电子线路高教第四电子课件六

第2章晶体三极管概述2.1放大模式下晶体三极管的工作原理2.2晶体三极管的其他工作模式2.3埃伯尔斯—莫尔模型2.4晶体三极管伏安特性曲线2.5晶体三极管小信号电路模型2.6晶体三极管电路分析方法2.7晶体三极管的应用原理概述三极管结构及电路符号发射极E基极BPNN+集电极C发射极E基极BNPP+集电极CBCEBCE发射结集电结第2章晶体三极管三极管三种工作模式发射结正偏，集电结反偏。放大模式：发射结正偏，集电结正偏。饱和模式：发射结反偏，集电结反偏。截止模式：注意：三极管具有正向受控作用，除了满足内部结构特点外，还必须满足放大模式的外部工作条件。三极管内部结构特点1)发射区高掺杂（相对于基区）。2)基区很薄。3)集电结面积大。第2章晶体三极管2.1放大模式下三极管工作原理2.1.1内部载流子传输过程PNN+-+-+V1V2R2R1IEnIEpIBBICnICBOIEIE=IEn+IEpICIC=ICn+ICBOIBIB=IEp+IBB-ICBO=IEp+(IEn-ICn)-ICBO=IE-IC第2章晶体三极管发射结正偏：保证发射区向基区发射多子。发射区掺杂浓度>>基区掺杂浓度：减少基区向发射区发射的多子，提高发射效率。基区的作用：将发射到基区的多子，自发射结传输到集电结边界。基区很薄：可减少多子传输过程中在基区的复合机会，保证绝大部分载流子扩散到集电结边界。

集电结反偏且集电结面积大：保证扩散到集电结边界的载流子全部漂移到集电区，形成受控的集电极电流。第2章晶体三极管三极管特性——具有正向受控作用用即三极管输出的集集电极电流IC，主要受正向发射射结电压VBE的控制，而与反向向集电结电压VCE近似无关。注意：NPN型管与PNP型管工工作原理相似，但但由于它们形成电流的载流子子性质不同，结果果导致各极电流方向相反，加在各各极上的电压极性性相反。V1NPP+PNN+V2V2V1+

-+

--+-+IEICIBIEICIB第2章晶体体三极管观察输入信号作用用在哪个电极上，，输出信号从哪个个电极取出，此外外的另一个电极即即为组态形式。2.1.2电流流传输方程三极管的三种连接接方式——三种组态BCEBTICIEECBETICIBCEBCTIEIB(共发射极)(共基极)(共集电极)放大电路的组态是是针对交流信号而而言的。第2章晶体体三极管共基极直流电流传传输方程BCEBTICIE直流电流传输系数数：直流电流传输方程程：共发射极直流电流流传输方程ECBETICIB直流电流传输方程：其中：第2章晶体体三极管的物理含义：表示，受发射结电压控制的复合电流IBB，对集电极正向受控电流ICn的控制能力。

若忽略ICBO，则：ECBETICIB可见，为共发射极电流放大系数。第2章晶体体三极管ICEO的物理含义：ICEO指基极开路时，集集电极直通到发射射极的电流。因为IB=0IEPICBOICnIEn+_VCENPN+CBEICEOIB=0所以IEp+(IEn-ICn)=IE-ICn=ICBO因此第2章晶体体三极管三极管的正向受控控作用，服从指数数函数关系式：2.1.3放大大模式下三极管的的模型数学模型(指数模型)IS指发射结反向饱和和电流IEBS转化到集电极上的的电流值，它不同同于二极管的反向向饱和电流IS。式中第2章晶体体三极管放大模式直流简化化电路模型ECBETICIB共发射极VBE(on)为发射结导通电压压，工程上一般取取：硅管VBE(on)=0.7V锗管VBE(on)=0.25V第2章晶体体三极管电路模型VBE+-ECBEICIBIBVCE+-直流简化电路模型VBE(on)ECBEICIBIB+-+-VCE三极管参数的温度度特性温度每升高1C，/增大0.5%1%，即温度每升高1C，VBE(on)减小(22.5)mV，即温度每升高10C，ICBO增大一倍，即第2章晶体体三极管PNN+V1V2R2R12.2晶体三极极管的其他工作模模式2.2.1饱和和模式(E结正偏，C结结正偏)-+IFFIF+-IRRIRIE=IF-RIRICIC=FIF-IRIE结论：三极管失去正向受受控作用。第2章晶体体三极管饱和模式直流简化化电路模型ECBETICIB共发射极通常，饱和压降

VCE(sat)

硅管

VCE(sat)0.3V锗管

VCE(sat)0.1V电路模型VBE+-ECBEICIB+-VCE(sat)直流简化电路模型VBE(on)ECBEICIB+-+-VCE(sat)若忽略饱和压降，，三极管输出端近近似短路。即三极管工作于饱饱和模式时，相当当于开关闭合。第2章晶体体三极管2.2.2截止止模式(E结反偏，C结结反偏)若忽略反向饱和电电流，三极管IB0，IC0。即三极管工作于截截止模式时，相当当于开关断开。ECBETICIB共发射极电路模型VBE+-ECBEICIB截止模式直流简化化电路模型直流简化电路模型ECBEIC

0IB0第2章晶体体三极管2.3埃伯尔斯斯—莫尔模型埃伯尔斯—莫尔模模型是三极管通用用模型，它适用于于任何工作模式。。IE=IF-RIRIC=

FIF-IR其中ECBIEIFRIRICFIFIRIB第2章晶体体三极管2.4晶体三极极管伏安特性曲线线伏安特性曲线是三三极管通用的曲线线模型，它适用于于任何工作模式。。IB=f1E(VBE)VCE=常数IC=f2E(VCE)IB=常数共发射极输入特性：输出特性：+-TVCEIBVBEIC+-第2章晶体体三极管输入特性曲线VCE=0IB/AVBE/VVBE(on)0.3V10VOV(BR)BEOIEBO+ICBOVCE一定：类似二极管伏安特特性。VCE增加：正向特性曲线略右右移。由于VCE=VCB+VBEWBWBEBC基区宽度调制效应注：VCE>0.3V后后，曲线移动可可忽略不计。因此当VBE一定时：VCEVCB复合机会IB曲线右移。第2章晶体体三极管输出特性曲线饱和区(VBE0.7V，VCE<0.3V)IC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0特点：条件：发射结正偏，集电电结正偏。IC不受IB控制，而受VCE影响。VCE略增，IC显著增加。输出特性曲线可划划分为四个区域：：饱和区、放大区、、截止区、击穿区区。第2章晶体体三极管放大区(VBE0.7V，VCE>0.3V)IC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0特点条件发射结正偏集电结反偏VCE曲线略上翘具有正向受控作用满足IC=IB+ICEO说明IC/mAVCE/VOVA上翘程度—取决于厄尔利电压VA上翘原因—基区宽度调制效应(VCEIC略)第2章晶体体三极管在考虑三极管基区区宽度调制效应时时，电流IC的修正方程基宽WB越小调制效应对对IC影响越大则VA越小。与IC的关系：ICO在IC一定范围内近似为常数。IC过小使IB造成。IC过大发射效率

造成。考虑上述因素，IB等量增加时，ICVCEO输出曲线不再等间间隔平行上移。第2章晶体体三极管截止区(VBE0.5V，VCE0.3V)IC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0特点：条件：发射结反偏，集电电结反偏。IC0，IB0近似为

IB≤0以下区域

严格说，截止区区应是IE=0即IB=-ICBO以下的区域。因为IB在0-ICBO时，仍满足第2章晶晶体三极管击穿区特点：VCE增大到一定值时时，集电结反向向击穿，IC急剧增大。V(BR)CEO集电结反向击穿穿电压，随IB的增大而减小。。注意：IB=0时时，击穿电电压为V(BR)CEOIE=0时时，击穿电电压为V(BR)CBOV(BR)CBO>V(BR)CEOIC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0IB=-ICBO(IE=

0)V(BR)CBO第2章章晶体三三极管三极管安全全工作区ICVCEOV(BR)CEOICMPCM最大允许集集电极电流流ICM(若IC>ICM造成)反向击穿电电压V(BR)CEO(若VCE>V(BR)CEO管子击击穿)VCE<V(BR)CEO最大允许集集电极耗散散功率PCM(PC=ICVCE，若PC>PCM烧管)PC<PCM要求ICICM第2章章晶体三三极管放大电路小小信号作用用时，在静静态工作点点附近的小小范围内，，特性曲线线的非线性性可忽略不不计，近似似用一段直直线来代替替，从而获获得一线性性化的电路路模型，即即小信号(或微变)电路模型型。2.5晶晶体三极管管小信号电电路模型三极管作为为四端网络络，选择不不同的自变变量，可以以形成多种种电路模型型。最常用用的是混合型小信号电电路模型。。第2章章晶体三三极管混合Π型电路模型型的引出基区体电阻发射结电阻与电容集电结电阻与电容反映三极管正向受控作用的电流源由基区宽度调制效应引起的输出电阻ibicbcerbbrbecbecbcrbcbgmvberce第2章章晶体三三极管混合型小信号电电路模型若忽略rbc影响，整理理后即可得得出混合型电路模型。。rbercecbccberbbbcegmvbebibic电路低频工工作时，可可忽略结电电容影响，，因此低频频混合型电路模型简简化为：rbercerbbbcegmvbebibic第2章章晶体三三极管小信号电路路参数rbb基区体电阻，其值较小，约约几十欧，，常忽略不不计。rbe三极管输入入电阻，约千欧数量量级。跨导gm表示三极管管具有正向向受控作用用的增量电电导。rce三极管输出出电阻，数数值较大。。RL<<rce时，常忽略略。第2章章晶体三三极管简化的低频频混电路模型由于因此，等效效电路中的的gmvbe，也可用ib表示。cbeTiCiBrbebcegmvbeibic=ib注意：小信号电路路模型只能能用来分析析叠加在Q点上各交流量之间间的相互关关系，不能能分析直流流参量。第2章章晶体三三极管由于交流信信号均叠加加在静态工工作点上，，且交流信信号幅度很很小，因此此对工作在在放大模式式下的电路路进行分析析时，应先先进行直流流分析，后后进行交流流分析。2.6晶晶体三极管管电路分析析方法直流分析法分析指标：IBQ、ICQ、VCEQ分析方法：图解法、估算法

交流分析法分析指标：Av

、Ri、Ro分析方法：图解法、微变等效电路法

第2章章晶体三三极管即分析交流流输入信号号为零时，，放大电路路中直流电电压与直流流电流的数数值。2.6.1直流分析法法图解法即利用三极极管的输入入、输出特特性曲线与与管外电路路所确定的的负载线，，通过作图图的方法进进行求解。。要求：已知三极管管特性曲线线和管外电电路元件参参数。优点：便于直接观观察Q点位置是否否合适，输输出信号波波形是否会产生生失真。第2章章晶体三三极管(1)由电路输入入特性确定定IBQ写出管外输输入回路直直流负载线线方程(VBE-IB)。图解法分析析步骤：在输入特性性曲线上作作直流负载载线。找出对应交交点，得IBQ与VBEQ。(2)由电路输出出特性确定定ICQ与VCEQ写出管外输输出回路直直流负载线线方程(VCE-IC)。在输出特性性曲线上作作直流负载载线。找出负载线线与特性曲曲线中IB=IBQ曲线的交点点，即Q点，得到ICQ与VCEQ。第2章章晶体三三极管例1已知电路参参数和三极极管输入、、输出特性性曲线，试求IBQ、ICQ、VCEQ。Q输入回路直直流负载线线方程VBE=VBB-IBRBVBBVBB/RBVBEQIBQ+-IBVBBIC-+VCCRBRC+-VBE+-VCE输出回路直直流负载线线方程VCE=VCC-ICRCICVCEOVBEIBOIB=IBQVCCVCC/RCQICQVCEQ第2章晶晶体三极管管工程近似法--估算法即利用直流通通路，计算静静态工作点。。直流通路是指输入信号号为零，耦合合及旁路电容容开路时对应应的电路。分析步骤：确定三极管工工作模式。用相应简化电电路模型替代代三极管。分析电路直流流工作点。只要VBE0.5V(E结反偏)截止模式假定放大模式式，估算VCE：若VＣE>0.3V放大模式若VＣE<0.3V饱和模式第2章晶晶体三极管管例2已知VBE(on)=0.7V，VCE(sat)=0.3V，=30，试判断三极管工工作状态，并并计算VC。解：假设T工工作在放大模模式VCCRCRB(+6V)1k100kT因为VCEQ>0.3V，所以三三极管工作在在放大模式。。VC=VCEQ=4.41V第2章晶晶体三极管管例3若将上例电路路中的电阻RB改为10k，试重新判断三极管工工作状态，并并计算VC。解：假设T工工作在放大模模式VCCRCRB(+6V)1k10kT因为VCEQ<0.3V，假设不不成立，所以以三极管工作作在饱和模式。第2章晶晶体三极管管例4已知VBE(on)=0.7V，VCE(sat)=0.3V，=30，试判断三极管工工作状态，并并计算VC。解：所以三极管工工作在截止模式，VCCRCRB1(+6V)1k100kTRB22k<VBE(on)第2章晶晶体三极管管+-VBBRBRC+-VCC2.6.2交流分析法小信号等效电电路法(微变等效电路路法)分析电路加交交流输入信号号后，叠加在在Q点上的电压与与电流变化量量之间的关系系。在交流通路基基础上，将三三极管用小信信号电路模型型代替得到的的线性等效电电路即小信号号等效电路。。利用该等效效电路分析Av、Ri、Ro的方法即小信信号等效电路路法。交流通路：即交流信号流流通的路径。。它是将直流电电源短路、耦耦合、旁路电电容短路时对对应的电路。。第2章晶晶体三极管管小信号等效电电路法分析步步骤：画交流通路(直流电源短路路，耦合、旁路电容短路路)。用小信号电路路模型代替三三极管，得小小信号等效电电路。利用小信号等等效电路分析析交流指标。。计算微变参数数gm、rbe。注意：小信号等效电电路只能用来来分析交流量量的变化规律律及动态性能能指标，不能能分析静态工工作点。第2章晶晶体三极管管例5已知ICQ=1mA，=100,vi=20sint(mV)，ＲC=ＲＬ=４k，画电路的交流流通路及交流流等效电路,计算vo。virbeibibicRB+-RCRLvo+-viibicRBRC+-RL+-vovi+-iBVBBiCVCCRBRC+-+-RLC1C25k第2章晶晶体三极管管图解法确定静态工作作点(方法同前)。画交流负载线线。画波形，分析析性能。过Q点、作斜率为为-1/RL的直线即交流流负载线。其中RL=RC//RL。分析步骤：图解法直观、、实用，容易易看出Q点设置是否合合适，波形是是否产生失真真，但不适合合分析含有电电抗元件的复复杂电路。同同时在输入信信号过小时作作图精确度降降低。第2章晶晶体三极管管例6输入正弦信号号时，画各极极电压与电流流的波形。tvBEOQvBEiBOiCvCEOQIBQICQtvCEO交流负载线-1/RLVCEQibvi+-iBVBBiCVCCRBRC+-vBE+-vCE+-+-RLC1C2第2章晶晶体三极管管tiBOiCtOQ点位置与波形形失真：Q

点过低，vO

负半周易截止失真。PNP管

Q

点过高，vO

正半周易饱和失真。

Q点过低，vO正半周易截止失真。

NPN管

Q点过高，vO

负半周易饱和失真。

由于PNP管电压极极性与NPN管相反反，故横轴vCE可改为-vCE。消除饱和失真降低Q点：增大RB，减小IBQ减小RC：负载线变陡,输出动态范围增加。消除截止失真真升高Q点：减小RB，增大IBQ第2章晶晶体三极管管2.7晶体体三极管应用用原理2.7.1电电流源利用三极管放放大区iB恒定时iC接近恒流的特特性，可构成成集成电路中中广泛采用的的一种单元电电路——电流流源。iCvCEOiBVCE(sat)QiCR+-VQ+viB恒值外电路(负载电路)该电流源不是是普通意义上上的电流源，，因它本身不不提供能量。。电流源电路路的输出电流流I０，由外电路中中的直流电源源提供。I０只受IB控制，与外电电路在电流源源两端呈现