电子线路第二章63303课件

第二章晶体三极管

2.0引言

2.1放大模式下晶体三极管工作原理

2.2晶体三极管的其它工作模式

2.3埃伯尔斯—莫尔模型

2.4晶体三极管的伏安特性曲线

2.5晶体三极管的小信号电路模型

2.6晶体三极管电路分析方法

2.7晶体三极管应用原理引言组成：三个区：发射区、集电区、基区；三个极：发射极E、集电极C、基极B；两个结：发射结、集电结；

一、晶体管的结构及符号

是两个靠得很紧，而且是背对背的PN结。结构：晶体三极管是带正电的空穴和带负电的电子均参与导电，故又称为双极型晶体管。因为晶体管具有两个PN结，由于两个PN结的相互影响，使得晶体管对外加信号具有放大作用，这一点三极管和二极管截然不同。§2.0引言ECB集电结CB结发射结EB结集电极基极发射极集电区基区发射区PNN三个区：发射区、集电区、基区；

NPN晶体管示意图三个极：发射极E、集电极C、基极B；两个结：发射结、集电结。

§2.0引言二、晶体三极管的主要特性：

晶体三极管的主要特性与它的工作状态有关：

放大状态：定义为发射结外加正偏电压，集电结外加

反偏电压。

饱和状态：定义为发射结外加正偏电压，集电结外加

正偏电压。

截止状态：定义为发射结外加反偏电压，集电结外加

反偏电压。主要特性：正向受控作用，是实现放大器的基础。主要特性：受控开关特性，是实现开关电路的基础。§2.1放大模式下晶体管的工作原理内部载流子的传输发射区向基区注入载流子的过程电子在基区扩散和复合的过程集电结收集电子的过程电流的传输方程各极电流之间的关系式：β和ICEO的物理含义晶体管一般模型指数模型简化电路模型一、晶体管内载流子的传输过程ecbPNN晶体三极管的两个PN结是通过基区产生耦合作用，连接在一起的。以NPN型晶体三极管为例，分析晶体三极管处于放大模式下，载流子传输过程。§2.1

放大模式晶体管的工作原理（2）电子在基区扩散和复合的过程：扩散过程中又会与基区空穴复合，复合掉的空穴有外电源补充，形成基极电流IB；由于发射区向基区注入大量电子，基区电子浓度增大，于是电子不断的向集电结扩散。由此可见，IB是电子在基区与空穴复合的电流。PNN电子流IECE

BJEVBEVCBJC空穴流IEnIEpIB复合§2.1

放大模式晶体管的工作原理PNN电子流IECE

BJEVBEVCBJC空穴流IEnIEpIB复合漂移ICICBO（3）集电结收集电子的过程：集电结加较大的反偏，结电场很强，由基区扩散到集电结边缘的电子，迅速漂移越过集电结进入集电区。流子也要经集电结漂移，构成反向饱和电流ICBO。形成从外电路流进集电区的集电极电流IC；另一方面，集电结两边的少数载§2.1

放大模式晶体管的工作原理（4）运动过程的载流子电流的关系：R1PNNIECE

BVBEIBICVCBR2ICpICn2ICBOICn1ICn1

由基区非平衡少子电子在外电场作用下形成的漂移电子电流。ICp

由集电区中热平衡少子空穴，在外电场作用下，形成的漂移空穴电流。ICn2

由基区中热平衡少子电子，在外电场作用下，形成的漂移电子电流。集电结总的载流子电流为：

ICn1+ICp+ICn2；为满足电中性条件，必须通过外电路向集电区补充空穴，因此，外电路的电流为IC=ICn1+ICp+ICn2=ICn1+ICBO。

令

ICp+ICn2

=ICBO

。§2.1

放大模式晶体管的工作原理总结两个PN结，共同形成流入基区的载流子电流为为满足电中性条件，必须通过外电路向基区补充空穴，因此，外电路的电流为：IB的方向为基极流入。R1PNNIECE

BVBEIBICVCBR2ICpICn2ICBOICn1IEpIEnIEp+(IEn–ICn1)–(ICp+ICn2)IB=IEp+(IEn–ICn1)–(ICp+ICn2)=IEp+(IEn–ICn1)–ICBO§2.1

放大模式晶体管的工作原理综上所述可得：IE=IEn+IEp

IC=ICn1+ICp+ICn2=ICn1+ICBO

IB=IEp+(IEn–ICn1)–ICBOIC+IB=ICn1+ICBO+IEp+(IEn–ICn1)–ICBO

=IEn+IEp=IE

即IE=IC+IB

§2.1

放大模式晶体管的工作原理R1PNNIECE

BVBEIBICVCBR2ICpICn2ICBOICn1IEpIEn§2.1

放大模式晶体管的工作原理分析讨论：

（1）只有发射区中的多子自由电子通过发射结基区集电结集电区。并且ICn1的大小只受发射结的电压VBE

的控制。当VBE↑IEn

↑ICn1

↑时，ICn1

的大小几乎不受集电结反偏电压的控制。（2）其它载流子电流，只能分别产生两个结的电流，而不会转化另一个结的电流。它们对正向控制作用来说都是无用的。称为晶体三极管的寄生电流。（3）对晶体三极管来说要减小寄生电流，以保证受控载流子的传输效率，即提高放大性能。即：将IEn转化为ICn1，二、电流的传输方程双口网络V1I2I1V2电流传输方程是指晶体三极管在上述正向受控（放大）过程中各极电流之间的关系。晶体管为三端器件，作为四端网络时，必定有一个极作为输出与输入端口的公共端点，如下图所示。

§2.1

放大模式晶体管的工作原理双口网络V1I2I1V2EBCIEBIC共基极组态BEECIBIC共发射极组态BECCIBIE共集电极组态§2.1

放大模式晶体管的工作原理§2.1

放大模式晶体管的工作原理1.各极电流之间的关系式：

根据内部载流子传输过程分析可知，ICn1是由IEn转化得到的：设为转化系数（或称为转化能力）。定义：（因

IEn>>IEp，故IEn≈IE）。已知：

IC=ICn1+ICBO(共基极连接时，电流传输方程)所以：因ICn<IE，故值恒小于1，但接近于1，一般在0.98以上。通常ICBO很小，尤其是硅材料制作的硅管，一般可忽略。方程可近似为：称为共基极电流传输系数。§2.1

放大模式晶体管的工作原理将得：（共集电极连接时，电流传输方程）通常ICEO

很小，可忽略，则已知：

IE=IC+IB*

代入此式（共集电极连接时，电流传输方程）（共发射极连接时，电流传输方程）(共基极连接时，电流传输方程)电流的传输方程§2.1

放大模式晶体管的工作原理和ICEO的物理含义：2.将代入故表示晶体三极管的基极电流IB

对集电极电流IC

的控制能力。实际上表示为IB中受发射结电压控制的电流成分（IB+ICBO）对集电极正向受控电流成分（ICn1=IC–ICBO）的控制能力。通常ICBO

很小，则可忽略。的物理含义：§2.1

放大模式晶体管的工作原理由于接近于1，因此，将远大于1。例如时，表明共发射极连接时，晶体三极管具有电流放大作用。但其值有较大的离散性。§2.1

放大模式晶体管的工作原理当IB=0时，

IEp+(IEn–ICn1)=ICBO

所以

其值被放大倍，再加上集电极本身的ICBO

ICEO

远大于ICBO

，在常温下ICEO

也很小，可以忽略。R1PNNIECE

BVBEIBICVCBR2ICpICn2ICBOICn1IEpIEn三、一般模型§2.1

放大模式晶体管的工作原理指数模型电流传输方程

共B组态共E组态共C组态应该满足下列条件：晶体三极管在正向受控作用下，并且在较大电流变化范围内和保持恒值。不论采用哪种方式连接，其输出电流与输入电流之间的关系是线性的。§2.1

放大模式晶体管的工作原理实际上，控制电流IE或IB是受发射结电压VBE控制的。VBE为发射结正向偏置电压，因此，IE应该服从下面的指数关系。式中IEBS

为发射结的反向饱和电流。则相应的集电极电流IC

可近似的表示为：式中§2.1

放大模式晶体管的工作原理在工程分析时，可忽略二极管的正向导通电阻，电路又可等效为：VBEVCEICIBBβIBIC/βC共发射极连接时模型VBEVCEICIBBβIBCVBE(on)简化电路模型§2.1

放大模式晶体管的工作原理晶体三极管的参数：均为温度敏感参数。在工程分析时，可近似认为：每升高1℃增大（0.5~1）%即每升高1℃VBE(on)

减小（2~2.5）mV即

ΔVBE(on)/ΔT=-(2～2.5)mV/℃每升高10℃ICBO

增大一倍，即§2.2晶体三极管的其它工作模式放大模式截止模式饱和模式一、饱和模式当两个PN结均加正向偏置电压。晶体三极管内部载流子传输过程：

§2.2

晶体三极管的其它工作模式可分解为两个方向相反的传输过程的叠加。即正向传输和反向传输。

R1PN+NIECE

BV1IBICV2R2IRIF

正向传输§2.2

晶体三极管的其它工作模式发射结产生的正向偏置电流为IF，现将它转移到集电极，则为假设发射结正偏置，集电结零偏。R1PN+NIECE

BV1IBICR2IF

反向传输§2.2

晶体三极管的其它工作模式集电结正偏产生的反向传输电流为IR，转移到发射极的电流为假设发射结零偏置，集电结正偏置。R1PN+NIECE

BIBICV2R2IR§2.2

晶体三极管的其它工作模式R1PN+NIECE

BV1IBICV2R2IRIF与分别为共基极连接时，正向电流传输系数和反向电流传输系数。综合分析：由此可见，在饱和模式下，IE和IC将同时受到两个结正偏电压的控制作用，已不再具有放大模式下的正向受控作用。§2.2

晶体三极管的其它工作模式若VBC

IE、ICIR由于增加了IR的空穴电流成分IBIR因此，IC与IE之间或IC与IB之间均不满足放大状态下的电流传输方程。R1PN+NIECE

BV1IBICV2R2IRIF在饱和模式下，可近似的用两导通电压表示。即VBE(sat)

与VBC(sat)

称为饱和导通电压。对硅管一般取VBE(sat)≈VBE(on)=0.7VVBC(sat)≈VBC(on)=0.4V当共发射极连接时（如图）：VCE=VCB+VBE=VBE-VBC=0.7V–0.4V=0.3V当晶体三极管处于饱和状态时，其饱和压降为：VCE(sat)=0.3VBEEC+VBE

-+VCB

-+VCE

-§2.2

晶体三极管的其它工作模式饱和模式下共发射极连接时的简化电路模型（如图）：EBCVBE(on)VCE(sat)(对小功率晶体三极管而言)二、截止模式晶体三极管发射结、集电结均反偏。若忽略它们的反向饱和电流，则可近似认为晶体三极管的各极电流为零。§2.2

晶体三极管的其它工作模式截止模式下共发射极连接时的，简化电路模型（如图）：R1PN+NIECE

BV1IBICV2R2EBCIC=0IB=0§2.3

埃伯尔斯—莫尔模型埃伯尔斯——莫尔模型：是晶体三极管的通用模型，适用于各种工作模式。设晶体三极管处于饱和模式时，两个结均加正偏。由前节可知：IF

为发射结正偏电流；IR

为集电结正偏电流。它们与结电压之间均满足指数关系：将其代入右式：则可得晶体三极管的

IE

与IC。§2.3

埃伯尔斯—莫尔模型则晶体三极管的

IE

与IC可分别表示为：根据上式，画出相应的电路模型：CEBICIBIE§2.3

埃伯尔斯—莫尔模型CEBIFIBICIE§2.3

埃伯尔斯—莫尔模型EBIFIRIBCICIEEBIFIRIBCICIE图（a）§2.3

埃伯尔斯—莫尔模型

同理将代入得：令：所以同理：式中§2.3

埃伯尔斯—莫尔模型根据方程组可画出相对应的电路模型：EBIBCICIE图（b)IEBOICBO§2.3

埃伯尔斯—莫尔模型虽然是在晶体三极管工作在饱和模式下推导出来的，实际上它是用于各种工作模式下的通用模型。例如发射极正偏，集电结反偏。晶体三极管处在放大模式：选用（b）图模型当集电结反偏时，通过的电流为反向饱和电流ICBO，其值很小，可以忽略。即此式为共基极连接时电流传输方程。埃伯尔斯——莫尔模型应用EBIBCICIE图（b）IEBOICBO§2.3

埃伯尔斯—莫尔模型选用（a）图模型当发射结正偏、集电结反偏时IR=-ICBS，其值很小可忽略。即：EBIFIRIBCICIE图（a）当两个结均加反偏时：晶体三极管则有：IR=-ICBS，IF=-IEBS。工作在截止模式。所以由于ICBS与IEBS均很小可忽略。故IC=0、IE=0，因而IB=0。§2.4晶体三极管的伏安特性引言输出特性曲线族极限参数输入特性曲线族§2.4

晶体三极管的伏安特性晶体三极管的理想伏安特性曲线，可以根据埃伯尔斯——莫尔方程直接画出来。理想伏安特性曲线：是不考虑中性区所固有的体电阻、制造工艺上的离散性以及其它的寄生影响等因素。如果考虑到这些影响，则实际的伏安特性曲线将偏离理想伏安特性曲线。一般都采用实验方法逐点描绘出来或用晶体三极管测试仪直接侧得。ECIEBIC共基极组态+VCB

-+VBE

-BECIBIE共集电极组+VEC

-+VBC

-BECIBIC共发射极组态+VCE

-+VBE

-一、引言§2.4

晶体三极管的伏安特性以共发射极为例：由电路可知：有四个变量IB、VBE、IC、VCE。输入特性曲线族输出特性曲线族或在某些应用场合下，还需要其它形式的特性曲线，这些特性曲线都可以从上述的输入和输出特性曲线转换得到。例如转移特性曲线族电流放大特性曲线族BECIBIC共发射极组态+VCE

-+VBE

-§2.4

晶体三极管的伏安特性二、输入特性曲线族实际测量得到的输入特性曲线族。0IEBO+ICBOV(BR)BEOIB/μAVCE=10VVCE=0.3VVCE=00.70.60.5VBE/V0.8§2.4

晶体三极管的伏安特性基区宽度调制效应：WBVCEWBOIBNPNWBO§2.4

晶体三极管的伏安特性三、输出特性曲线族实际测量得到的输出特性曲线族。放大区击穿区饱和区截止区IC/mAIB=-ICBO(IE=0)V(BR)CBOV(BR)CEOIC=ICBOIC=ICEOVCE/V10μAIB=040μA30μA20μA

根据外加电压大小的不同，整个曲线族可划分为四个区：放大区、截止区、饱和区、击穿区。§2.4

晶体三极管的伏安特性1、放大区：

晶体三极管工作在放大模式，即发射结正偏，集电结反偏。IC与IB之间满足直流传输方程，即特点：（1）若设为常数，当IB等量增加时，输出特性曲线也将等间隔的平行上移。由于基区宽度调制效应，当VCE增大时，基区复合减小，导致和相应的略有增大。因此，每一条以IB为参变量的曲线都随VCE

增大而略有上翘。§2.4

晶体三极管的伏安特性（2）若取VBE

为参变量，作特性曲线：IC

VBE4VBE3VBE2VBE1VCE0AVA

VA称为厄尔利电压，其值的大小可用来表示输出特性曲线的上翘程度。∣VA∣越大，上翘程度就越小。考虑厄尔应该加以修正为：利电压的影响，则§2.4

晶体三极管的伏安特性0VCEICICIC2IC12、截止区：晶体三极管工作在截止模式，即发射结反偏，集电结反偏。

工程上可规定IB=0（相应地IC=ICEO）以下的区域称为截止区。特点：（1）VCE很大，其值接近偏置电压。（2）严格的说，截止区应该是IE=0以下的区域。当IE=0时IC=ICBO，IB=-ICBO。§2.4

晶体三极管的伏安特性3、饱和区：

晶体三极管工作在饱和模式，即发射结正偏，集电结正偏。

特点：（1）VCE

很小，其值小于0.3V。（仅适合小功率管）

（2）IC

与IB之间不满足直流传输方程，并且有IC<IB

（3）在工程上，一般忽略IB的影响，并以VCE=0.3V作为放大区和饱和区的分界线

（4）由于存在着体电阻和引线电阻，电流越大，在其上产生的压降就越大，相应曲线开始饱和的VCE也就越大，因此，大功率管开始饱和的VCE大于小功率管。（5）如果VCE继续减小，并且延伸到负值方向，IC变为负值，晶体三极管便进入反向工作区。§2.4

晶体三极管的伏安特性反向工作区放大区

0VCE

IC

§2.4

晶体三极管的伏安特性4、击穿区：随着VCE增大，加在集电结上反偏电压VCB相应增大，当VCE增大到一定值时，集电结发生反向击穿，使电流IC剧增。特点：（1）集电结是轻掺杂的，产生的反向击穿主要是雪崩击穿，击穿电压较大。（2）在基区宽度很小的三极管中，会发生特有的穿通击穿。即VCE增大，VCB相应增大，导致集电结宽度增宽，直到集电结与发射结相遇，基区消失。（3）集电极反向击穿电压随IB增大而减小（碰撞机会增加）。当IE=0，即IC=ICBO，IB=-ICBO时，击穿电压最大用V(BR)CBO表示。

V(BR)CBO>V(BR)CEO

当基极开路，即IB=0，IC=ICBO时，击穿电压为V(BR)CEO。§2.4

晶体三极管的伏安特性四、极限参数PCMVCE0V(BR)CEOICMIC安全区ICM最大允许集电极电流。V(BR)CEO集电极反向击穿电压。PCM最大允许集电极耗散功率。§2.5晶体三极管的小信号电路小信号电路模型小信号电路模型导出h参数的物理意义输入电阻rbe的计算§2.5

晶体三极管的小信号电路当叠加在Q点上的各交流量足够小时，它们之间的关系可近似用线性函数描述，则相应等效的线性电路，就是晶体三极管的小信号电路模型。设在晶体三极管各极直流电压和电流上叠加一增量电压和电流（即交流量）。以共发射极组态为例：根据电路图有iB=IBQ+ib，vBE=VBEQ+vbe

iC=ICQ+ic，vCE=VCEQ+vce

其中IBQ、ICQ、VBEQ、VCEQ为直流分量，是由直流静态工作点Q点所确定的电压和电流。iBiCVBEVBBR

VCCVCEvs小信号电路模型§2.5

晶体三极管的小信号电路注意：大写字母、大写下标，表示直流量。例如IB、VBE等，如增加下标Q，是用来限定Q点上的直流量，小写字母、小写下标，表示交流量。例如ib、vbe等。小写字母、大写下标，表示总瞬时量。例如iB、vBE等。如IBQ、VBEQ等。为了避免符号混淆，应服从下面约定。§2.5

晶体三极管的小信号电路晶体三极管可等效为二端网络.iBvBEvCEiC双口网络晶体三极管的小信号电路模型，可以通过数学分析逐步推导出：对四个变量iB、iC、vBE、vCE可以用其中的两个如取iB与vCE作为自变量，则输入回路的非线性函数输出回路的非线性函数变量作为自变量，另外两个变量作为自变量的非线性函数。小信号电路模型导出§2.5

晶体三极管的小信号电路用幂级数在Q点上对交流量展开，得高阶项高阶项其中§2.5

晶体三极管的小信号电路高阶项若交流量很小，则高阶项可以忽略。高阶项所以令：上述方程可写为：输入回路输出回路

§2.5

晶体三极管的小信号电路计算当令vce=0时，则有vbe=h11ib

故输出端交流短路时的输入电阻用rbe表示，即h11=rbe（单位：欧姆）当令ib=0时则有vbe=h12vce

故输入端交流开路时的反向电压

传输系数其值很小可忽略，无量纲。§2.5

晶体三极管的小信号电路当令vce=0时则有ic=h21

ib

故输出端交流短路时的正向电流传输系数h21通常用β表示，无量纲。当令ib=0时则有ic=h22vce

故输入端交流开路时的输出电导（单位，西门子）1/h22=rce§2.5

晶体三极管的小信号电路由输入回路和输出回路方程，可画出晶体三极管的小信号电路模型。输入回路得：输出回路得：

ibvbeβibrbeh12vceBECvceicβibrceEibBCTEvbevceic如图为共E接法双口网络。§2.5

晶体三极管的小信号电路将两电路组合成为晶体三极管的小信号电路模型：ib共发射极小信号电路模型vbevceicβibrbeh12vcerceibvbeβibrbeh12vceBECvceicβibrceEibB共发射极接法双口网络CTEvbevceic§2.5

晶体三极管的小信号电路晶体三极管输入与输出回路电流变量与电压变量之间的关系：ib共发射极小信号电路模型vbevceicβibrbeh12vcerceibB共发射极接法双口网络CTEvbevceic§2.5

晶体三极管的小信号电路

由网络参数的定义，指出四个参数（h11h12h21h22）和晶体管特性曲线之间的关系及其物理意义。ΔvBE0

VBEQΔiBQvBEIBQiB当vCE为固定值时(vCEQ)，vBE对iB的偏导，从输入特性看就是在某条曲线上(vCE=vCEQ)Q处曲线斜率的倒数。曲线较平直的部分有：所以用Q点附近的来近似这点的导数是可以得。由图可知，Q点越高，则h11越小。

h参数的物理意义§2.5

晶体三极管的小信号电路ΔvBEΔvCEvBEVBEQQIBQiB0当iB为固定值时，vCE对vBE的影响的大小。

§2.5

晶体三极管的小信号电路0ΔiBΔiCvCEiCVCEQICQ

Q当vCE为固定值时(vCEQ)，iB对iC的影响。反映了晶体管对电流的放大能力。从图中可知，Q点附近曲线间距越大，则h21越大，反之越小。

当iB为固定值时，vCE对iC的影响的。从图中可知，输出特性越倾斜，h22越大。h22是Q点切线的斜率。

§2.5

晶体三极管的小信号电路

输入电阻，其反映了输出电压vCE不变时，输入电压vBE对输入电流iB的影响程度。

反向电压传输系数，其反映了iB不变时输出电压vCE对输入电压vBE的影响程度。

正向电流传输系数，其反映了晶体管对电流的放大能力。

输出电导，其反映了iB不变时输出电压vCE对输出电流iC的影响程度。§2.5

晶体三极管的小信号电路在实际应用中h12很小，而h22对与它相并联的负载来说很大。因此，它们在电路中可以忽略，因此电路可简化。ib共发射极小信号电路模型vbevceicβibrbeh12vcerceib简化电路模型vbevceicβibrbe简化§2.5

晶体三极管的小信号电路BCENPrcNrbb’reB’晶体管的内部电阻在低频运用中，rbb’约为200Ω（h21通常用β表示）

晶体管输入电阻rbe的计算B+Eicrbb’reB’晶体管的输入回路vbe-ibie§2.5

晶体三极管的小信号电路求值，先求iE。由PN结的伏安特性可得：

（∵vBE>0.1V，∴

）对上式微分：∵在静态时，iE=IE，VT=26mV；∴

B+Eicrbb’reB’

晶体管的输入回路vbe-ibie§2.5

晶体三极管的小信号电路若取vBE、vCE为自变量，则有输入回路的非线性函数则有输出回路的非线性函数用幂级数在Q点上对交流量展开，得：高阶项高阶项其中§2.5

晶体三极管的小信号电路所以:高阶项

高阶项

若交流量很小，则高阶项可以忽略。故有：§2.5

晶体三极管的小信号电路令：则上述方程为：输入回路输出回路根据电路方程画出等效电路：输入回路ibgbcvcevbeBEgbe输出回路vceicCE1/gcegmvbe§2.5

晶体三极管的小信号电路将两电路组合成为，晶体三极管的小信号电路模型：EvceicgmvbeCibgbcvcevbeBE1/gbe1/gceibgbcvcevbeBEgbevceicCE1/gcegmvbe§2.5

晶体三极管的小信号电路计算gbe、gbc、gm、gce等参数：令所以gm表示正向受控作用的增量电导，称为晶体三极管的互导或跨导。令称为晶体三极管的输入电阻。§2.5

晶体三极管的小信号电路式中α和β分别称为共基极交流电流传输系数和共发射极交流电流放大系数。由于iC与iE、iC与iB之间均为线性关系。即因而今后不再在符号上加以区别，一律用α和β书写。计算re：所以§2.5

晶体三极管的小信号电路由基区宽度调制效应引入的两个小信号参数：式中为集电极在Q点上的电流。一般情况下VCEQ<<|VA|，因此有

rce一般在105Ω——106Ω范围内，若与它并联的外电路电阻小于104Ω，则rce可以忽略。§2.5

晶体三极管的小信号电路

gbc=1/rbc称为反馈电导，表示输出交流电压vce对输入交流电流ib的反作用。gbc远小于gce，在工程分析时，一般均忽略不计。因此，晶体三极管的小信号电路模型可简化为：EvceicgmvbeCibrbevbeBE§2.5

晶体三极管的小信号电路若考虑rce的影响时，等效电路为：EvceicgmvbeCibrbevbeBErce若考虑基区串联电阻rbb'

的影响时，等效电路为：

在IEQ过大时，rb'e过小，rbb'的影响显著。Evceicgmvb'eCibrb'evbeBErcevb'erbb'b'§2.5

晶体三极管的小信号电路当晶体三极管在高频工作时，还必须考虑结电容的影响，则等效电路为：Evcegmvb'eCrceicibrb'evbeBEvb'erbb'Cb'cb'Cb'e混合π型小信号电路模型§2.5

晶体三极管的小信号电路将上述的两种简化等效电路进行比较；vbe

rbe

ib

BEECvceicβibEvceicgmvbeCibrbevbeBE得故§2.5

晶体三极管的小信号电路总结：（1）对于四端网络，选择不同的自变量，还可以形成其它形式的电路模型。但它们都是等价的，可以进行转换。（2）除了共发射极连接型式外，还可以连接成共集电极与共基极的电路模型。（3）小信号电路模型，是用来描述叠加在直流分量上的各交流分量之间的依存关系，与直流的极性或电流流向无关。（4）无论哪种类型的晶体三极管，它们的小信号电路模型是一样的。§2.6晶体三极管电路分析法图解分析法工程近似分析法小信号等效电路分析法一、图解法§2.6

晶体三极管电路分析法用作图的方法定量的分析放大器的基本性能称为放大器的图解分析法。

重要特点：交流和直流共存于电路之中。

放大器的图解分析法：1、先找出直流分量（确定静态工作点）。2、确定交流分量（给出各电流、电压波形）。在分析放大电路时，应遵循“先静态，后动态”的原则，求解静态工作点时应利用直流通路，求解动态参数时应利用交流通路。两种通路切不可混淆。§2.6

晶体三极管电路分析法对放大器进行分析时，可分成直流通路和交流通路。1．直流通路和交流通路直流通路是在直流电源作用下直流电流流经的路径。交流通路是在输入信号作用下交流信号流经的路径。直流通路可确定出晶体管的静态工作点。对于直流通路：1、电容视为开路；2、电感线圈视为短路，即忽略线圈电阻；3、交流信号源视为零，但应保留其内阻。1、容量大的电容（耦合电容）视为短路；2、无内阻的直流电源（如+VCC)视为短路；

交流通路可分析电路中各交流信号的关系，并可以用公式表示出放大器的性能指标。对于交流通路：§2.6

晶体三极管电路分析法ΔVIIBRBVBEVBBVCC共发射极基本放大器RCTICVCEΔV0+ΔIB+ΔIC+ΔVCE由所给电路图画出其直流通路和交流通路。IBQRBVBEQVBBVCC直流通路RCTICQVCEQΔIBRB交流通路RCTΔIC

ΔV0ΔVI§2.6

晶体三极管电路分析法例1：单管放大电路，绘出其直流通路和交流通路。RB2RB1+VCC（a）直流通路RCTVORsRLRB2RB1+VCC共发射极放大电路RCTVOvsRsRLRB2RB1（b）交流通路TVOvsRsRCRL§2.6

晶体三极管电路分析法例2：阻容耦合放大电路，绘出其交直流通路。RB+VCC（a）直流通路RCTRBC1+VCC阻容耦合共发射极放大电路RCTVOVIRLC2RB（b）交流通路TVORCRLVI§2.6

晶体三极管电路分析法静态工作状态：没有输入信号时，放大器所处的状态，如图2.2.2所示。在未加ΔVI时，输入回路由于静态工作点对放大器的放大倍数、失真和管耗都有影响，所以，分析静态工作点的目的就在于选择合适的静态工作点，使放大器工作在较佳的状态。根据基尔霍夫定理可列方程：输入回路：VBE=VBB-IBRB

输出回路：VCE=VCC-ICRC

IBRBVBEVBBVCC

图2.2.2共发射极基本放大器RCTCICV0ΔV0VCE2．用图解法确定静态工作点（直流分析）§2.6

晶体三极管电路分析法解决VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ值的问题。晶体三极管输入、输出特性曲线已知晶体三极管的输入和输出特性曲线如图所示。0IBVBE0ICVCE通过IB、VBE、IC、VCE来确定静态工作点。§2.6

晶体三极管电路分析法输入回路方程：VBE=VBB-IBRB，

在输入特性曲线上作直线

VBE=0时，IB=VBB/RB

令：IB=0时，VBE=VBB

VBEQIBQVBBVBB/RB

vBEiB0

QVBBRBVBETVCEVBE

RC

VCCVCE负载线与输入特性曲线的交点Q即为输入回路的静态工作点。

此式代表一直线—负载线，其斜率：-1/RB。

Q点坐标VBEQ和IBQ分别为晶体管静态时的发射极电压和基极电流。

（负载线）§2.6

晶体三极管电路分析法在晶体三极管的输入特性曲线上作直线0IBVBE0IBVBEVBB0IBVBEVBB

QVBEQICQ0IBVBEVBBQ§2.6

晶体三极管电路分析法输出回路方程：VCE=VCC-ICRC

在输出特性曲线上作直线

VCE=0时，IC=VCC/RC

令：IC=0时，VCE=VCC

RCVCCVCE

负载线与IB一条输出特性曲线交点Q即为输出回的静态工作点。

此式为输出回路的负载线方程，其斜率：-1/RC。

Q点对应的坐标VCEQ和ICQ分别为晶体管静态时的集电极—发射极电压和集电极电流。（负载线）IBIB+ΔIBiCVCE(V)VCCVCC/RC

QVCEQICQIB-ΔIB§2.6

晶体三极管电路分析法0ICVCE0ICVCEVCCIB5IB4IB3IBQIB1在晶体三极管的输出特性曲线上作直线0ICVCEVCCIB5IB4IB3IBQIB10ICVCEVCCIB5IB4IB3IBQIB1VCEQICQQ§2.6

晶体三极管电路分析法3．用图解法分析动态工作情况（交流分析）在图电路的输入回路中，接入一个输入信号电压ΔVI，则有：输入回路方程为：令：ΔVIIBRBVBEVBBVCC

共发射极基本放大器RCTCICV0ΔV0+ΔIB+ΔVBE=vBE=iB§2.6

晶体三极管电路分析法输入回路方程为：令：VBEIBVBBVBB/RB

vBEiB0

QVBB+

ΔVI

VBB+

ΔVI

RBQ’在输入特性曲线上负载线。负载线与输入特性曲线交点Q’即为输入回路的静态工作点。

图中Q’点坐标VBE+

ΔVBE和IB+

ΔIB分别为晶体管加入信号电压ΔVI时后的发射极电压和基极电流。VBE+ΔVBE

IB+ΔIB

§2.6

晶体三极管电路分析法输出回路负载线方程：VCE=VCC-ICRC

iC=IC+

ΔIC

此时：vCE=VCE+

ΔVCE

基极电流由IB变为IB+

ΔIB，所以应由IB+

ΔIB即iB的输入特性曲线与输出回路负载线的交点Q’来确定其工作状态。若ΔVI负值，则输出回路的工作点将从Q点沿负载线下移。

Q’VCE+

ΔVCE

IC+

ΔIC

IBIB+ΔIBiCvCE(V)VCCVCC/RC

QVCEIC0若输入信号为一正弦电压，则同样可按上述方法进行图解分析。

§2.6

晶体三极管电路分析法作负载线输入回路图解VBB-ΔVI

VBB-ΔVI

RBVBBVBB/RB

vBEiB0

QVBB+

ΔVI

VBB+

ΔVI

RBQ1Q2VBQvi若输入信号为一正弦电压，则分析图如图所示

§2.6

晶体三极管电路分析法0IBIBQvBEVBEQQQ2Q1IBQib0vi0

VBEQ0

vBE（1）根据vi在输入特性上绘出iB的波形。由输入特性上绘出iB的波形§2.6

晶体三极管电路分析法vCEVCEQ0

iC0ICQib0ICvCEVCCIB5IB4IB3IBQIB1ICQVCEQQQ2Q1（2）根据iB的摆动范围绘出iC的vCE的波形。由输出特性上绘出iC的vCE的波形ic二、工程近似分析法解法§2.6

晶体三极管电路分析法在进行直流分析时，工程上常常采用简化电路模型的方法进行近似分析时。采用工程近似分析时，必须确定晶体三极管的工作模式，才能采用相应的电路模式，通常先假定晶体三极管工作在放大模式，而后再由分析结果，确定实际的工作模式。例1例2例3三、小信号等效电路分析法§2.6

晶体三极管电路分析法利用小信号等效电路模型分析时，必须先要对电路进行直流分析，计算出静态工作点Q上的各极直流电压和电流，对图示电路进行分析：再利用直流参数计算混合π型等效电路中的各交流参数。例如gm、rbe（或

rb`e）、rce等。而后利用小信号等效电路模型，计算各极的交流电压和电流。直流分析：令交流电源为零，即交流电压源短路（vs=0），交流电流源开路（i→∞），画直流通路：iCiBRBRC

vsTVBBVCCIBQVBEQICQ§2.6

晶体三极管电路分析法再根据ICQ或IEQ计算出gm、rbe（或rb’e）、rce得值。§2.6

晶体三极管电路分析法交流分析：再用小信号等效电路模型替代，晶体三极管T，画出相应的混合π型等效电路。(忽略rbb'

)RCRBrcerb'eβibvcevb'evicb'ibiCiBRBRC

vsTVBBVCC令直流电源为零，即直流电压源短路（VBB=0，VCC=0），画交流通路：§2.6

晶体三极管电路分析法根据电路列方程：所以各极的电压和电流为RCRBrcerb'eβibvcevb'evicb'ib§2.6

晶体三极管电路分析法例45786§2.7晶体三极管应用原理电流源放大器跨导线性电路一、电流源§2.7

晶体三极管应用原理理想电流源及伏安特性如图所示：vi=Io0iIov晶体三极管的等效电流源及伏安特性如图所示：v=vCEiBiCvCEVcc

RC负载电路vCEiBQvi0VCE(sat)二、放大器§2.7

晶体三极管应用原理

放大器的作用：将输入信号进行不失真的放大，使输出信号强度（功率、电压或电流）大于输入信号强度，并不失真的重现输入波形。图示为放大器的基本电路voVIQviTVCCRCVIQ为Q点的电压；vi为要放大的输入信号电压。

vi叠加在直流电压VIQ

上。§2.7

晶体三极管应用原理作为受控器件的控制量，控制受控电流源电流io。当vi足够小时，io将不失真的反映vi的变化，即输入端输入信号电压vi，

工作原理：

vi叠加在直流电压VIQ上，则有：voVIQviTVCCRC§2.7

晶体三极管应用原理根据上述讨论可画出晶体三极管各端电压和电流的波形图。0tvi0tVIQvI0tIOQiO0tVOQvO0tvo

波形图：§2.7

晶体三极管应用原理对放大电路中各部分功率的分析：直流电源VCC提供的功率加到RC负载上的功率§2.7

晶体三极管应用原理加到晶体管上的功率由于所以三、跨导线性电路§2.7

晶体三极管应用原理利用晶体三极管工作在放大模式下，呈现的指数律伏安特性，将N个（N为偶数）工作在放大模式下晶体三极管的发射结（或二极管）接成如图所示的闭合电路。T10(D10)vBE10vBE9vBE8vBE7vBE6vBE5vBE4vBE3vBE2vBE1T1(D1)T9(D9)T8(D8)T7(D7)T6(D6)T5(D5)T4(D4)T3(D3)T2(D2)§2.7

晶体三极管应用原理T10(D10)vBE10vBE9vBE8vBE7vBE6vBE5vBE4vBE3vBE2vBE1T1(D1)T9(D9)T8(D8)T7(D7)T6(D6)T5(D5)T4(D4)T3(D3)T2(D2)由电路可以看出：其中一半管子按顺时针方向连接，另一半管子按逆时针方向连接这种电路可以实现电流量之间线性和非线性的运算。§2.7

晶体三极管应用原理

工作原理：由电路可知，各发射结电压之和应为零。即则可认为T10(D10)vBE10vBE9vBE8vBE7vBE6vBE5vBE4vBE3vBE2vBE1T1(D1)T9(D9)T8(D8)T7(D7)T6(D6)T5(D5)T4(D4)T3(D3)T2(D2)§2.7

晶体三极管应用原理当工作在放大模式下，并且忽略基区宽度调制效应时，晶体三极管（或二极管）的伏安特性，可用指数特性表示。或则有根据对数量之和可等于各量乘积的对数：即§2.7

晶体三极管应用原理在相同工艺条件下，晶体三极管的IS与其发射结面积S成正比，因此上式可写为：令（称为发射结面积因子）在环路中，当各管的发射结面积相等时λ=1，顺时针方向各管集电极电流的乘积，恒等于逆时针方向各管集电极电流的乘积。§2.7

晶体三极管应用原理例如，图示的TL环发射结面积相同，证明：iC1T3T2T1T4IoIyIxVCCiC3iC4iC2证：已知TL环发射结面积相同，逆时针集电极电流：顺时针集电极电流：设β值足够大，根据电路有：则故得证第二章例题例1：解：确定VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ得值。TRC5.8KVBB1.7VRB100KVCC12VVBEQVBEQICQIBQ求电路中晶体三极管的各级电压和电流值，已知β=100。TRC5.8KVCC12VVBB1.7VRB100K第二章例题输入回路所以因为根据电路列方程VBB1.7VRB100K

VBE(on)IBQVBEQT

RC5.8KVCC12VVBEQICQβIBQTRC5.8KVBB1.7VRB100KVCC12VVBEQVBEQICQIBQ第二章例题输出回路所以故VBB1.7VRB100K

VBE(on)IBQVBEQT

RC5.8KVCC12VVCEQICQβIBQTRC5.8KVBB1.7VRB100KVCC12VVCEQVBEQICQIBQ第二章例题例2：解：如图所示的实用电路，试求该电路中晶体三极管的各极电压和电流值。已知β=100。VCC+12VRB1100KRC1KRB220KT电路可等效为RB1100KVCC+12VRC1KRB220KTVCC+12VBRB1100KVCC+12VRC1KRB220KTVCC+12VB第二章例题由戴维宁定理可得等效电路：RB16.67KVCC+12VRC1KTVBB+2VBVCEQVBEQRB1100KVCC+12VRC1K