电子线路第二章第一节三极管课件

电子线路线性部分（第四版）新疆大学信息科学与工程学院电子系.吐尔逊许植第二章晶体三极管第二章前言第一节放大模式下晶体三极管的工作原理第二节晶体三极管的其它工作模式第三节埃伯尔斯-莫尔模型第四节晶体三极管的伏安特性曲线第五节晶体三极管的小信号电路模型第六节晶体三极管电路分析法第七节晶体三极管应用原理第二章晶体三极管前言晶体三极管是一种具有正向受控作用的半导体器件，它的内部有两个背靠背排列的PN结(不能用两个二极管对接而成)。按结构划分，三极管有NPN型与PNP型两种。

NPN型管与PNP型管工作原理相似，但由于它们形成电流的载流子性质不同，结果导致各极电流方向相反，加在各极上的电压极性相反。2.2基本内容晶体三极管的内部结构特点:发射区高掺加基区很薄集电结面积大2.2.1放大模式下电流分配基本关系式2.2.2三极管的通用模型---伏安特性曲线

2.2.3三极管的简化模型1、放大模式下三极管的模型数学模型（指数模型）直流简化电路模型交流小信号电路模型2、饱和与截止模式下三极管的模型

2.2.4三极管电路分析方法

先进行直流分析，后进行交流分析1、直流分析方法——分析IBQ、ICQ、VCEQ可采用图解法或估算法2、交流分析方法——分析Av、Ri、R0可采用图解法与小信号等效电路方法2.2.5放大器的构成

电路都是以三端器件（三极管、场效应管）为核心，再配以合适的管外电路而组成

根据杂质半导体的排列方式不同，晶体三极管有两种不同的类型，并且只有两种类型。

即

NPN型与

PNP型NPN型电路符号

EBCECBPNP型电路符号ECBPNN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晶体三极管的主要特性与它的工作状态有关：

（1）、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。这种作用是实现放大器的基础。

（2）、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。

（3）、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。这两种模式呈现受控开关特性，实现开关电路的基础。2、晶体三极管的主要特性：

1、内部载流子传输过程：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。ECBPNN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。CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1ICpICn2ICn1ICIBIEICBO（1）、发射区向基区注入载流子的过程：

发射结正偏后，形成的正向扩散电流，是由发射区和基区得多子通过PN结而形成。

即

IEn+IEp

方向由P区指向N区

式中

IEn

为电子电流；

IEp

为空穴电流。

CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1ICpICn2ICn1ICIBIEICBO（2）、集电结收集电子的过程：

由发射区向基区注入电子为基区的非平衡少子，在浓度梯度的影响下，边扩散、边复合，向集电结边界运动。并且，在集电结反偏电场的作用下，快速通过PN结，进入集电区形成电子电流。CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1ICpICn2ICn1ICIBIEICBO

与其有关的载流子流有：

ICn1

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。

总的载流子电流为：

ICn1+ICp+ICn2

CEBPNIEpIEnR2V2V1R1ICpICn2ICn1ICIBIEICBO

ICn1+ICp+ICn2

其中

令

ICp+ICn2

=

ICBO

ICBO

是集电结本身的反向饱和电流

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

IC

的方向为集电极流入

总结两个PN结，共同形成流入基区的载流子电流为

IEp+(IEn–ICn1)–(ICp+ICn2)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=IEp+(IEn–ICn1)–(ICp+ICn2)=IEp+(IEn–ICn1)–ICBOIB

的方向为基极流入CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1ICpICn2ICn1ICIBIEICBO

综合前面的分析有：

IE=IEn+IEp

IC=ICn1+ICp+ICn2=ICn1+ICBO

IB=

IEp+(IEn–ICn1)–ICBO

IC+IB=ICn1+ICBO+IEp+(IEn–ICn1)–ICBO

=IEn+IEp=IE

即

IE=IC+IB

由此，可以看出晶体三极管的三个电极的电流，满足上述的节点方程。

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。

即

将IEn

转化为

ICn1

，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。2、电流的传输方程：

电流的传输方程：是指晶体三极管在上述正向受控过程中，各极电流之间的关系式。

双口网络V1I2I1V2

共基极组态

共发射极组态

共集电极组态CBEICIBCBCIEIBEICIECB（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）。定义为

：IEn>>IEp

、故

IEn

≈IE

已知

IC=ICn1+ICBO(共基极连接时，电流传输方程)所以因为因此，的值恒小于1，但是分接近于1，一般在0.98以上。通常ICBO

很小，尤其是硅材料制作的硅管，一般可以忽略。方程可近似为：称为共基极电流传输系数。已知代入得：所以已知：代入得：共集电极连接时，电流传输方程：通常ICEO

很小，可忽略，则和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。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。（b）、ICEO

的物理含义ICEO

是基极开路（即

IB

=0）时，由集电极直通到发射极的电流。

VBEVCBVCEVCEVCBVBENNP

根据图可得：

集电结上外加反偏电压，发射结外加正偏电压。晶体三极管仍工作在放大模式，具有放大模式，即

放大作用。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

，不过在常温下ICEO

也很小，可以忽略。

3、一般模型：（1）、指数模型电流传输方程

共B共E共C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则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。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

可近似的表示式中（2）、简化电路模型：晶体三极管实质上，是输出电流受输入发射结电压控制的非线性器件。当共E连接时，如图所示EBCICIBVCEVBE电流关系：电路可等效为：

晶体三极管共发射极连接时的电路模型在工程分析时，可忽略二极管的正向导通电阻，电路又可等效为：VBEVCEI