模电课件--2晶体三极管.ppt

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2.22.2晶体三极管的其它工作模式晶体三极管的其它工作模式2.42.4晶体三极管伏安特性曲线晶体三极管伏安特性曲线2.32.3埃伯尔斯莫尔模型埃伯尔斯莫尔模型2.72.7晶体三极管的应用原理晶体三极管的应用原理2.12.1放大模式下晶体三极管的工作原理放大模式下晶体三极管的工作原理第二章晶体三极管第二章晶体三极管第二章晶体三极管第二章晶体三极管2.52.5晶体三极管小信号电路模型晶体三极管小信号电路模型2.62.6晶体三极管电路分析方法晶体三极管电路分析方法概述概述概述概述三极管结构及电路符号三极管结构及电路符号三极管结构及电路符号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发射结集电结三极管三种工作模式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三极管内部结构特点1）发射区高掺杂。

2）基区很薄。

3）集电结面积大。

2.12.12.12.1放大模式下三极管工作原理放大模式下三极管工作原理放大模式下三极管工作原理放大模式下三极管工作原理2.1.12.1.12.1.12.1.1内部载流子传输过程内部载流子传输过程PNN+-+-+V1V2R2R1IEnIEpIBBICnICBOIEIE=IEn+IEpICIC=ICn+ICBOIBIB=IEp+IBB-ICBO=IEp+（IEn-ICn）-ICBO=IE-IC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：

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。

三极管特性具有正向受控作用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观察输入信号作用在那个电极上，输出信号从那个电极取出，此外的另一个电极即为组态形式。

2.1.22.1.22.1.22.1.2电流传输方程电流传输方程电流传输方程电流传输方程三极管的三种连接方式三种组态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。

共基极直流电流传输方程共基极直流电流传输方程BCEBTICIE直流电流传输系数：

ECECBOCIIIII直流电流传输方程：

CBOECIII共发射极直流电流传输方共发射极直流电流传输方程程ECBETICIB1CBOCEO）1（IICEOBCIII直流电流传输方程：

其中：

CBEIIICBOECIII的物理含义的物理含义：

ECnECn/1/1IIII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：

BCCnECnIIIIIECBETICIB可见，为共发射极电流放大系数。

BBCnCnECnIIIIIICEO的物理含义的物理含义：

ICEO指基极开路时，集电极直通到发射极的电流。

IB=0IEPICBOICnIEn+_VCENPN+CBEICEOIB=0IEp+（IEn-ICn）=IE-ICn=ICBO因此：

CBOCBOCBOCBOCnCEO）1（IIIIIICBOCnCnECnIIIII即：

三极管的正向受控作用，服从指数函数关系式：

2.1.32.1.32.1.32.1.3放大模式下三极管的模型放大模式下三极管的模型放大模式下三极管的模型放大模式下三极管的模型数学模型（指数模数学模型（指数模型）型）TBETBEe）1e（SEBSEVVVVCIIIIIS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。

EBSSII式中：

放大模式直流简化电路模型放大模式直流简化电路模型放大模式直流简化电路模型放大模式直流简化电路模型电路模型VBE+-ECBEICIBIBECBETICIB共发射极直流简化电路模型VBE（on）ECBEICIBIB+-VBE（on）为发射结导通电压，工程上一般取：

为发射结导通电压，工程上一般取：

硅管硅管VBE（on）=0.7V锗管锗管VBE（on）=0.25V三极管参数的温度特性三极管参数的温度特性温度每升高1C，/增大（增大（0.50.511）%，即：

，即：

温度每升高1C，VBE（on）减小减小（22.5）mV,即：

即：

温度每升高10C，ICBO增大一倍，即：

增大一倍，即：

101CBO2CBO122）（）（TTTITI005.0（TC/）01.02（BE（on）TVC/mV）5.2PNN+V1V2R2R12.22.22.22.2晶体三极管的其它工作模式晶体三极管的其它工作模式晶体三极管的其它工作模式晶体三极管的其它工作模式2.2.12.2.1饱和模式饱和模式（EE结正偏，结正偏，CC结正结正偏偏）-+IFFIF+-IRRIRIE=IF-RIRICIC=FIF-IRIE结论：

三极管失去正向受控作用。

饱和模式直流简化电路模型饱和模式直流简化电路模型饱和模式直流简化电路模型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。

2.2.22.2.2截止模式截止模式（EE结反偏，结反偏，CC结反结反偏偏）若忽略反向饱和电流，三极管IB0，IC0。

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截止模式直流简化电路模型截止模式直流简化电路模型截止模式直流简化电路模型直流简化电路模型ECBEIC0IB0HomeNextBack17例题例题例例1.3.1图图1.3.19所示各晶体管处于放大工所示各晶体管处于放大工作状态，已知各电极直流作状态，已知各电极直流电位。

试确定晶体管的类电位。

试确定晶体管的类型（型（NPN/PNP、硅、硅/锗），并说明锗），并说明x、y、z代表的电极。

代表的电极。

xyzVy=12VVx=6.7VVz=6V（a）（b）xyzVy=-6VVx=-12VVz=-6.3V图图1.3.19HomeNextBack18提示：

（1）晶体管工作于放大状态的条件：

NPN管：

VCVBVE，PNP管：

VEVBVC；

（2）导通电压：

硅管|VBE|=0.60.7V，硅管|VBE|=0.20.3V，。

，。

为基极为基极，为发射极为发射极，为集电极为集电极锗管，锗管，为为按照同样方法，可判断按照同样方法，可判断硅管。

硅管。

，故该管为，故该管为于是于是且该管为硅管且该管为硅管为集电极为集电极，为发射极为发射极而而又又为基极为基极解：

解：

bzeycxPNPbNPNVVVcyezVVVVVVVbxVVVaebcyxzxzxy）（,7.03.5,7.0）（HomeNextBack19例例1.3.2已知已知NPN型硅管型硅管T1T4各电极的直流电各电极的直流电位如表位如表1.3.1所示，试确定各晶体管的工作状态。

所示，试确定各晶体管的工作状态。

工作状态工作状态1500.75VC/V0-1.70.30VE/V0-110.7VB/VT4T3T2T1晶体管晶体管提示：

NPN管

（1）放大状态：

VBEVon,VCEVBE;

（2）饱和状态：

VBEVon,VCEVBE;（3）截止状态：

VBE0.3V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。

输出特性曲线输出特性曲线饱和区（VBE0.7V，VCE0.3V）IC/mAVCE/V0IB=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/V0VA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）在考虑三极管基区宽度调制效应时，电流IC的）1（eACESCTBEVVIIVV修正方程：

基宽WB越小调制效应对IC影响越大则VA越小。

与IC的关系：

IC0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，ICVCE0输出曲线不再等间隔平行上移。

截止区（VBE0.5V，VCE0.3V）IC/mAVCE/V0IB=40A30A20A10A0特点：

条件：

发射结反偏，集电结反偏。

IC0，IB0近似为近似为IB0以下区以下区域域严格说，截止区应是IE=0即IB=-ICBO以下的区域。

因为IB在-ICBO时，仍满足CBOBC）1（III击穿区特点：

VCE增大到一定值时，集电结反向击穿，IC急剧增大。

V（BR）CEO集电结反向击穿电压，随IB的增大而减小。

注意：

IB=0时，击穿电压为V（BR）CEOIE=0时，击穿电压为V（BR）CBOV（BR）CBOV（BR）CEOIC/mAVCE/V0IB=40A30A20A10A0IB=-ICBO（IE=0）V（BR）CBO三极管安全工作区三极管安全工作区ICVCE0V（BR）CEOICMPCM最大允许集电极电流ICM（若ICICM造成）反向击穿电压V（BR）CEO（若VCEV（BR）CEO管子击穿）VCEPCM烧管）PCPCM要求ICICM放大电路小信号运用时，在静态工作点附近的小范围内，特性曲线的非线性可忽略不计，近似用一段直线来代替，从而获得一线性化的电路模型，即小信号（或微变）电路模型。

2.52.52.52.5晶体三极管小信号电路模型晶体三极管小信号电路模型晶体三极管小信号电路模型晶体三极管小信号电路模型三极管作为四端网络，选择不同的自变量，可以形成多种电路模型。

最常用的是混合型小信号电路模型。

小写字母、大写下标表示总量（含交、直流）。

如小写字母、大写下标表示总量（含交、直流）。

如vCE、iB等。

等。

大写字母、大写下标表示直流量。

如大写字母、大写下标表示直流量。

如VCE、IC等。

等。

小写字母、小写下标表示纯交流量。

如，小写字母、小写下标表示纯交流量。

如，vce、ib等。

等。

有关符号的约定有关符号的约定上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。

如上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。

如、等。

等。

ceVbI混合混合型电路模型的引出型电路模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混合混合型小信号电路模型小信号电路模型型若忽略rbc影响，整理即可得出混电路模型。

rbercecbccberbbbcegmvbebibic电路低频工作时，可忽略结电容影响，因此低频混电路模型简化为：

rbercerbbbcegmvbebibic小信号电路参数rbb基区体电阻，其值较小，约几十欧，常忽略不计。

rbe三极管输入电阻，约千欧数量级。

CQQEEBBEQBEB26）1（）1（Iriviiivreeb跨导gm表示三极管具有正向受控作用的增量电导。

eEBEECQEBCrviiivigmrce三极管输出电阻，数值较大。

RL0.3V放大模式放大模式若若VE0.3V饱和模式饱和模式例2已知VBE（on）=0.7V，VCE（sat）=0.3V，=30，试判断三极管工作状态，并计算VC。

解：

假设假设T工作在放大模工作在放大模式式A53BBE（on）CCBQRVVImA59.1BQCQIIV41.4CCQCCCEQRIVVVCCRCRB（+6V）1k100kT因为VCEQ0.3V，所以所以三极管三极管工作在工作在放大模式放大模式。

VC=VCEQ=4.41V例3若将上例电路中的电阻RB改为10k，试重新判断三极管工作状态，并计算VC。

解：

假设T工作在放大模式A530BBE（on）CCBQRVVImA9.15BQCQIIV9.9CCQCCCEQRIVVVCCRCRB（+6V）1k10kT因为VCEQ0.3V，所以所以三极管三极管工作在工作在饱和模式饱和模式。

mA7.5CCE（sat）CCCSRVVIV3.0CE（sat）CVV例4已知VBE（on）=0.7V，VCE（sat）=0.3V，=30，试判断三极管工作状态，并计算VC。

解：

所以所以三极管三极管工作在工作在截止模式截止模式。

VCCRCRB1（+6V）1k100kTRB22k+-VBBRBRC+-VCCV12.0B2B1CCB2BBRRVRVk95.1/21BBBBRRRVBE（on）V6CCCVV2.6.22.6.2交流分析法交流分析法小信号等效电路法（微变等效电路法）分析电路加交流输入信号后，叠加在Q点上的电压与电流变化量之间的关系。

在交流通路基础上，将三极管用小信号电路模型代替得到的线性等效电路即小信号等效电路。

利用该等效电路分析Av、Ri、Ro的方法即小信号等效电路法。

交流通路:

即交流信号流通的路径。

它是将直流电源短路、耦合、旁路电容短路时对应的电路。

小信号等效电路法分析步骤：

画交流通路（直流电源短路，耦合、旁路电容短路）。

用小信号电路模型代替三极管，得小信号等效电路。

利用小信号等效电路分析交流指标。

计算微变参数gm、rbe。

注意:

小信号等效电路只能用来分析交流量的变化规律及动态性能指标，不能分析静态工作点。

例5已知ICQ=1mA,=100,vi=20sint（mV）,试画出图示电路的交流通路及交流等效电路,并计算vo。

virbeibibicRB+-RCRLvo+-viibicRBRC+-RL+-vok63.226）1（CQebIrvi+-iBVBBiCVCCRBRC+-+-RLC1C25k）/（LCcoRRivLiRrvebLbRiV）（sin52.1t图解法确定静态工作点（方法同前）。

画交流负载线。

画波形，分析性能。

过Q点、作、作斜率为-1/RL的直线即交流负载线。

其中RL=RC/RL分析步骤:

图解法直观、实用，容易看出Q点设置是否合适，波形是否产生失真，但不适合分析含有电抗元件的复杂电路。

同时在输入信号过小时作图精确度降低。

例6输入正弦信号时，画各极电压与电流的波形。

tvBE0QvBEiB0iCvCE0QtiBIBQiCtICQtvCE0-1/RLVCEQibvi+-iBVBBiCVCCRBRC+-vBE+-vCE+-+-RLC1C2Q点位置与波形失真：

Q点过点过低低，vO负负半周易半周易截止截止失真失真。

PNP管管Q点过点过高高，vO正正半周易半周易饱和饱和失真失真。

Q点过点过低低，vO正正半周易半周易截止截止失真失真。

NPN管管Q点过点过高高，vO负负半周易半周易饱和饱和失真失真。

由于由于PNP管电压极性与管电压极性与NPN管相反，故横轴管相反，故横轴vCE可改为可改为-vCE。

消除饱和失真消除饱和失真降低降低Q点点:

增大增大RB，减小减小IBQ减小减小RC:

负载线变徒负载线变徒,输出动态范围增加。

输出动态范围增加。

消除截止失真消除截止失真升高升高Q点点:

减小减小RB，增大增大IBQ2.72.72.72.7晶体三极管应用原理晶体三极管应用原理晶体三极管应用原理晶体三极管应用原理2.7.12.7.1电流源电流源利用三极管放大区iB恒定时iC接近恒流的特性，可构成集成电路中广泛采用的一种单元电路-电流源。

iCvCE0iBVCE（sat）QiCR+-VQ+viB恒值外电路（负载电路）该电流源不是普通意义上的电流源，因它本身不提供能量。

电流源电路的输出电流IO，由外电路中的直流电源提供。

IO只受IB控制，与外电路在电流源两端呈现的电压大小几乎无关。

就这个意义而言，将其看作为电流源。

放大器的作用就是将输入信号进行不失真的放大。

2.7.22.7.2放大器放大器放大原理+-iBviiCVCCRC+-+-VIQvoVIQtvBE0IBQtiB0tviICQtiC0VCEQtvCE0tvo0利用ib对ic的控制作用实现放大。

电源VCC提供的功率：

放大实质20CCCD21tdiVPCQCCIV三极管集电极上的功率：

20CCEC21tdiVPC2cmCQCEQ21RIIV负载电阻RC上的功率：

20C2L21tdRiPCC2cmC2CQ21RIRICCQCEQCCRIVVLCDPPP注意：

放大器放大信号的实质：

是利用三极管的正向受控作用，将电源VCC提供的直流功率，部分地转换为输出功率。

电源VCC不仅要为三极管提供偏置，保证管子工作在放大区，同时还是整个电路的能源。

电源提供的功率PD除了转换成负载上有用的输出功率PL外，其余均消耗在晶体三极管上（PC）。

三极管仅是一个换能器。

顺时针与逆时针方向三极管个数相等;2.7.32.7.3跨导线性电路跨导线性电路跨导线性环（跨导线性环（TL环）环）vBE2vBE4vBE6vBE8vBE10+-+-+-+-+vBE1vBE3vBE5vBE7vBE9+-+-+-+-+N个放大模式下工作的三极管发射结连成一闭合回路;若各管发射结面积相等，则：

CCWCCWCkkii若各管发射结面积不等，则：

CCWCCWCkkiiCCWCWkkSS其中跨导线性环应用电路跨导线性环应用电路由图知：

VCCT1T2T3T4IXIYioX2C1CiiiY3CiiO4Cii由TL环知：

4C3C2C1Ciiii则：

Y2X4COiiii例1：

设各管发射结面积相等。

当iY为定值时，电路可实现对iX的平方运算。

由图知：

VCCT1T2T3T4IXIYioX1CiiY2CiiO4C3Ciii则：

4C3C2C1CiiiiYXOiii例2：

设各管发射结面积相等。

由TL环知：

若两输入电流中有一个恒定，则可实现对另一电流的平方根运算。