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1、第二章 半导体三极管及其电路分析,模拟电子技术,PN结,复习 PN 结的单向导电性,1 正向偏置（P区接电源正极，N区接电源负极）,外电场的作用使空间电荷区变窄，扩散运动加剧，漂移运动减弱，从而形成正向电流。,PN结,2 反向偏置（P区接电源负极，N区接电源正极）,外电场的作用使空间电荷区变宽，扩散运动变弱，漂移运动加强，从而形成反向电流，也称为漂移电流。,1 正向偏置（P区接电源正极，N区接电源负极）,N型半导体：电子为多子，空穴为少子,P型半导体：空穴为多子，电子为少子,PN 结,2 反向偏置（P区接电源负极，N区接电源正极）,2.1 双极型半导体三极管,又称为双极型晶体管、晶体三极管，简
2、称为晶体管。BJT为英文Bipolar Junction Transistor.,实物图,2.1.1、晶体管的结构及类型,按功率的大小：大功率管和小 功率管; 按频率 ：高频管和低频管； 按材料 ：硅管和锗管； 按结构 ：NPN和PNP；,NPN型,结构剖面图,结构示意图,结构剖面图,结构示意图,PNP型,2.1.2、三极管工作原理(三种状态),1 电路连接,要使NPN型BJT正常放大工作，则必须：,发射结正偏，即b和e之间加正电压VBB；,集电结反偏，即c和e之间加正电压VCC，,1)放大的条件,2 放大,VcVbVe(NPN),EC,N,N,P,E,C,B,ICN,ICBO,IBN,IEN
3、,2)放大的原理,3) 电流之间关系,饱和状态的条件,2 饱和状态,发射结正向偏置，集电结正向偏置，,VbVe、VbVc(NPN) VbVe、VbVc (PNP),4、三极管的三种组态,共集电极，集电极作为公共电极，用CC表示;,共基极，基极作为公共电极，用CB表示。,共发射极，发射极作为公共电极，用CE表示；,发射结正偏，集电结反偏，即 VcVbVe(NPN) Vc0.7V,两个结都正偏，即 VbVe、VbVc(NPN) VbVe、VbVc (PNP),放大,饱和,截止,总结,例：测量三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状。,图 三极管工作状态判断,例：测得某放大电路中BJT的
4、三个电极A、B、C的对地电压分别为VA=6.7V，VB=6V，VC=9V。问：硅还是锗？管子是NPN还是PNP？A、B、C分别对应哪个极？,放大区,A对应基极、B对应发射极,0.7V（硅） 0.2V（锗）,硅管； A、B对应基极 发射极,C肯定是集电极,NPN在放大区时VcVbVe PNP在放大区时VcVbVe,NPN,例：用数字电压表测得VB =4.5 V 、VE = 3.8 V 、VC =8 V，试判断三极管的工作状态。,2.1.3、晶体管的共射特性曲线,特性曲线：晶体管的各电极电压与电流之间的关系曲线。(以NPN为例),（1）输入特性曲线：,由于发射结是正向偏置的PN结，所以它的曲线与P
5、N结的曲线相似。uCE增加时集电结反偏，发射区进入基区的电子更多地流向集电区，因此对应于相同uBE，流向基极的电流比原来时减小。所以曲线往右移动。,输入特性曲线,（2）输出特性曲线：,发射结反偏，且集电结反偏,iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。 此时,截止区,实际上当UBEUth，集电结反偏时可认为三极管处于截止状态,发射结电压大于开启电压，即发射结正向偏置，且集电结反向偏置,iC平行于uCE轴的区域，曲线基本平行等距，。此时,放大区,iC受显著控制的区域，该区域内uCE 的 数值较小，发射结正向偏置，且集电结也正向偏，此时,饱和区,PNP的特性曲线,例：测得NPN型、硅BJT的三个
6、电极b、e、c的对地电压分别为 (1)Vb=6.7V，Ve=6V，VC=9V (2) Vb=8V，Ve=7.3V，VC=7.6V (3) Vb=1V，Ve=2V，VC=9V 问：管子工作在输出特性曲线的什么区？,例：测得PNP型、锗BJT的三个电极b、e、c的对地电压分别为 (1)Vb=-6.2V，Ve=-6V，VC=-9V (2) Vb=1V，Ve=1.2V，VC=1.5V (3) Vb=8V，Ve=7.8V，VC=7V 问：管子工作在输出特性曲线的什么区？, 共射极电流放大系数,2.1.4、晶体管的主要参数,和 在晶体管的很大的一个工作范围之内近似相等。的值一般选择在几十至一百多；太大，管
7、子性能不稳定；太小，管子放大能力差。,UCE/V,=IC/IBvCE=const, 极间反向电流, 集电极基极反向饱和电流ICBO 集电极发射极反向饱和电流ICEO,在一定温度下，这个反向电流基本上是个常数，所以成为反向饱和电流，这个电流很小，它随温度的变化而变化。,该电流从集电区穿过基区流至发射区，所以又称穿透电流。ICEO=（1+）ICBO, 特征频率fT,由于晶体管PN结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数是频率的函数。信号频率增加到一定程度时，值下降。, 极限参数,集电结上允许损耗的功率最大值PCM。超过该值，管子发热，性能下降，甚至烧毁，所以晶体管的使用受到环境温度的限制。硅管的上
8、限温度达150、锗管的达70。为了降低温度，常采用加散热装置的方法。, 最大集电极耗散功率,2.2 三极管基本应用电路及其分析,前提：以NPN共发射极电路为例,在三极管放大电路中，直流信号和交流信号是同时存在的。,以基极电流为例来进行说明,1 参数的表示方法,直流、交信号同时存在,交流信号是被放大的信号,直流信号保证三极管不失真的放大交流信号,图解法,小信号模型,直流电路分析(静态)和交流电路分析(动态),静态: 时，放大电路的工作状态， 也称直流工作状态。,放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态。,动态: 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态
9、。,2.2.1 三极管直流电路分析,1、 工程近似分析（估算）,2、 图解分析, 直流分析静态分析 IBQ ICQ UBEQ UCEQ,2、 图解分析,直流负载线,静态工作点,2.2.2 三极管放大电路分析, 动态分析Au Ri Ro,2、 小信号模型分析,1、 图解分析,Q,图解分析法适用范围不受输入信号大小的限制，大信号放大均可采用图解法 当需要考虑三级管结电容时，就不好用图解法。信号很小时作图精度也差,波形的非线性失真,饱和失真,截止失真,对NPN管,饱和失真,1、产生饱和失真的原因,Q点靠近饱和区,2、消除饱和失真的方法,使Q点移动到放大区，常常减小IB来消除饱和失真,截止失真,1、产
10、生截止失真的原因,Q点靠近截止区,2、消除截止失真的方法,使Q点移动到放大区，常常增加IB消除截止失真,step,2、 小信号模型分析,低频 小信号 变化量,1 使用条件,思想：在合适的条件下，将非线性的三极管转变为熟悉的线性器件（电阻，电源,小信号模型分析分为三极管输入回路、输出回路分析。,输入回路,共发射极输入电阻,故对小信号而言输入回路可以用输入电阻rbe来代替,固定一条输入特性曲线 uCE=UCEQ,小信号输入,输出回路,故输入回路可以用输入电阻rbe来代替,故输出回路可以用受控电流源和rce来代替,注意：电流源为受控源，其流向不可以假定，而是由控制信号ib流向确定，在画小信号模型时，
11、必须标出ib和受控源的流向。, 直流通路和交流通路,定义：在直流电源作用下直流电流流经的通路,1）直流通路,规定：电容视为开路；电感视为短路；信号电压源短路，内阻保留不变；其他元件保持不变。,作用：用于研究静态工作点，使电路处于放大区。,定义：在输入信号作用下交流电流流经的通路。,作用：用于得到小信号等效电路,从而研究电路的动态参数。,规定：电容视为短路；直流电压源视为短路，但保留其内阻（直流电流源开路）；其他元件保留,2）交流通路,3）小信号等效电路,例：电路如图所示，已知VCC=12V，管子的=50，UBEQ=0.7V，R1=20k，R2=4k， RC=4k， RL=4k，求IB、 IC 、UCE,
