电子线路高教第四电子课件八

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章晶体三极管放大驶区(VBE0.7宰V，VCE>0萝.3仗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)第鹊2旷章锯晶体晕三极壤管在考走虑三歼极管慕基区量宽度沿调制厦效应跪时，火电流IC的修姨正方触程基宽WB越小调调桌制效个应对IC影响沈越大梦则隶VA越若小。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。考虑上酒述因素扭，IB等量增答加时，ICVCEO输出馋曲线励不再杯等间个隔平沙行上仍移。第2轨章缸晶体三乔极管截止区(VBE0.艰5浩V，VCE0.3扮V)IC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0特点忙：条件：发射结斜反偏，沫集电结忠反偏。IC秋0，IB0近似为

IB≤0以下区域

严格训说，棚截止驼区应洽是IE=感0升即IB=-ICBO以下的购区域。因为IB在亭0颜-ICBO时，谎仍满吴足第返2坡章丈晶体厕三极拥管击穿屋区特点：VCE增大到孝一定值课时，集牌电结反斯向击穿药，IC急剧增大大。V(BR)CEO集电誉结反谣向击裕穿电尿压，右随IB的增阀大而桌减小赞。注意庭：IB=0雀时，欺击穿电歼压为V(BR阅)CE播OIE=0夹时，造击穿电牧压为V(BR饶)CB漆OV(BR法)CB飘O>V(B秤R)就CE叮OIC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0IB=-ICBO(IE=

0)V(BR)CBO第2铸章止晶体三设极管三极尼管安谁全工拉作区ICVCEOV(BR)CEOICMPCM最大允棉许集电钻极电流ICM(若IC>ICM造英成剪)反向日击穿够电压V(B脉R)哈CE阴O(若VCE>V(BR花)CE备O管息子击穿)VCE<V(BR角)CE玻O最大苦允许碎集电军极耗骡散功公率PCM(PC=ICVCE，若PC>PCM贼烧管)PC<PCM要求ICICM第针2欺章队晶体蔽三极本管放大电捞路小信凯号作用办时，在芹静态工震作点附滑近的小悟范围内济，特性搭曲线的可非线性止可忽略耐不计，洋近似用收一段直虏线来代箱替，从阵而获得厉一线性释化的电盏路模型深，即小裂信号(摊或微变克)电路淹模型。2.5为晶体耻三极管晓小信号邮电路模猛型三极晓管作糠为四举端网凑络，暂选择黄不同晓的自极变量盯，可坡以形旬成多循种电判路模凯型。古最常乌用的侵是混合型小百信号同电路谢模型必。第浓2浪章寸晶体销三极尊管混合Π型电路罪模型的衰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出章浩晶体三宽极管混合型小扯信号闲电路斩模型若忽略rbc影响雨，整巩理后叹即可耽得出醋混合颂型电路寇模型牲。rbercecbccberbbbcegmvbebibic电路低酱频工作垮时，可苏忽略结鹿电容影粘响，因窜此低频巾混合软型电路模浑型简化鄙为：rbercerbbbcegmvbebibic第2施章朽晶体三茫极管小信街号电叛路参裤数rbb基区揪体电阻，鼓其值较小盼，约几文十欧，昆常忽略鱼不计。rbe三极管推输入电纤阻，约千欧就数量级挽。跨导gm表示三踏极管具们有正向漠受控作齐用的增溪量电导沃。rce三极些管输捷出电行阻，齐数值乐较大荒。RL<<rce时，鬼常忽吉略。第2壤章分晶体三净极管简化的役低频混电路模斤型由于因此放，等颈效电抱路中矩的gmvbe，也可播用ib表示。cbeTiCiBrbebcegmvbeibic=ib注意蚕：小信号震电路模天型只能岂用来分播析叠加俩在Q点上感各交流鸡量之觉间的梳相互银关系扒，不傅能分荷析直堡流参义量。第2回章纯晶体三虽极管由于交近流信号轻均叠加修在静态岗工作点疤上，且轿交流信杂号幅度自很小，搞因此对谨工作在伸放大模田式下的谎电路进茄行分析似时，应摘先进行惩直流分挂析，后炭进行交组流分析独。2.6樱晶体怕三极管先电路分散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臭章秀晶体三脆极管即分析惕交流输熄入信号超为零时露，放大虏电路中角直流电辩压与直减流电流残的数值饶。直流分帽析法图解凑法即利聋用三构极管虫的输英入、递输出蓄特性仰曲线书与管腰外电群路所衡确定鼠的负秧载线组，通间过作江图的率方法蜓进行薯求解堡。要求：已知三生极管特稍性曲线炊和管外针电路元相件参数壁。优点租：便于围直接匀观察Q点位杀置是社否合颜适，谨输出傲信号茧波形是否呆会产糖生失例真。第形2村章年晶体最三极勇管(1)由电天路输矮入特析性确慢定IBQ写出塔管外为输入闸回路技直流女负载丽线方摔程(VBE-IB)。图解炼法分魄析步捡骤：在输入平特性曲芳线上作誓直流负瞧载线。找出对候应交点汪，得IBQ与VBE许Q。(2)由电路讲输出特炒性确定ICQ与VCE族Q写出研管外愤输出顶回路匆直流持负载耐线方市程(VCE-IC)。在输娃出特拌性曲阵线上早作直却流负蛮载线窝。找出负姓载线与伪特性曲告线中IB=IBQ曲线饰的交寨点，即Q点，拦得到ICQ与VCE贪Q。第娱2胸章布晶体哥三极柿管例兔1已知电盼路参数码和三极峡管输入国、输出童特性曲识线，试求IBQ、ICQ、VCEQ。Q输入回住路直流象负载线办方程VBE=VBB-IBRBVBBVBB/RBVBEQIBQ+-IBVBBIC-+VCCRBRC+-VBE+-VCE输出屈回路跑直流膜负载群线方未程VCE=VCC-ICRCICVCEOVBEIBOIB=IBQVCCVCC/RCQICQVCEQ第廊2反章备晶体吐三极迷管工程近嘱似法--估算法即利用稳直流通吸路，计扎算静态匹工作点困。直流武通路是指输满入信号接为零，场耦合及五旁路电庭容开路逮时对应尚的电路洋。分析增步骤筛：确定三姨极管工造作模式。用相应汇简化电雀路模型蛙替代三振极管。分析输电路迈直流作工作供点。只要VBE蛋0.产5撇V(E栋结反骆偏)截止模芹式假定放两大模式毫，估算VCE：若VＣE>0仍.3飞V放大逆模式若VＣE<0.源3坝V饱和模校式第任2牙章中晶体固三极怠管例2已知VBE(红on)=0桐.7色V，VCE软(s屠at忆)=铲0.蛛3酒V嗓，=援30，试判断海三极裕管工个作状奖态，料并计锁算VC。解：假设蜓T工咽作在放覆大模式VCCRCRB(+6V)1k100kT因为VCE旷Q>微0.色3卫V，惩所以剥三极挥管工氏作在放大束模式箱。VC=VCEQ=4巴.41龙V第骆2剂章据晶体征三极荒管例钱3若将击上例竟电路中的电阻RB改为漆10缩慧k，试重谊新判断版三极裁管工踏作状唐态，央并计抬算VC。解：假设短T工尼作在放虑大模式VCCRCRB(+6V)1k10kT因为VCE塘Q<业0.蛇3拾V，芦假设给不成叼立，炉所以印三极全管工宫作在饱和妹模式皆。第2铅章忘晶体三突极管例4已知VBE(征on)=迁0.近7美V堪，VCE(映sat诸)=寨0.费3裹V童，=合30，试判断三户极管工桃作状态提，并计扔算VC。解：所以李三极昏管工并作在截止瓜模式永，VCCRCRB1(+6V)1k100kTRB22k<VBE锣(o绢n)第2摩章志晶体三照极管+-VBBRBRC+-VCC交流割分析吗法小信号炸等效电级路法(微变掀等效戒电路割法)分析电棉路加交宴流输入柳信号后软，叠加栽在Q点上亡的电焰压与棒电流睬变化父量之嫩间的疑关系僚。在交致流通忌路基途础上白，将硬三极故管用版小信勤号电雾路模闯型代飘替得蜂到的桥线性陈等效舰电路仆即小猛信号筋等效显电路挣。利暖用该余等效纺电路男分析Av、Ri、Ro的方法饲即小信扇号等效漏电路法耗。交流通熊路：即交流固信号流隔通的路营径。它是将盈直流电貌源短路诱、耦合烟、旁路盟电容短滩路时对影应的电依路。第既2杂章俭晶体旦三极延管小信号滑等效电某路法分余析步骤瞒：画交柏流通译路(直流电萍源短路肢，耦合、旁路升电容检短路)。用小脆信号简电路孩模型假代替冈三极层管，广得小匆信号腾等效酱电路双。利用小租信号等重效电路交分析交塔流指标膝。计算莲微变唱参数gm、rbe。注意妇：小信医号等偶效电出路只够能用师来分棋析交携流量押的变馋化规岭律及莲动态业性能六指标蕉，不贞能分闲析静世态工毙作点晕。第坡2投章村晶体舍三极脸管例5已知ICQ=饲1维mA遮，=躬10跪0,vi=2抓0si仁nt(mV乐)，ＲC=ＲＬ=害４k，画电路震的交流遣通路及拆交流等眉效电路铁,计帖算vo。virbeibibicRB+-RCRLvo+-viibicRBRC+-RL+-vovi+-iBVBBiCVCCRBRC+-+-RLC1C25k第阀2革章魂晶体悬三极匙管图解法确定痰静态伶工作厘点(方法评同前)。画交流筐负载线起。画波形只，分析帆性能。过Q点、淡作斜棚率为-1/RL的直线走即交流程负载线国。其中RL=RC//RL。分析步砌骤：图解法殿直观、目实用，蜡容易看京出Q点设倍置是章否合奸适，捞波形汽是否底产生湿失真留，但誉不适黑合分拆析含删有电派抗元总件的笑复杂惠电路崭。同鸭时在可输入江信号木过小咐时作目图精岁确度剩降低拐。第2酱章菊晶体三壮极管例6输入嫂正弦兄信号愉时，处画各遵极电向压与每电流样的波凤形。tvBEOQvBEiBOiCvCEOQIBQICQtvCEO交流负载线-1/RLVCEQibvi+-iBVBBiCVCCRBRC+-vBE+-vCE+-+-RLC1C2第2鼓章聋晶体三蝇极管tiBOiCtOQ点位置皱与波形傲失真：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。

由于岂PNP让管电类压极性利与N矛PN勿管相反丙，故横忙轴vCE可改蠢为-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。消除截槐止失真升高Q点：眨减小RB，增大IBQ第主2责章石晶体楼三极路管2.7筛晶体忽三极管捉应用原蛛理电流源利用滴三极蒸管放多大区iB恒定时iC接近恒期流的特铅性，可闹构成集赔成电路翻中广泛杯采用的妖一种单铅元电路忍——电督流源。iCvCEOiBVCE(sat)QiCR+-VQ+viB恒值外电路(负载电路)该电流馆源不是碧普通意希义上的花电流源对，因它乎本身不莫提供能秤量。电富流源电料路的输箱出电流I０，由外级电路中朴的直流膛电源提激供。I０只受IB控制坛，与评外电帐路在宇电流轿源两墓端呈组现的挣电压雪大小途几乎胆无关甩。就卸这个本意义悦而言疮，将币其看晒作为辉电流僚源。第2蒜章蚁晶体三木极管放大器悄的作用筝就是将岸输入信拢号进行团不失真贱的放大抱。放大器放大吧原理VIQtvBEOIBQtiB