模电复习资料

第二章晶体三极管2.1放大模式下晶体极管的工作原理2.2晶体三极管的其它工作模式2.3晶体三极管的伏安特性曲线2.4晶体三极管的小信号电路模型2.5晶体三极管的电路分析方法2.6晶体三极管应用原理半导体三极管半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型晶体管〔BipolarJunctionTransistor,简称BJT〕。BJT是由两个PN结组成的。1/27/2024BJT的结构NPN型PNP型符号:三极管的结构特点:〔1〕发射区的掺杂浓度＞＞集电区掺杂浓度。〔2〕基区要制造得很薄且浓度很低。--NNP发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极--PPN发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极2.1放大模式下BJT的工作原理〔NPN管〕

三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。假设在放大工作状态：发射结正偏：+UCE－＋UBE－＋UCB－集电结反偏：由VBB保证由VCC、

VBB保证UCB=UCE-UBE>0共发射极接法c区b区e区1/27/20242.1.1BJT内部的载流子传输过程双极型三极管在制造时，要求发射区的掺杂浓度大，基区掺杂浓度低并要制造得很薄，集电区掺杂浓度低，且集电结面积较大。从结构上看双极型三极管是对称的，但发射极和集电极不能互换。双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。假设在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部载流子的运动关系，见以下图。IENICNIEPICEOIEICIBIBN注意图中画的是载流子的运动方向，空穴流与电流方向相同；电子流与电流方向相反。为此可确定三个电极的电流IE=IEN+IEP且IEN>>IEPIC=ICN+ICBOICN=IEN

-IBN

IB=IEP+IBN

-ICBO由此可写出三极管三个电极的电流IENICNIEPICEOIEICIBIBNIE=IEN+IEP且IEN>>IEPIC=ICN+ICBOICN=IEN

-IBN

IB=IEP+IBN

-ICBO发射极电流：IE=IEN＋IEP且有IEN>>IEP集电极电流：IC=ICN+ICBO

ICN=IEN-IBN且有IEN>>IBN，ICN>>IBN

基极电流：IB=IEP+IBN－ICBO所以，发射极电流又可以写成

IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)=IC+IB

动画2-1从以上分析可知，对于NPN型三极管，集电极电流和基极电流是流入三极管，发射极电流是流出三极管，流进的电流等于流出的电流。由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区掺杂浓度低且很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。假设两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。2.1.2双极型半导体三极管的电流关系2.1.2.1三种组态双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，如共发射极接法，也称共发射极组态，简称共射组态，见以下图。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示；共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。2.1.2.2三极管的电流放大系数1.共基极直流电流放大系数

电流放大系数，一般来说是指输出电流与输入电流的比。由于组态不同，三极管的输入电极和输出电极不同，所以对共基组态，输出电流是集电极电流IC，输入电流是发射极电流IE，二电流之比的关系可定义为：

称为共基极直流电流放大系数。它表示最后到达集电极的电子电流ICN与总发射极电流IE的比值。ICN与IE相比，因ICN中没有IEP和IBN，所以的值小于1，但接近1。由此可得：IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO

2.共发射极直流电流放大系数

对共射组态的电流放大系数，输出电流是集电极电流IC，输入电流是基极电流IB，二电流之比可定义：称为共发射极接法直流电流放大系数。于是因≈1,所以

>>1。2.1.3一般模型指数模型2.简化电路模型放大状态发射结导通压降VD〔ON〕硅管0.7V锗管0.3VVD（ON）βIBICIBecbVBEVCE2.2晶体三极管的其它工作模式2.2.1饱和模式饱和状态ecbVBE(sat)VCE(sat)饱和压降VBE(sat)=VBE(ON)VBC(sat)=VBC(ON)VCE=VCB–VEB=VBE–VBC故：VCE(sat

)硅管0.3V锗管0.1V即，当VCE(sat)>0.3V〔锗0.1V〕时，工作于放大状态2.2.2截止模式截止状态ecb2.3BJT的伏安特性曲线〔共发射极接法〕(1)输入特性曲线

iB=f(VBE)

VCE=const〔1〕VCE=0V时，相当于两个PN结并联。i(uA)++++i-VBE+-VBTCE+Ci0.40.2(V)BE80400.80.6BV=0VVCE＞1VCEV〔3〕VCE≥1V再增加时，曲线右移很不明显。〔2〕当VCE=0.3V时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在同一VBE电压下，iB减小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区电压硅0.5V锗0.1V导通压降硅0.7V锗0.3V

(2)输出特性曲线iC=f(VCE)

iB=const

现以iB=60uA一条加以说明。

〔1〕当VCE=0V时，因集电极无收集作用，iC=0。〔2〕VCE↑→Ic↑。〔3〕当VCE＞1V后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成iC。所以VCE再增加，iC根本保持不变。同理，可作出iB=其他值的曲线。

iCCE(V)(mA)=60uAIBV=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB

输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区——iC受VCE显著控制的区域，该区域内VCE＜0.7

V。此时发射结正偏，集电结也正偏。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区——曲线根本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。该区中有：(V)iCIBIB=0VCE(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA饱和区放大区截止区〔3〕BJT的主要参数1.电流放大系数〔2〕共基极电流放大系数：

iCE△=20uA(mA)B=40uAICV=0(V)=80uAI△BBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取20~200之间2.31.5〔1〕共发射极电流放大系数：

2.极间反向电流〔2〕集电极发射极间的穿透电流ICEO基极开路时，集电极到发射极间的电流——穿透电流。其大小与温度有关。 〔1〕集电极基极间反向饱和电流ICBO发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。锗管：ICBO为微安数量级，硅管：ICBO为纳安数量级。++ICBOecbICEO

3.极限参数

Ic增加时，

要下降。当

值下降到线性放大区

值的70％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。〔1〕集电极最大允许电流ICM〔2〕集电极最大允许功率损耗PCM

集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PC=ICVCEi(V)BICEVIBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM<PCM〔3〕反向击穿电压

BJT有两个PN结，其反向击穿电压有以下几种：①V〔BR〕EBO——集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般几伏～十几伏。②V〔BR〕CBO——发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般为几十伏～几百伏。③V〔BR〕CEO——基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压。在实际使用时，还有V〔BR〕CER、V〔BR〕CES等击穿电压。--(BR)CEOV(BR)CBOV(BR)EBOV

2.4三极管的小信号电路模型vBEvCEiBcebiCBJT双口网络vCE=0VvCE

1V1小信号模型vBEvCEiBcebiCBJT双口网络小信号模型vBEvCEiBcebiCBJT双口网络

=

IC/

IB

vCE=constic

=

ib小信号模型vBEvCEiBcebiCBJT双口网络2、小信号模型的应用本卷须知：

都是小信号参数，即微变参数或交流参数。

都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。

参数值与工作点有关。3、参数确实定

一般用测试仪测出；

rbe与Q点有关，可用图示仪测出。一般也用公式估算rbe

)()()(mAmV261200EQbeIrb++W»

2.5三极管的模型及分析方法iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA非线性器件UD=0.7VUCES=0.3ViB≈0iC≈0一.BJT的模型++++i-uBE+-uBCE+Cibeec二.BJT电路的分析方法〔直流〕1.模型分析法〔近似估算法〕VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC例：共射电路如图，三极管为硅管，β=40，试求电路中的直流量IB、IC、UBE、UCE。+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC0.7VβIBecbIC+VCCRc(+12V)4KΩ+UBE—IB+VBBRb(+6V)150KΩ+UCE—解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。UBE=0.7V2.图解法VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+uCE—IB=40μAiC非线性部分线性部分iC=f(uCE)

iB=40μAM(VCC,0)(12,0)(0,3)iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB直流负载线斜率：UCEQ6VICQ1.5mAIB=40μAIC=1.5mAUCEQ=6V直流工作点Q2.6晶体三极管应用原理电流源放大器跨导线性电路

一个理想电流源(CurrentSource)，它的伏安特性是一条水平线，如图，其电流为恒值Io，与端电压v大小无关。更重要的是，这个电流源不是实际提供电流的源，它的电流是由含有电压源的输出负载电路提供的，受控器件的作用仅仅是由输入控制量来确定这个电流值。

i0VCE(sat)2.6.1电流源从原理上来说，一个晶体三极管，假设iB为恒值，它的输出伏安特性如下图，由图可见，当输出负载电路保证v=vCE大于VCE(sat)，管子工作在放大区时，三极管便输出一接近恒值的电流。与理想的电流源相比，实际的电流源的输出电压是单极性，且变化范围有限。同时，由于晶体三极管基区宽度调制效应，输出电流随v的增大而略有增大。2.6.2放大器

放大器(Amplifer)是应用最广泛的一种功能电路，它的作用是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，且不失真地重现输入信号波形。VIQ为工作点电压，vi为欲放大的输入信号电压。可以看到，就电路结构而言，放大电路实际上是上述电流源电路(接上输出负载电路)的延伸，仅是输入控制量中叠加了输入信号。从原理上来说，在输入端，输入信号电压vi(设vi=Vimsinωt)叠加在直流电压VIQ上，作为受控器件的控制量，控制受控电流源电流io。当ui足够小时，io将不失真地反映vi的变化

以共射极放大电路为例

根本电路+

_+

--RC

4k

VCC

12v

Rb

300k

C1

+C2+

vivoVCC

12v

viRC

4k

Rb

300k

C1

++C2

voiE

iC

iB

+

--+

_vCE

vot

t

t

t

iC

iB

t

viviRC

4k

VCC

12v

Rb

300k

VBB

C1

+

C2+vo2.6.2

放大器根据上述讨论，已画出的各端电压和电流的波形，可见，只要RC足够大，输出信号电压振幅Vom就可大于输入信号电压振幅vim，实现放大的功能。为了进一步了解放大器放大信号的实质，对放大电路中的各局部功率作一分析。其中，直流电源VCC提供的功率2．7．2放大器本质上，放大器是在很小输入信号功率控制下，输出