 反向击穿电压反向击穿电压 V(BR) V(BR)EBO: 集电极开路，发射结反偏时较低电压可击穿；集电极开路，发射结反偏时较低电压可击穿； V(BR)CEO: 基极开路，集电极发射极反向击穿电压。一基极开路，集电极发射极反向击穿电压。一 般为几十伏。般为几十伏。 1-4-3 1-4-3

13、三极管的参数三极管的参数 m m 3 2 C iCM I 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管， 所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为： PC =ICVCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。 有限制。 PC PCM IC VCE ICVCE=PCM ICM V(BR)CEO 安全工作区安全工作区 1 1 极间反向电流极间反向电流 CBOCEO II)1 ( 式中：式中：ICEO 表示基极开路，集电极发射极反向饱和电流；表示基极开路，集电极发射极反向饱和电流； ICBO 表示发射极开路，集电极基极反向饱和电流。表示发射极开路，集电极基极反向饱和电流。 1-

14、4-3 1-4-3 三极管的参数三极管的参数 一、温度对一、温度对I ICBO CBO影响 影响 对于硅管和锗管，可近似认为：每温对于硅管和锗管，可近似认为：每温 升升1010o oC C， I ICBO CBO增大一倍 增大一倍 10 )( 12 12 2)()( TT CBOCBO TITI 1-4-4 1-4-4 三极管的温度特性三极管的温度特性 二、温度对发射结正向偏压二、温度对发射结正向偏压 的影响的影响 正偏发射结，若保持正向电流正偏发射结，若保持正向电流 不变，则正不变，则正 偏电压应减小偏电压应减小2-2.5mv 三、温度对三、温度对 的影响的影响 即每温升即每温升1oC，晶体管的，晶体管的 值增加自身的值增加自身的 E i BE u C dT d o /)%15.0( )%15 . 0( 1-4-4 1-4