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1、3.1 半导体三极管（BJT）,3.1.1 BJT的结构简介,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,3.1.3 BJT的特性曲线,3.1.4 BJT的主要参数,3.1 半导体三极管（BJT）,半导体三极管的结构示意图如图03.1.01所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。 两种类型的三极管,发射结(Je),集电结(Jc),基极，用B或b表示（Base）,发射极，用E或e 表示（Emitter）；,集电极，用C或c 表示（Collector）。,发射区,集电区,基区,三极管符号,3.1 半导体三极管（BJT）, 发射区的掺杂浓度最高；, 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；, 基区很薄，一般
2、在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。,管芯结构剖面图,结构特点：,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。 外部条件：发射结正偏，集电结反偏。,发射区：发射载流子 集电区：收集载流子 基区：传送和控制载流子 （以NPN为例）,载流子的传输过程,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。,2. 电流分配关系,载流子的传输过程,IE=IB+ IC,根据传输
3、过程可知,2. 电流分配关系,根据,IE=IB+ IC,得到,IE= (1+ ) IB,3. 放大作用,若,vI = 20mV,使,当,则,电压放大倍数,VEE,VCC,VEB,IB,IE,IC,vI,+vEB,+iC,+iE,+iB,iE = 1 mA，,iC = iE = 0.98 mA，,vO =iC RL = 0.98 V，, = 0.98 时，,4. 三极管的三种组态,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。,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,BJT的三种组态,4. 共射放大,VBB,VCC,VBE,IB,IE,IC,v
4、I,+vBE,+iC,+iE,+iB,vI = 20mV,设,若,则,电压放大倍数,iB = 20 uA,vO = -iC RL = -0.98 V，, = 0.98,使,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。 实现这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。 （2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,3.1.3 BJT的特性曲线,vCE = 0V,iB=f(vBE) vCE=const,(2) 当vCE1V时， vCB= vCE - vBE0，
5、集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。,(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1. 输入特性曲线,（以共射极放大电路为例）,(3) 输入特性曲线的三个部分,死区,非线性区,线性区,3.1.3 BJT的特性曲线,1. 输入特性曲线,输出特性曲线,iC=f(vCE) iB=const,输出特性曲线的三个区域:,3.1.3 BJT的特性曲线,2. 输出特性曲线,3.1.4 BJT的主要参数,(1)共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const,1. 电流放大系数,(2) 共发射极交流电流
6、放大系数 =IC/IBvCE=const,3.1.4 BJT的主要参数,1. 电流放大系数,(3) 共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE,(4) 共基极交流电流放大系数 =IC/IE VCB=const,当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不加区分。,1. 电流放大系数,3.1.4 BJT的主要参数,(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO,2. 极间反向电流,ICEO,(1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。,3.1.4 BJT的主要参数,(1) 集电极最大允许电流ICM,(2) 集电极最大允许
7、功率损耗PCM,PCM= ICVCE,3. 极限参数,3.1.4 BJT的主要参数,(3) 反向击穿电压, V(BR)CBO发射极开路时的集电结反 向击穿电压。, V(BR) EBO集电极开路时发射结的反 向击穿电压。, V(BR)CEO基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO,3. 极限参数,3.1.4 BJT的主要参数,由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,（思考题）,1. 既然BJT具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构成一只
8、BJT，试说明其理由。,思 考 题,2. 能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什么？,3. 为什么说BJT是电流控制器件？,思考题,？,3.2 共射极放大电路, 电路组成, 简化电路及习惯画法, 简单工作原理, 放大电路的静态和动态, 直流通路和交流通路, 书中有关符号的约定,3.2 共射极放大电路,输入回路（基极回路）,输出回路（集电极回路）,1. 电路组成,共射电路组成,习惯画法,共射极基本放大电路,2. 简化电路及习惯画法,Vi=0,Vi=Vsint,3. 简单工作原理,静态：输入信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,动态：输入信号不为零时
9、，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,电路处于静态时，三极管个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、 IC、和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。,# 放大电路为什么要建立正确的静态？,4. 放大电路的静态和动态,交流通路,直流通路,共射极放大电路,5. 直流通路和交流通路,？,思 考 题,1. 下列af电路哪些具有放大作用？, 用近似估算法求静态工作点, 用图解分析法确定静态工作点, 交流通路及交流负载线, 输入交流信号时的图解分析, BJT的三个工作区, 输出功率和功率三角形,3.3.1 静态工作情况分析,3.3.2 动态工作情况分
10、析,3.3 图解分析法,共射极放大电路,1. 用近似估算法求静态工作点,根据直流通路可知：,采用该方法，必须已知三极管的 值。,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。,3.3.1 静态工作情况分析,采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。,共射极放大电路,2. 用图解分析法确定静态工作点, 首先，画出直流通路,3.3.1 静态工作情况分析, 列输入回路方程： VBE =VCCIBRb, 列输出回路方程（直流负载线）： VCE=VCCICRc, 在输入特性曲线上，作出直线 VBE =VCCIBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。, 在输出特性曲线上，作出直流负载线
11、 VCE=VCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。,由交流通路得纯交流负载线：,共射极放大电路,vce= -ic (Rc /RL),因为交流负载线必过Q点，即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令RL = Rc/RL,1. 交流通路及交流负载线,则交流负载线为,vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) RL,即 iC = (-1/RL) vCE + (1/RL) VCEQ+ ICQ,3.3.2 动态工作情况分析,2. 输入交流信号时的图解分析,3.3.2 动态工作情况分析,共射极放大电路,# 动态工作时， iB、 iC的实际
12、电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？,通过图解分析，可得如下结论： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。,图解分析,3.3.2 动态工作情况分析,3. BJT的三个工作区,当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。,饱和区特点： iC不再随iB的增加而线性增加，即,此时,截止区特点：iB=0， iC= ICEO,vCE= VCES ，典型值为0.3V,非线性失真,波形的失真,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点达到了三极管 的饱和区而引起的非线性失真。对
13、于NPN管， 输出电压表现为底部失真。,由于放大电路的工作点达到了三极管 的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为顶部失真。,注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,3.3.2 动态工作情况分析,3. BJT的三个工作区,# 放大区是否为绝对线性区？,放大电路的动态范围,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求：,工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,3.3.2 动态工作情况分析,3. BJT的三个工作区,要有合适的交流负载线。,4. 输出功率和功率三角形,要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom 和Iom 都要大。,
14、功率三角形,放大电路向电阻性负载提供的输出功率,在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。,3.3.2 动态工作情况分析,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：,（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）,解：（1）,（2）当Rb=100k时，,静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。,其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：,所以BJT工作在饱和区。,VCE不可
15、能为负值，,此时，Q（120uA，6mA，0V），,例题,3.4.1 BJT的小信号建模,3.4.2 共射极放大电路的小信号模型分析, H参数的引出, H参数小信号模型, 模型的简化, H参数的确定,（意义、思路）, 利用直流通路求Q点, 画小信号等效电路, 求放大电路动态指标,3.4 小信号模型分析法,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理
16、，从而简化放大电路的分析和设计。,3.4.1 BJT的小信号建模,1. H参数的引出,在小信号情况下，对上两式取全微分得,用小信号交流分量表示,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,对于BJT双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,可以写成：,输出端交流短路时的输入电阻；,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；,输入端交流开路时的反向电压传输比；,输入端交流开路时的输出电导。,其中：,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,1. H参数的引出,2. H参数小信号模型,根据,可得小信号模型, H参数都是小
