03模拟电子技术第三章双极结型晶体管

1、3.1 双极晶体管的符号和结构3.2 双极晶体管的中载流子的3.3 双极晶体管的大信号模型3.4 双极晶体管的小信号模型3.5 双极晶体管的主要参数规律12010年10月12日星期二3.1 双极晶体管的符号和结构一、三极管图片22010年10月12日星期二二、结构两种类型:NPN和PNP三极:发射区集电区集电结(Jc)发射结(Je)Je,Jc两结:基区32010年10月12日星期二e(Emitter)：发射极b(Base） ：基极c(Collector)：集电极三、符号*Je箭头:PN42010年10月12日星期二3.2双极晶体管的中载流子的规律一、晶体管的工作区发射结正偏，集电结反偏，叫放大

2、区或正向有源区发射结正偏，集电结正偏，叫饱和区发射结反偏，集电结反偏，叫截止区发射结反偏，集电结正偏，叫倒置区或反向有源区52010年10月12日星期二二、电流发射复合和扩散收集忽略支流：IE =IC+IB(1)发射区(2)基区复合IB(3)集电区IEIC扩散Je正偏漂移Jc反偏62010年10月12日星期二另外还有ICBO：支流发射极开路的集电极反向电流。穿透电流ICEO：基极开路的集电极电流。72010年10月12日星期二三、组态共基极组态= a IE+ ICBOIC= (1 - a )IICBO:发射结开路时的集电极反向电流.- IIBECBO=+ IIIECB定义到达集电极的那部分IE

3、与IE之比， 叫共基极直流电流增益，以a 表示。82010年10月12日星期二共发射极组态IC = a (IC + IB ) + ICBO+ (1 + b )I= b II或CBCBOb = a= (1 + b )I式中I1 - aCEOCBO是共发射极直流电流增益。基极开路时的集电极电流叫穿透电流。IE =IC + IB且92010年10月12日星期二交流和交流a = b,b = a 1 + b1- aa a ,b bib = ie - ic = (1 - a )ieie = (1 + b )ib10ic = a ie,共基共射 ic = b ib2010年10月12日星期二3.3双极晶体管

4、的大信号模型一、晶体管的特性曲线共射接法输入特性曲线iB=f(vBE) vCE=const输出特性曲线iC=f(vCE) iB=const共射接法的电压-电流112010年10月12日星期二1输入特性曲线方程： iB=f(vBE) vCE=const曲线：如图122010年10月12日星期二2输出特性曲线方程： iC=f(vCE) iB=const曲线：发射结集电结三区偏置 特点：正偏正偏反偏正偏反偏饱和区放大区截止区反偏132010年10月12日星期二，它是以iB为参变共发射极接法的输出特性曲线量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，当vCE=0 V时，因集电极无收集作用，iC=0。当v

5、CE稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压很小，如vCE 1 VvBE=0.7 VvCB= vCE- vBE= I= b)CBIB应用：共射电压放大b iv iRc v viBCoi172010年10月12日星期二PNP型= - ISe-VBE/VtIbB = -IVVI= bIe-VBE /VtB 1 +1 +CECECSVAVA182010年10月12日星期二2截止区3饱和区192010年10月12日星期二例1：测量三极管三个电极对地电位如图试三极管的工作状态。202010年10月12日星期二饱和截止放大3.4双极晶体管的小信号模型晶体管的输入和输出特性曲线都是非线性的，但是

6、，当输入信号很小时，即在局部范围内仍可当作线性元件来处理，即用小信号模型来处理。一类是从线性四端网络理论得出的h参数等效电路和g参数等效电路；另一类是从 器件的物理结构得出的T型等效电路和等效电路。212010年10月12日星期二一、h参数等效电路（低频）1、线性四端网络= h11i1 + h12v2v1i2 = h21i1 + h22v2= v1hv2 =011输出交流短路时的输入阻抗i1= v1hi1 =012输入交流开路时的反向电压增益v2= i2hv2 =021输出交流短路时的正向电流增益i1i2h=输入交流开路时的输出导纳i1 =022v2222010年10月12日星期二2、晶体管h

7、参数的物理意义以共发射极电路为例e表示共发射极电路 i表示输入o表示输出f表示正向r表示反向= hie ,= hfe ,= hre= hoeh11h21h12h22= DVBE= DIChhDVCE =0ieDIDVCE =0feDIBB= DVBEDICh=hDIB =0reDVDIB =0oeDVCECE232010年10月12日星期二求hre求hie求hfe，hoe242010年10月12日星期二3、h参数等效电路= hieib+ hrevcevbeic = hfeib+ hoevce252010年10月12日星期二忽略hreVce再忽略rce262010年10月12日星期二hie =

8、rbe= bhfere=hrerce1=hoerce272010年10月12日星期二4、rb电阻为基区体电阻，几十几百欧姆共射组态282010年10月12日星期二rbe = rbb + rberbe，即re折合到基极回路的电阻= r + (1 + b )rbe= DVBEr发射结的交流电阻eDIE+ I= 1 + 1 II= Ib eVBE/Vt由ECBSDVBEDI= I得EEVt= Vt= 26mVreIIEE292010年10月12日星期二 = IVVI= bIB 1 +1 +eVBE/VtCECECSVAVA= DVCE= VA + VCE VArceDIIICCC302010年10月

9、12日星期二二、型等效电路（高频）（1）物理模型1、型等效电路三极管的物理结构。rbb-基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点。re- 发射结电阻rbe- re归算到基极回路的电阻-发射结电容，也用Cp这一符号Cberbc -集电结电阻双极型三极管Cbc -集电结电容，也用Cm这一符号物理模型312010年10月12日星期二（2）型微变等效电路型小信号模型电路图简化：忽略rbc 、 rce322010年10月12日星期二（3）单向化据定理ZZZ=, Z121- 111- KKK = V2=Vc; Z =,V1VbjwCbc11Z=, Z =1jwCjwC2mK = V cR= -g1= (1-

10、 K)Cbc= (1+ gm RL )CbcCm= (1- CbcCmK)CbcmLVbR = r/ ZLce2 可进一步简化：Cp=Cbe+ Cm332010年10月12日星期二（4）参数计算rbe = rbb + rbe据26mV= r + (1+ b)bI(mA)E26mVr= (1+ b)得beI(mA)低频E= rbe- rberbb时：= V& beV&= b&I&Ig据mbebbrbeb= IE (mA) 38.5Ig=(mS)得mCr26mVbegm=另 Cf 是三极管的特征频率beT2pfT342010年10月12日星期二2、晶体管的高频特性或hfe是在输出短路时定义的。将型

11、等效电路输出短路，即b& = I&cV&ce =0I&b- jwCm vbe= gmvbeib1rr = i= i b evjw (C)(+ C )rb ebb ebw C+ C1+ jmmb eb eb e352010年10月12日星期二b0gmrbe-1 b& f=j ( f ) = -tg1 + jw r(C+ C f )1 +jbe= g1bcfbefbb= bbrw=00m bef=为的截止频率b2p r+ C(C)bebcbefT为特征频率，即(f)下降到1时的频率。fT= b0 fb= b ( f ) f362010年10月12日星期二3.5双极晶体管的主要参数直流参数交流参数极

12、限参数分为三大类:一、直流参数1、电流放大系数共射 IC / IB |VCE=constb共基 IC/IE VCB=consta = IC/IE= b IB/(1+ b )IB= b /(1+b )，或/(1- a )b = a372010年10月12日星期二2、极间反向饱和电流（温度性）ICBO (Open)ICEO（穿透电流）：ICEO=（1+ b ）ICBO382010年10月12日星期二二、交流参数1、交流电流放大系数b=DIC/DIBVCE=const=DIC/DIE VCB=const共射共基当ICBO和ICEO很小时，a a ，bb2、特征频率fT当b 下降到1时所对应的频率39

13、2010年10月12日星期二三、极限参数1、ICMIC上升时b会下降， b下降到线性放大区b值的70时所的电流。2、PCM超过此值会使管子性能变坏或烧毁。PCM= ICVCBICVCE402010年10月12日星期二3、反向击穿电压（V(BR)XXO）V(BR)CBO发射极开路时的 集电结击穿电压。BR(Breakdown）V(BR) EBOV(BR)CEO：V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO412010年10月12日星期二由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定三区：422010年10月12日星期二四、半导体三极管的型号对半导体三极管名如下:3D G 11

14、0B用字母表示同一型号中的不同规格用数字表示同种器件型号的序号用字母表示器件的种类用字母表示材料三极管第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管2010年10月12日星期二43注：*为 fb442010年10月12日星期二参 数型 号PCMmWI CMmAVRCBOVVRCEOVVREBOVI C BOAfTMHz3AX31D12512520126* 83BX31C12512540246* 83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5W5A30025042mA3DK100B1003025150.13003DKG23250W30A4003258五、应用1、作放大器；2、作开关；3、作阻抗匹配；4、作电压转换；5、作门电路；452010年10月12日星期二本章小结BJT是由两个PN结的。工作时，有两种载流子参与导