第7讲 BJT工作原理与V-I特性曲线

1、4.1 BJT4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路4.6 组合放大电路组合放大电路*4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应*4.1 半导体三极管半导体三极管BJT4.1.1 BJT的结构简介的结构简介4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理4.1.3 BJT的的VI特性曲线特性曲线4.1.4 BJT的主要参数的主要参数4.1.1 BJT的结构简介的结构简介(a) 小功率管小功率管 (b

2、) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管4.1.1 BJT结构简介结构简介1.1.三极管的构造核心三极管的构造核心：一块有两个相互联系的：一块有两个相互联系的PN结单晶；结单晶；示意图如下如下:4.1.1 BJT结构简介结构简介2.2.NPNNPN型型BECBCEvvvecb符号符号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集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNP箭头方向指示了发射结正向偏置情况下的电流的方向4.1.1 BJT结构简介结构简介3.PNP3.PNP型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集电极集电极 c发

3、射极发射极 e基极基极 bcbe符号符号NNPPNBECBCEvvvcbeebc 发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高； 集电区掺杂浓度低于发射集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；区，且面积大； 基区很薄，一般在基区很薄，一般在12微微米，且掺杂浓度最低。米，且掺杂浓度最低。结构特点：内部条件结构特点：内部条件4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理管芯结构剖面图管芯结构剖面图+外部条件：外部条件：放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程三极管内有两三极管内有两种载流子种载流子(自自由电子和空穴由电子和空穴)都参与导电，都参与导电，故称为双极

4、型故称为双极型三极管三极管BJT 。4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理IE=IB+ IC外部条件：外部条件：4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理电流分配关系电流分配关系 基极电流传输系数基极电流传输系数 ： 集电极电流放大系数集电极电流放大系数 ： ECii 1 和和 与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关。与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关。一般一般 = 0.9 0.99 ， 1（10-200）。查查器件手册或测量。器件手册或测量。BCii 是所加信号频率的函数，信号频率高到一是所加信号频率的函数，信号频率高到一定程度时，定程度时， 不但数值下降，且产生相移

5、，不但数值下降，且产生相移，使使 数值下降到数值下降到1的信号频率称为特征频率的信号频率称为特征频率fT。电流控制器件电流控制器件共基极放大电路共基极放大电路放大作用放大作用若若 vI = 20mV电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IO vvvA使使 iE = -1 mA，则则 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V，当 = 0.98 时，时，两个条件两个条件（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，大于基区杂质浓度，且基区很薄。且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，发射结正向偏置，集电

6、结反向偏置。集电结反向偏置。 综上所述，三极管的放大作用，是依靠它的发射极综上所述，三极管的放大作用，是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。IE=IB+ ICIC=IBIC=IE一组公式一组公式小结小结ecbNPNcbeNPP三极管的三种三极管的三种组态组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示；表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的

7、三种组态4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const(2) 当当vCE1V时，时， vCB= vCE - - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。(1) 当当vCE=0V时，时，相当于相当于发射结的正向伏安特性曲线。发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线输入特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）共射极连接共射极连接工作在放大状态的条件： vCE1V饱和区：饱和区：特征特征IC明显受明显

8、受VCE控制控制该区域内，该区域内， IC和和IB不服从不服从倍关系倍关系。此时此时发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。截止区：截止区：特征特征IC接近零接近零该区域相当该区域相当IB=0的曲线下方。的曲线下方。此时，此时，发射结反偏或正偏电压很小，发射结反偏或正偏电压很小，集电结反偏。集电结反偏。放大区：放大区：特征特征IC平行于平行于VCE轴轴该区域内，曲线基本平行等距。该区域内，曲线基本平行等距。此时，此时，发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。2. 2. 输出特性曲线输出特性曲线4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线iC=f(vCE) iB=constBE

9、CBCEvvv CBII CBII 0 CBII共射极连接共射极连接对于小功率管：BECETHBEvvvv ,BECETHBEvvvv ,BECETHBEvvvv ,VvCES3010. 小结小结BSCSCBBECEiiVvvv )0(测量某硅BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域。(1) VC6V VB0.7V VE0VVBE0.7V VCB5.3V 放大区域放大区域 (2) VC6V VB2V VE1.3VVBE0.7V VCB4V 放大区域放大区域 (3) VC6V VB6V VE5.4VVBE0.6V VCB0V 饱和区域饱和区域 VBE0.4V VCB2V 截止区域截

10、止区域 (4) VC6V VB4V VE3.6V(5) VC3.6V VB4V VE3.4VVBE0.6V VCB-0.4V 饱和区域饱和区域 练习：练习：P187 4.2.3NpNIE=IB+ ICBCII 恒流源共基极连接时的共基极连接时的V-I 特性曲线特性曲线1.1.电流放大系数电流放大系数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数与与iC的关系曲线的关系曲线 2. 极间反向电流极间反向电流 (1) 集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开发射极开路时，集电结的反向饱和电流。路时，集电结的反向饱和电流。 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 (2) 集电极发射极

11、间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 2. 极间反向电流极间反向电流(1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM3.3.极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数当当iC过大时，过大时，值将下降。值将下降。值下降到一定的值下降到一定的iC即为即为ICM。当工作电流当工作电流iC大于大于ICM时，时，BJT不一定会烧坏，但不一定会烧坏，但值将过小，放大能力太差值将过小，放大能力太差。4.1.4 BJT的主要参数的主要参数(2) 反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反发

12、射极开路时的集电结反 向击穿电压。（向击穿电压。（20120） V(BR) EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。（向击穿电压。（大约大约7） V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的极间的击穿电压。（击穿电压。（大约大约V(BR)CBO 的的60%）几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO3.3.极限参数极限参数(3) 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCMPC= ICVCE 3.3.极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数BJTBJT内的两个内的两个PNP

13、N结都会消耗功率，其大小分别等于流过结的结都会消耗功率，其大小分别等于流过结的电流与结上电压降的乘积。一般情况下，集电结上的电压降电流与结上电压降的乘积。一般情况下，集电结上的电压降远大于发射结上的电压降，于是：远大于发射结上的电压降，于是：为了使为了使BJT能安全工作，能安全工作，在应用中必须使它的集电在应用中必须使它的集电极工作电流小于极工作电流小于ICM，集，集电极发射极间电压小于电极发射极间电压小于V(BR)CEO,集电极耗散功率集电极耗散功率小于小于PCM。PC= ICVCE 某某BJTBJT的极限参数的极限参数ICM=100,PCM=150W, V(BR)CEO=30V,若它的工作

14、电压若它的工作电压VCE=10V, 则工作电流则工作电流IC不得超过多大？若工不得超过多大？若工作电流作电流IC= 1,则工作电压的极限值应为多少？则工作电压的极限值应为多少？ ICICMVCEV(BR)CEOPC PCM练习：练习：P186 4.1.3当当VCE=10V, 则：则：IC15当当IC=1mA, 则：则：VCE30V4.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响(1) 温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。 (2) 温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1， 值约增大值约增大0.5%1%。 (3) 温度对

15、反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。 2. 温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响1. 温度对温度对BJT参数的影响参数的影响温度升高使温度升高使IC增加增加如何判断三极管的三个电极如何判断三极管的三个电极方法一：看、读方法一：看、读如何判断三极管的三个电极如何判断三极管的三个电极方法二：数字万用表方法二：数字万用表hFE三极管档位判断类型和各个引脚，如果插入正确，显示值，否则无显示值。用指针式万用表判断基极用指针式万用表判断基极 b b 和三极管的类型和三极

16、管的类型: :将万用表欧姆挡置将万用表欧姆挡置 R R 100 100 或或RRlklk 处处, ,先假设三极管先假设三极管的某极为的某极为 基极基极,并把黑表笔接在假设的基极上并把黑表笔接在假设的基极上, ,将红表笔先后将红表笔先后接在其余两个极上接在其余两个极上, ,如果两次测得的电阻值都很小如果两次测得的电阻值都很小( (或约为几百或约为几百欧至几千欧欧至几千欧 ),),则假设的基极是正确的则假设的基极是正确的, ,且被测三极管为且被测三极管为 NPN NPN 型管；同上型管；同上, ,如果两次测得的电阻值都很大如果两次测得的电阻值都很大( ( 约为几千欧至几约为几千欧至几十千欧十千欧

17、), ), 则假设的基极是正确的则假设的基极是正确的, ,且被测三极管为且被测三极管为 PNP PNP 型管。型管。如果两次测得的电阻值是一大一小如果两次测得的电阻值是一大一小, ,则原来假设的基极是错误则原来假设的基极是错误的的, ,这时必须重新假设另一电极为这时必须重新假设另一电极为 基极基极 ，再重复上述测试。，再重复上述测试。如何判断三极管的三个电极如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量方法三：模拟万用表测量判断集电极判断集电极c c和发射极和发射极e:e:仍将指针式万用表欧姆挡置仍将指针式万用表欧姆挡置 “R R 100” 100”或或“R R 1k” 1k” 处处, ,以以NPNNPN管为例管为例, ,把黑表笔接把黑表笔接在假设的集电极在假设的集电极c c上上, ,红表笔接到假设的发射极红表笔接到假设的发射极e e上上, ,并用并用手捏住手捏住b b和和c c极极 ( ( 不能使不能使b b、c c直接接触直接接触 ), ), 通过人体通过人体 , , 相当相当b b、c c之间接入偏置电阻之间接入偏置