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1、1,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,2,三极管图片,3,概 述,三极管结构及电路符号,发射极 E,基极 B,集电极 C,发射极 E,基极 B,集电极 C,发射结,集电结,第 2 章晶体三极管,主要特性：在满足内部结构的基础上，与工作模式有关。,5,2.1放大模式下三极管工作原理,2.1.1内部载流子传输过程,IEn,IEp,IBB,ICn,ICBO,IE,IC,IB,第 2 章晶体三极管
2、,6,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,只有发射区中的多子通过发射、复合和收集而将电流IEn转化为ICn ，形成正向受控作用；其他电流则为寄生电流。,7,三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，
3、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。,第 2 章晶体三极管,8,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。,2.1.2电流传输方程,三极管的三种连接方式三种组态,(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,9,共基极直流电流传输方程,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,直流电流传输方程：,第 2 章晶体三极管,10,若忽略 I
4、CBO，则：,第 2 章晶体三极管,11,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 = 0,所以IEp+ (IEn- ICn) = IE - ICn = ICBO,因此,第 2 章晶体三极管,12,三极管的正向受控作用，服从指数函数关系式：,2.1.3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,13,放大模式直流简化电路模型,VBE(on) 为发射结导通电压，工程上一般取：,第 2 章晶体三极管,14,三极管参数的温度特性
5、,温度每升高 1C，/ 增大 0.5% 1%，即,温度每升高 1 C ，VBE(on) 减小 (2 2.5) mV，即,温度每升高 10 C ，ICBO 增大一倍，即,第 2 章晶体三极管,/受温度影响最大。,15,2.2晶体三极管的其他工作模式,2.2.1饱和模式(E 结正偏，C 结正偏),- +,+ -,结论：三极管失去正向受控作用。,第 2 章晶体三极管,16,饱和模式直流简化电路模型,饱和导通电压与放大模式下的导通电压近似相等。,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,若忽略饱和压降，三极管输出端近似短路。,17,2.2.2截止模式(E 结反偏，C 结反偏),
6、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。,截止模式直流简化电路模型,第 2 章晶体三极管,18,2.3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。,其中,第 2 章晶体三极管,19,2.4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。,第 2 章晶体三极管,20,21,输入特性曲线,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 + VBE,WB,注：VCE 0.3 V 后，曲线移动可忽略不计。,因此当 VBE 一定时：,V
7、CEVCB, 复合机会 IB 曲线右移。,第 2 章晶体三极管,22,输出特性曲线,饱和区(VBE 0.7 V，VCE 0.3 V),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,23,放大区(VBE 0.7 V， VCE 0.3 V),特点,条件,说明,第 2 章晶体三极管,24,在考虑三极管基区宽度调制效应时，电流 IC 的修正方程,基宽 WB 越小调制效应对 IC 影响越大则VA越小。,考虑上述因素，IB 等量增加时，,输出曲线
8、不再等间隔平行上移。,第 2 章晶体三极管,25,截止区(VBE 0.5 V， VCE 0.3 V),特点：,条件：,发射结反偏，集电结反偏。,IC 0，IB 0,严格说，截止区应是 IE = 0 即 IB = -ICBO 以下的区域。,因为 IB 在 0 -ICBO 时，仍满足,第 2 章晶体三极管,26,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。,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)CEO,IE = 0 时，击穿电压为 V(BR)CBO,V(BR)CBO V(BR)CEO,第 2 章晶体三极管,27,三
9、极管安全工作区,最大允许集电极电流 ICM,(若 IC ICM 造成 ),反向击穿电压 V(BR)CEO,(若 VCE V(BR)CEO 管子击穿),VCE V(BR)CEO,最大允许集电极耗散功率 PCM,(PC = IC VCE，若 PC PCM 烧管),PC PCM,IC ICM,第 2 章晶体三极管,28,放大电路小信号作用时，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。,2.5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。
10、,第 2 章晶体三极管,29,混合型电路模型的引出,第 2 章晶体三极管,30,混合 型小信号电路模型,若忽略 rbc 影响，整理后即可得出混合 型电路模型。,电路低频工作时，可忽略结电容影响，因此低频混合 型电路模型简化为：,第 2 章晶体三极管,31,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。,跨导 gm 表示三极管具有正向受控作用的增量电导。,rce 三极管输出电阻，数值较大。RL rce 时，常忽略。,第 2 章晶体三极管,32,简化的低频混 电路模型,由于,因此，等效电路中的 gmvbe ，也可用 ib 表示。,注意：
11、小信号电路模型只能用来分析叠加在 Q 点上各 交流量之间的相互关系，不能分析直流参量。,第 2 章晶体三极管,33,晶体三极管的四个参量的总瞬时表达式,以电压为自变量的电流表达式,在Q点对交流量展开,34,交流量之间的线性关系式,35,跨导 gm 表示三极管具有正向受控作用的增量电导。,注：和分别是共基极交流电流传输系数和共发射极交流电流传输系数。,36,由于交流信号均叠加在静态工作点上，且交流信号幅度很小，因此对工作在放大模式下的电路进行分析时，应先进行直流分析，后进行交流分析。,2.6晶体三极管电路分析方法,第 2 章晶体三极管,37,放大元件，起电流放大作用，是整个放大电路的核心。,输入
12、,输出,？,参考点,38,作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。,基极电源与基极电阻,39,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,40,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,41,耦合电容： 电解电容，有极性。 大小为10F50F,作用：隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,42,可以省去,电路改进：采用单电源供电,43,44,由于电源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,静态工作点,45,IBQ,ICQ,( ICQ,VCEQ ),(IBQ,VBEQ),46,(IBQ,VBEQ) 和( ICQ,VCEQ )分别对应于输入输出特性
13、曲线上的一个点称为静态工作点。,47,即分析交流输入信号为零时，放大电路中直流电压与直流电流的数值。,2.6.1直流分析法,图解法,即利用三极管的输入、输出特性曲线与管外电路所确定的负载线，通过作图的方法进行求解。,要求：已知三极管特性曲线和管外电路元件参数。,优点：便于直接观察 Q 点位置是否合适，输出信号波形 是否会产生失真。,第 2 章晶体三极管,48,(1)由电路输入特性确定 IBQ,写出管外输入回路直流负载线方程 (VBE - IB)。,图解法分析步骤：,在输入特性曲线上作直流负载线。,找出对应交点，得 IBQ 与 VBEQ。,(2)由电路输出特性确定 ICQ 与 VCEQ,写出管外
14、输出回路直流负载线方程(VCE - IC) 。,在输出特性曲线上作直流负载线。,找出负载线与特性曲线中 IB = IBQ 曲线的交点， 即 Q 点，得到 ICQ 与 VCEQ。,第 2 章晶体三极管,49,例 1已知电路参数和三极管输入、输出特性曲线， 试求 IBQ、ICQ、VCEQ。,Q,输入回路直流负载线方程 VBE = VBB - IBRB,VBEQ,IBQ,输出回路直流负载线方程 VCE = VCC - ICRC (斜率为-1/RC),IB = IBQ,Q,ICQ,VCEQ,第 2 章晶体三极管,50,工程近似法-估算法,即利用直流通路，计算静态工作点。直流通路是指输入信号为零，耦合及
15、旁路电容开路时对应的电路。,第 2 章晶体三极管,51,估算法分析步骤：,确定三极管工作模式 。,用相应简化电路模型替代三极管。,分析电路直流工作点 。,只要 VBE 0.5 V(E 结反偏),截止模式,假定放大模式，估算 VCE ：,若 VE 0.3 V,放大模式,若 VE 0.3 V,饱和模式,第 2 章晶体三极管,52,例 2已知 VBE(on)= 0.7 V ，VCE(sat) = 0.3 V ， = 30 ，试 判断三极管工作状态，并计算 VC。,解：,假设 T 工作在放大模式,因为 VCEQ 0.3 V，所以三极管工作在放大模式 。,VC = VCEQ = 4.41 V,第 2 章
16、晶体三极管,53,例 3 若将上例电路中的电阻 RB 改为 10 k，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,因为 VCEQ 0.3 V，假设不成立，所以三极管工作在饱和模式。,第 2 章晶体三极管,54,例 4 已知 VBE(on)= 0.7 V ，VCE(sat) = 0.3 V ， = 30 ，试 判断三极管工作状态，并计算 VC。,解：,所以三极管工作在截止模式，, VBE(on),第 2 章晶体三极管,55,例 5(1) 已知 VBE(on)= 0.7 V ，VCE(sat) = 0.3 V ， = 100 ，试求晶体三极管的各级电压和电流值。,56,例 6(2) 已知 VBE(on)= 0.7 V ，VCE(sat) = 0.3 V ， = 100 ，试求晶体三极管的各级电压和电流值。,解：,57,58,方框中部分用戴维南定理等效为：,算法一：,分压偏置电路的静态工作点,59,算法二：,60,例 7(3)
