三极管放大原理

be结正 偏 bc结反偏
发射结应加正向电压（正向偏置）
集电结应加反向电压（反向偏置） 问：若为PNP管，图中电源极性如何？
三极管内载流子的传输过程
动画2－1
三极管内载流子的传输过程
2.电子在基区中的扩散与复合 1.发射区向基区注入电子 为双极型三极管，记为BJT 在集电结上存在漂移运动，由此形成电流 ICBO
VA 6V VB ,VC
C－基极，B－发射极
另一例题参见P30 2.2.2-1
§2.2.3 三极管的主要参数
电流放大系数 三极管的参数是 用来表征管子性 能优劣适应范围 的，是选管的依 据，共有以下三 大类参数。
极间反向电流
极限参数
电流放大系数
共 射 电 流 放 大 系 数
iB
vBE - e VBB
反 向 击 穿 电 压
V(BR)EBO：集电极开路时发射极-基 极间的反向击穿电压。
V(BR)CEO：基极开路时集电极-发射 极间的反向击穿电压
V( BR)CBO V( BR)CEO V( BR )EBO
安全工作区
由ICM、V(BR)CEO、及PCM三个极限参数 可画出三极管的安全工作区图。
E E E (b (b ))) (b
E E E (c (c ))) (c
截止模型
饱和模型
放大模型
三极管的小信号模型
建立小信号模型的意义
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，从而简化放大电路的分析和设计。
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。
基区 发射结(Je) 集电结 基极，用B或b表示（ Base(Jc) ）
三极管符号
两种类型的三极管
结构特点：
• 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
三极管的电流分配与放大作用
正常放大时外加偏置电压的要求
§2.2.2 三极管的特性
三极管在电路中的连接方式
共发射极连接 共基极连接 共集电极连接
三极管的特性曲线
概 念 特性曲线是 指各电极之 间的电压与 电流之间的 关系曲线
输入特性曲线
输出特性曲线
BJT的特性曲线
1. 输入特性曲线 输入电流与输入电压间的关系曲线 iB=f(vBE) vCE=const （以共射极放大电路为例）
e
ΔVI -
正向时PN结电 流与电压成指 数关系
较小Δ VI
如(20mV)
V O 较大的Δ iE AV 三极管基区的 VI 如(1mA) 电流传递作用
Δ V O = Δ iC R L
Δ iC(较大) 如(0.98mA)
电压放大倍数
(较大)
两个要点
三极管的放大作用,主要是 输入电压的变化 , 是通过其 , 依靠它的IE能通过基区传输 然后顺利到达集电极而实现 改变输入电流 , 再通过输入 的。故要保证此传输,一方 电流的传输去控制输出电压 面要满足内部条件,即发射 区掺杂浓度要远大于基区掺 的变化 , 所以是一种电流控 杂浓度,基区要薄;另一方面 制器件。 要满足外部条件,即发射结 正偏,集电结要反偏。
IB
输入端交流开路时的输出电导，即1 / rce。
H参数等效电路
iB
c
b
iC
根据
vbe= hieib+ hrevce
ic= hfeib+ hoevce
可得小信号模型
vBE
vCE
e
BJT双口网络
BJT的H参数模型
H参数等效电路中需注意的几点
h参数小信号模型是用于交流分析
的，不能用于直流分析。
h参数是在某个静态工作点测得的，其数值
三极管的小信号模型
将共射连接三 极管看成一双 端口网络
H 参 数 的 引 出
输入输出端口的 函数表达式
c
b
e
vBE f (iB , vCE ) iC f (iB , vCE )
对输入输出端口的两 函数表达式求微分
v BE f (i B , vCE ) iC f (iB , vCE )
示仪测出。
一般也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ ) re 其中对于低频小功率管 而 rb≈200
(T=300K)
VT (mV) 26(mV) re I EQ (mA) I EQ (mA)
则
26( mV ) rbe 200 (1 ) I EQ ( mA )
b +
c+
iC VCC
vCE
共射极放大电路
直流电流放大系数
=IC / IB | vCE =const
交流电流放大系数
=IC/IBvCE=const
电流放大系数
共 基 电 流 放 大 系 数
直流电流放大系数
α =IC/IE
交流电流放大系数

α = Δ i C/ Δ i E
α 与β间的关系
vBE - e VBB
b +
i BE VCE =V c+ C
vCE
VCC
共射极放大电路
如何判断三极管的电极、管型和材料
当三极管在电路中处于放大状态时
发射结处于正向偏置，且对于硅管 |VBE|=0.7V，锗管|VBE|=0.2V；
集电结处于反向偏置，且|VCB|＞1V；
NPN管集电极电位比发射极电位高， PNP管集电极电位比发射极电位低。
跨导gm
概念： 衡量晶体管输出电流随输入电压
变化的物理量
对于共射电路 c
vBE Vt
diC gm dvBE
1 ( I ESe Q Vt
) Q
I CQ Vt
b e
iC iE I ESe
vBE Vt
厄利电压VA
iC
反映iC～vCE曲线在线性区内水平 概念：
程度（即斜率）的参数
vCE = 0V vCE CE 0V 1V c+ iC VCC
iB
vBE - e VBB
b +
vCE
共射极放大电路
BJT的特性曲线
2. 输出特性曲线 输出电流与输出电压间的关系曲线 vCE vBE CB iv = f(v ) i =const
C CE
B
iB
vCE <vBE 的区域， 饱和区： 输出特性曲线的三个区域: 发射结正偏，集电结正 偏。 iC明显受vCE控制 截止区： B=0的输出曲线 的区域，但不随 iB的增 放大区：i此时，发射结正 以下的区域。此时， 发射 加而增大。在饱和区， 偏，集电结反偏。iC不随 结和集电结均反偏。 iC只有 可近似认为 vCE保持不 vCE变化，但随 iB的增大而 很小的反向电流。 变。对于小功率硅管， 线性增大，且 iC iB 一般vCES＝0.2V。
hie (vBE /iB )
VCE
输出端交流短路时的输入电阻，即 rbe。
H 参 数 物 理 含 义
hre (vBE /vCE )
IB
输入端交流开路时的反向电压传输系数，即
r
h fe (iC /iB )
VCE
输出端交流短路时的电流放大系数，即。
hoe (iC /vCE )
vBE vBE dvCE diB dvBE I V vCE B iB CE iC iC diB dvCE diC V I iB CE vCE B
用相关符号取代上式 中的微分量后得 微分量用交流量 取代，偏微分量 用H参数取代
vbe hieib hrevce ic hfeib hoevce
(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。
当 vCE>1V以后，由于集电结的反偏电压可以在单位时 (2) 当集电结进入反偏状态时， vCB= vCE - vBE随着 vCE的增大而增 间内将所有到达集电结边上的载流子拉到集电极，故 iC 大，集电结的反偏加强。由于基区的宽度调制效应，基区变窄，基区 不随vCE变化，所以同样的vBE下的 iB不变，特性曲线几 复合减少，同样的 vBE下 IB减小，特性曲线右移。 乎重叠。
与静态工作点有关。
h参数中的电流源和电压源都是受控源，
其方向不能随意假定。
H参数简化等效电路
一般采用习惯符号 ib 是受控源 ，且为电流 即 rbe= hie = hfe 控制电流源 。 u = h (CCCS) r = 1/ h
r re ce oe
ib hie
ic
vbe hrevce
国产三极管的命名方式
3 D G 6
A：PNP锗材料 三 表 高 设 极 示 频 计 管 器 管 序 号 件 材 料 和 极 性
B：NPN锗材料
C：PNP硅材料
D：NPN硅材料
三极管的不同封装形式
金属封装
塑料封装
大功率管
中功率管
三极管的结构
集电极，用C或c 半导体三极管的结构示意图如下图所示。它有两种 发射极， 用 E或e 类型 :NPN 型和PNP型。 表示（Collector）。 集电区 发射区 表示（Emitter ）；
b
c e
b c
ICEO
uA +
V e CC Ie =0
ICEO
VCC
集电极最大允许电流ICM
极 限 参 数
三极管正常工作时集电极所 允许的最大工作电流
集电极最大允许功率损耗PCM P CM 值与环境温度有关，温度 愈高，则 P CM 值愈小。当超过 此值时，管子性能将变坏或烧 毁。
V(BR)CBO：发射极开路时集电极-基 极间的反向击穿电压。
另外,基区集电区本身存在的少子， 三极管内有两种载流子参与导电，故称此种三极管 3.集电区收集扩散过来的电子
三极管三个电极间的分配关系
IE=IBN＋ICቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ IB=IBN－ICBO IC=ICN＋ICBO
IE=IB＋IC
三极管的放大作用
+
iE=IE+ΔiE
iC=iE=IC+ΔiC c b RL iB=IB+△iB + ΔVO _
例 题
VC 1.3V ,VB 0.6V
一个BJT在电路中处于 正常放大状态，测得A、 B和C三个管脚对地的直 流电位分别为6V，0.6V， 1.3V。试判别三个管脚 的极名、是硅管还是锗 管？NPN型还是PNP型？
VC VB 1.3 0.6 0.7V
A －集电极
管子为NPN管
hfeib
hoe
vce
电流方向与ib的方向是关联 则 BJT的H参数模型为 的。 ur很小，一般为10-310-4 ， rce很大，约为100k。故一 简化电路
ib rbe
ic
vbe uT vce r 般可忽略它们的影响，得到
ib
rce vce
H参数的确定 一般用测试仪测出； rbe 与Q点有关，可用图
三极管的小信号等效电路
精品课件！
精品课件！
作
业
P260
[P2.12](1)(2)(4)
P261
[P2.14]
Q
vB E
ICQ
基区宽度调制效应
－ VA
vC E
0
VC E Q
diC vCE↑时 dvCE
iC↑ ，输出曲 线向上倾斜
Q

VA VCEQ
vCB↑
I CQ

I CQ VA

rce
集电结空间电 1 荷层厚度↑
VA rce 基区复合 减少I CQ
基区变窄
本节重点
三极管的工作原理 三极管的特性曲线 三极管的参数
22 2
33 3
§2.2.4 三极管的模型
三极管的简化直流模型
B B B
C C C
B B B
C C C
B B B
IIB IB B
IIC IC C
C C C
00 .. 7V 0 .7V 7V
O. V O. 22 V O. 2 V
00 .. 7V 0 .7V 7V
βI βI βI B B B
E E E (a (a ))) (a
ic ie ib (1 ) i e 1



1
极间反向电流
(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。 (2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO
ICBO
uA 即输出特性曲 + 线IB=0那条曲线所 对应的Y坐标的数 值。 ICEO也称为集 电极发射极间穿透 电流。