电子线路高教第四电子课件一四

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——具有正向受控作用即三极管输出的集电极电流IC，主要受正向发射结电压VBE的控制，而与反向集电结电压VCE近似无关。注意：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。V1NPP+PNN+V2V2V1+

-+

--+-+IEICIBIEICIB第2章晶体三极管观察输入信号作用在哪个电极上，输出信号从哪个电极取出，此外的另一个电极即为组态形式。电流传输方程三极管的三种连接方式——三种组态BCEBTICIEECBETICIBCEBCTIEIB(共发射极)(共基极)(共集电极)放大电路的组态是针对交流信号而言的。第2章晶体三极管共基极直流电流传输方程BCEBTICIE直流电流传输系数：直流电流传输方程：共发射极直流电流传输方程ECBETICIB直流电流传输方程：其中：第2章晶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章晶体三极管ICEO

的物理含义：

ICEO指基极开路时，集电极直通到发射极的电流。因为

IB=0IEPICBOICnIEn+_VCENPN+CBEICEOIB=0所以

IEp+(IEn-

ICn)=IE

-

ICn=ICBO因此第2章晶体三极管三极管的正向受控作用，服从指数函数关系式：放大模式下三极管的模型

数学模型(指数模型)

IS指发射结反向饱和电流IEBS转化到集电极上的电流值，它不同于二极管的反向饱和电流IS。式中第2章晶体三极管放大模式直流简化电路模型ECBETICIB共发射极VBE(on)为发射结导通电压，工程上一般取：硅管VBE(on)=0.7V锗管VBE(on)=0.25V第2章晶体三极管电路模型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章晶体三极管PNN+V1V2R2R12.2晶体三极管的其他工作模式饱和模式(E结正偏，C结正偏)-+IFFIF+-IRRIRIE=IF-RIRICIC=FIF-IRIE

结论：三极管失去正向受控作用。第2章晶体三极管饱和模式直流简化电路模型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，三极管输出端近似短路。即三极管工作于饱和模式时，相当于开关闭合。第2章晶体三极管截止模式(E结反偏，C结反偏)若忽略反向饱和电流，三极管IB

0，IC

0。即三极管工作于截止模式时，相当于开关断开。ECBETICIB共发射极电路模型VBE+-ECBEICIB截止模式直流简化电路模型直流简化电路模型ECBEIC

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

FIF-IR其中ECBIEIFRIRICFIFIRIB第2章晶体三极管2.4晶体三极管伏安特性曲线伏安特性曲线是三极管通用的曲线模型，它适用于任何工作模式。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章晶体三极管输入特性曲线VCE=0IB/AVBE/VVBE(on)0.3V10VOV(BR)BEOIEBO+ICBO

VCE一定：类似二极管伏安特性。

VCE增加：正向特性曲线略右移。由于VCE=VCB+VBEWBWBEBC基区宽度调制效应注：VCE>0.3V后，曲线移动可忽略不计。因此当VBE一定时：VCEVCB复合机会IB曲线右移。第2章晶体三极管输出特性曲线

饱和区(VBE

0.7V，VCE

<0.3V)IC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0特点：条件：发射结正偏，集电结正偏。IC不受IB控制，而受VCE影响。VCE略增，IC显著增加。输出特性曲线可划分为四个区域：饱和区、放大区、截止区、击穿区。第2章晶体三极管放大三区(VBE0.三7三V，VCE>三0.三3三V)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)第三2三章三晶体三三极三管在考三虑三三极管三基区三宽度三调制三效应三时，三电流IC的修三正方三程基宽WB越小三调三制效三应对IC影响三越大三则三VA越三小。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。考虑三上述三因素三，IB等量三增加三时，ICVCEO输出三曲线三不再三等间三隔平三行上三移。第三2三章三晶体三三极三管截止三区(VBE0.三5三V，VCE0.三3三V)IC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0特点三：条件三：发射三结反三偏，三集电三结反三偏。IC三0，IB三0近似为

IB≤0以下区域

严格三说，三截止三区应三是IE=三0三即IB=-ICB三O以下三的区三域。因为IB在三0三-ICB三O时，三仍满三足第三2三章三晶体三三极三管击穿三区特点三：VCE增大三到一三定值三时，三集电三结反三向击三穿，IC急剧三增大三。V(BR)CEO集电三结反三向击三穿电三压，三随IB的增三大而三减小三。注意三：IB=三0三时，三击穿三电压三为V(B三R)三CE三OIE=三0三时，三击穿三电压三为V(B三R)三CB三OV(B三R)三CB三O>V(B三R)三CE三OIC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0IB=-ICBO(IE=

0)V(BR)CBO第三2三章三晶体三三极三管三极三管安三全工三作区ICVCEOV(BR)CEOICMPCM最大三允许三集电三极电三流ICM(若IC>ICM三造成三)反向三击穿三电压V(B三R)三CE三O(若VCE>V(B三R)三CE三O三管子三击穿)VCE<V(B三R)三CE三O最大三允许三集电三极耗三散功三率PCM(PC=ICVCE，若PC>PCM三烧管)PC<PCM要求ICICM第三2三章三晶体三三极三管放大三电路三小信三号作三用时三，在三静态三工作三点附三近的三小范三围内三，特三性曲三线的三非线三性可三忽略三不计三，近三似用三一段三直线三来代三替，三从而三获得三一线三性化三的电三路模三型，三即小三信号三(或三微变三)电三路模三型。2.三5三晶体三三极三管小三信号三电路三模型三极三管作三为四三端网三络，三选择三不同三的自三变量三，可三以形三成多三种电三路模三型。三最常三用的三是混合型小三信号三电路三模型三。第三2三章三晶体三三极三管混合Π型电三路模三型的三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第三2三章三晶体三三极三管混合型小三信号三电路三模型若忽三略rbc影响三，整三理后三即可三得出三混合三型电路三模型三。rbercecbccberbbbcegmvbebibic电路三低频三工作三时，三可忽三略结三电容三影响三，因三此低三频混三合三型电路三模型三简化三为：rbercerbbbcegmvbebibic第三2三章三晶体三三极三管小信三号电三路参三数rbb基区三体电阻三，其值较三小，三约几三十欧三，常三忽略三不计三。rbe三极三管输三入电三阻，约千三欧数三量级三。跨导gm表示三三极三管具三有正三向受三控作三用的三增量三电导三。rce三极三管输三出电三阻，三数值三较大三。RL<<rce时，三常忽三略。第三2三章三晶体三三极三管简化三的低三频混电路三模型由于因此三，等三效电三路中三的gmvbe，也三可用ib表示三。cbeTiCiBrbebcegmvbeibic=ib注意三：小信三号电三路模三型只三能用三来分三析叠三加在Q点上三各交流三量之三间的三相互三关系三，不三能分三析直三流参三量。第三2三章三晶体三三极三管由于三交流三信号三均叠三加在三静态三工作三点上三，且三交流三信号三幅度三很小三，因三此对三工作三在放三大模三式下三的电三路进三行分三析时三，应三先进三行直三流分三析，三后进三行交三流分三析。2.三6三晶体三三极三管电三路分三析方三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

第三2三章三晶体三三极三管即分三析交三流输三入信三号为三零时三，放三大电三路中三直流三电压三与直三流电三流的三数值三。直流三分析三法图解三法即利三用三三极管三的输三入、三输出三特性三曲线三与管三外电三路所三确定三的负三载线三，通三过作三图的三方法三进行三求解三。要求三：已知三三极三管特三性曲三线和三管外三电路三元件三参数三。优点三：便于三直接三观察Q点位三置是三否合三适，三输出三信号三波形是否三会产三生失三真。第三2三章三晶体三三极三管(1)由电三路输三入特三性确三定IBQ写出三管外三输入三回路三直流三负载三线方三程(VBE-IB)。图解三法分三析步三骤：在输三入特三性曲三线上三作直三流负三载线三。找出三对应三交点三，得IBQ与VBE三Q。(2)由电三路输三出特三性确三定ICQ与VCE三Q写出三管外三输出三回路三直流三负载三线方三程(VCE-IC)。在输三出特三性曲三线上三作直三流负三载线三。找出三负载三线与三特性三曲线三中IB=IBQ曲线三的交三点，即Q点，三得到ICQ与VCE三Q。第三2三章三晶体三三极三管例三1已知三电路三参数三和三三极管三输入三、输三出特三性曲三线，试求IBQ、ICQ、VCE三Q。Q输入三回路三直流三负载三线方三程VBE=VBB-IBRBVBBVBB/RBVBE三QIBQ+-IBVBBIC-+VCCRBRC+-VBE+-VCE输出三回路三直流三负载三线方三程VCE=VCC-ICRCICVCEOVBEIBOIB=IBQVCCVCC/RCQICQVCE三Q第三2三章三晶体三三极三管工程三近似三法--估算三法即利三用直三流通三路，三计算三静态三工作三点。直流三通路是指三输入三信号三为零三，耦三合及三旁路三电容三开路三时对三应的三电路三。分析三步骤三：确定三三极三管工三作模三式。用相三应简三化电三路模三型替三代三三极管三。分析三电路三直流三工作三点。只要VBE三0.三5三V(E三结反三偏)截止三模式假定三放大三模式三，估三算VCE：若VＣE>三0.三3三V放大三模式若VＣE<0.三3三V饱和三模式第三2三章三晶体三三极三管例三2已知VBE三(o三n)=三0.三7三V三，VCE三(s三at三)=三0.三3三V三，=三30，试判断三三极三管工三作状三态，三并计三算VC。解：假设三T三工三作在三放大三模式VCCRCRB(+6V)1k100kT因为VCE三Q>三0.三3三V，三所以三三极三管工三作在放大三模式三。VC=VCE三Q=三4.三41三V第三2三章三晶体三三极三管例三3若将三上例三电路中的电阻RB改为三1三0三k，试重三新判断三三极三管工三作状三态，三并计三算VC。解：假设三T三工三作在三放大三模式VCCRCRB(+6V)1k10kT因为VCE三Q<三0.三3三V，三假设三不成三立，三所以三三极三管工三作在饱和三模式三。第三2三章三晶体三三极三管例三4已知VBE三(o三n)=三0.三7三V三，VCE三(s三at三)=三0.三3三V三，=三30，试判断三三极三管工三作状三态，三并计三算VC。解：所以三三极三管工三作在截止三模式三，VCCRCRB1(+6V)1k100kTRB22k<VBE三(o三n)第三2三章三晶体三三极三管+-VBBRBRC+-VCC交流三分析三法小信三号等三效电三路法(微变三等效三电路三法)分析三电路三加交三流输三入信三号后三，叠三加在Q点上三的电三压与三电流三变化三量之三间的三关系三。在交三流通三路基三础上三，将三三极三管用三小信三号电三路模三型代三替得三到的三线性三等效三电路三即小三信号三等效三电路三。利三用该三等效三电路三分析Av、Ri、Ro的方三法即三小信三号等三效电三路法三。交流三通路三：即交三流信三号流三通的三路径三。它是三将直三流电三源短三路、三耦合三、旁三路电三容短三路时三对应三的电三路。第三2三章三晶体三三极三管小信三号等三效电三路法三分析三步骤三：画交三流通三路(直流三电源三短路三，耦三合、旁路三电容三短路)。用小三信号三电路三模型三代替三三极三管，三得小三信号三等效三电路三。利用三小信三号等三效电三路分三析交三流指三标。计算三微变三参数gm、rbe。注意三：小信三号等三效电三路只三能用三来分三析交三流量三的变三化规三律及三动态三性能三指标三，不三能分三析静三态工三作点三。第三2三章三晶体三三极三管例三5已知ICQ=三1三mA三，=三10三0,vi=三20三si三nt(m三V)三，ＲC=ＲＬ=三４k，画电三路的三交流三通路三及交三流等三效电三路,三计三算vo三。virbeibibicRB+-RCRLvo+-viibicRBRC+-RL+-vovi+-iBVBBiCVCCRBRC+-+-RLC1C25k第三2三章三晶体三三极三管图解三法确定三静态三工作三点(方法三同前)。画交三流负三载线三。画波三形，三分析三性能三。过Q点、三作斜三率为-1/RL的直三线即三交流三负载三线。其中RL=RC//RL。分析三步骤三：图解三法直三观、三实用三，容三易看三出Q点设三置是三否合三适，三波形三是否三产生三失真三，但三不适三合分三析含三有电三抗元三件的三复杂三电路三。同三时在三输入三信号三过小三时作三图精三确度三降低三。第三2三章三晶体三三极三管例三6输入三正弦三信号三时，三画各三极电三压与三电流三的波三形。tvBEOQvBEiBOiCvCEOQIBQICQtvCEO交流负载线-1/RLVCE三Qibvi+-iBVBBiCVCCRBRC+-vBE+-vCE+-+-RLC1C2第三2三章三晶体三三极三管tiBOiCtOQ点位三置与三波形三失真三：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。

由于三P三NP三管三电压三极性三与三NP三N三管相三反，三故横三轴vCE可改三为-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。消除三截止三失真升高Q点：三减小RB，增大IBQ第三2三章三晶体三三极三管2.三7三晶体三三极三管应三用原三理电流三源利用三三极三管放三大区iB恒定三时iC接近三恒流三的特三性，三可构三成集三成电三路中三广泛三采用三的一三种单三元电三路—三—电三流源三。iCvCEOiBVCE(sat)QiCR+-VQ+viB恒值外电路(负载电路)该电三流源三不是三普通三意义三上的三电流三源，三因它三本身三不提三供能三量。三电流三源电三路的三输出三电流I０，由三外电三路中三的直三流电三源提三供。I０只受IB控制三，与三外电三路在三电流三源两三端呈三现的三电压三大小三几乎三无关三。就三这个三意义三而言三，将三其看三作为三电流三源。第三2三章三晶体三三极三管放大三器的三作用三就是三将输三入信三号进三行不三失真三的放三大。放大三器放大三原理VIQtvBEOIBQtiBOtviICQtiCO