第二章晶体三极管

ic
c
rbe cbe gmvbe rce
e
电路低频工作时，可忽略结电容影响，因此低频混 Π电路模型简化为：
ib rbb b
b
ic
c
rbe gmvbe rce
e
➢ 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。
rbe
vBE iB
Q
iE iB
E
通常，饱和压降VCE(sat)
硅管VCE(sat) 0.3V 锗管VCE(sat) 0.1V
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。
2.2.2 截止模式 ( E结反偏，C结反偏)
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。
VA
0
VCE /V
基宽WB越小调制效应对IC影响越大则VA越小。
在考虑三极管基区宽度调制效应时，电流IC的
修正方程：
与IC的关系：
IC
I
VBE
e VT
S
(1
VCE VA
)
在IC一定范围内 近似为常数。
IC过小使IB造成 。
0
IC
IC过大发射效率 造成 。 IC
考虑上述因素，IB等量增加时，
输出曲线不再等间隔平行上移。 0
击穿区
IC /mA IB = 40 A
30 A
0
特点：
20 A 10 A
0
IB = -ICBO (IE = 0)
V(BR)CEO
V(BR)CBO VCE /V
VCE增大到一定值时，集电结反向击穿，IC急剧增大。
注意：集电结反向击穿电压，随IB的增大而减小。
IB = 0时，击穿电压为V(BR)CEO IE = 0时，击穿电压为V(BR)CBO
VCE /V
放大区（ VBE 0.7V， VCE>0.3V）
条件
发射结正偏 集电结反偏
IC /mA
IB = 40 A 30 A
具有正向受控作用
20 A
特点 说明
满足IC= IB + ICEO
10 A 0
VCE曲线略上翘 0
VCE /V
上翘原因—基区宽度调制效应（VCE IC略）
上翘程度—取决于厄尔利IC /电mA压VA
c
基区，基区的空穴扩散
到发射区—形成发射极
IB
Rc 电流 IE (基区多子数目较 少，空穴电流可忽略)。
b Rb
e IE
2. 复合和扩散 电子 到达基区，少数与空穴复
合形成基极电流 Ibn，复合 掉的空穴由 VBB 补充。
多数电子在基区继续扩
散，到达集电结的一侧。
三极管中载流子运动过程
c IC
3. 收集 集电结反偏， 有利于收集基区扩散过来 的电子而形成集电极电流
IE= IF-RIR IC= FIF -IR
- V1 +
+ V2 -
R2
VBE
其中
I F I EBS (e VT 1)
VBC
I R ICBS (e VT 1)
伯尔斯—莫尔模型
IE IF E
IR
IC
C
RIR
IE= IF-RIR IC= FIF -IR
IB B
其中
FIF
VBE
I F I EBS (e VT 1)
ICBO
Rb Icn。
IB
其能量来自外接电源
b
VCC 。
Rc
另外，集电区和基区
e IE
的少子在外电场的作用下 将进行漂移运动而形成反
向饱和电流，用ICBO表示。
N+
P
IE= IEn+IEp
IE
IEn
IEp
IBB
N ICn
ICBO
IC=ICn+ICBO IC
IB
R1
-+
V1
-+
V2
R2
IB= IEp+IBB -ICBO = IEp+(IEn-ICn) -ICBO =IE -IC
VBC
I R ICBS (e VT 1)
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。
IC
IB
+
VBE
-
+
T VCE
-
共发射极
输入特性： IB= f1E ( VBE ) VCE = 常数 输出特性： IC= f2E ( VCE ) IB = 常数
➢ 输入特性曲线
N
C ICBO ICn
穿透电流：ICEO指基极开路 时，集电极直通到发射极的 电流。
B
IB=0
P
N+ IEP IEn
ICEO
+ _ VCE
E
➢ 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 ，主要通过受正向发射 结电压控制的IB 控制，而与反向集电结电压VCE近似无 关。
2.E 0.5V， VCE 0.3V）
IC /mA IB = 40 A
30 A
20 A 10 A
近似为IB≤0以下区域
0 0
VCE /V
条件： 发射结反偏，集电结反偏。
特点： 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 IC I B (1 )ICBO
vBE iE
Q
(1
)re
(1
)
26 I CQ
▪ 跨导gm表示三极管具有正向受控作用的增量电导。
gm
iC vBE
Q
iC iE
iE vBE
re
38.5ICQ
▪ rce三极管输出电阻，数值较大。RL<< rce 时，常忽略。
rce
vCE iC
Q
VA I CQ
➢ 简化的低频混Π电路模型
iB b
V(BR)CBO > V(BR)CEO
三极管安全工作区
IC
ICM
IC ICM
PCM
要求 VCE<V(BR)CEO
PC<PCM
0
VCE
V(BR)CEO
▪ 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） ▪ 最大允许集电极耗散功率PCM
➢ 数学模型（指数模型）
三极管的正向受控作用，服从指数函数关系式：
VBE
VBE
IC I E I EBS (e VT 1) ISe VT
式中： IS I EBS
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。
➢ 放大模式直流简化电路模型
共发射极
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。
直流分析法
分析指标：IBQ、ICQ、VCEQ 分析方法：图解法、估算法
交流分析法 分析指标：Av 、Ri 、Ro 分析方法：图解法、微变等效电路法
IE
IE
B
直流电流传输方程： IC I E ICBO
➢ 共发射极直流电流传输方程
IB
IC I E ICBO
B
IE IB IC
E
直流电流传输方程： IC I B ICEO
其中： 1
I CEO (1 )I CBO
IC C
T
B
IC C
T
E
➢ ICEO的物理含义：
直流电流传输方程： IC I B ICEO
T
(0.005
0.01) / C
温度每升高1 C ，VBE(on) 减小（2 2.5）mV,即： VBE(on) (2 2.5)mV / C
T
温度每升高10 C ，ICBO 增大一倍，即：
T2 T1
ICBO (T2 ) ICBO (T1) 2 10
2.2 晶体三极管的其它工作模式 2.2.1 饱和模式 ( E结正偏，C结正偏)
➢ 三极管三种工作模式
•放大模式： 发射结正偏，集电结反偏。 •饱和模式： 发射结正偏，集电结正偏。 •截止模式： 发射结反偏，集电结反偏。 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。
2.1 放大模式下三极管工作原理 1. 发射 发射区的 2.1.1 内部载流子传输过程 电子越过 发射结扩 散到
➢ 混合Π型电路模型的引出
集电结电阻与电容
c ic
反映三极管正向受 控作用的电流源
ib b
基区体电阻
rbc
cbc
rbb
b
rbe
cbe
gmvbe rce
发射结电阻与电容
e
由基区宽度调制效 应引起的输出电阻
➢ 混合Π型小信号电路模型
若忽略rbc影响，整理即可得出混Π电路模型。
ib rbb b
cbc
b
IC C
T
IB B
IC C
T
IB B
IE E
T
B
BE
EC
C
（共基极）
（共发射极） （共集电极）
放大电路的组态是针对交流信号而言的。
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。
➢ 共基极直流电流传输方程
直流电流传输系数：
IE E
I C I CBO I C
集电区
N
集电结
c
P
基区
发射结 b
N
发射区
e
符号
发射极 e 三极管结构示意图和符号
(a)NPN 型
集电极 c
集电区
基极 b
NP NN
P
集电结 基区 发射结 b 发射区
发射极 e
三极管结构示意图和符号 (b)PNP 型
c
e 符号
➢ 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。
IB
B
IC
C
T
E
E
电路模型
直流简化电路模型
IB
B
+ VBE
-
E
IC
C
IB
E
IB
B
VBE(on)+-
E
IC
C
IB
E
VBE(on)为发射结导通电压，工程上一般取： 硅管VBE(on)= 0.7V 锗管VBE(on)= 0.25V
❖ 三极管参数的温度特性
温度每升高1C，∆ / 增大（0.5 1）%，即：
➢ 截止模式直流简化电路模型
共发射极
IB
B
IC
C
T
E
E
电路模型
IB
B
+ VBE
-
E
IC
C
E
直流简化电路模型
IB 0
B
IC 0
C
E
E
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。
IE= IF-RIR
N+
P
IE
IF
RIR
N IC= FIF - IR
FIF
IC
IR
R1
第 2 章 晶体三极管
2.1 放大模式下晶体三极管的工作原理 2.2 晶体三极管的其它工作模式 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
概述
➢ 三极管结 构及电路符 号
基极 b
集电极 c
IE= IF-RIR
N+
P
IE
IF
RIR
N
FIF
IR
IC= FIF - IR IC
R1
-+
V1
+-
V2
R2
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
共发射极
电路模型
直流简化电路模型
IB
B
E
IC
C
T
E
IB
B
+ VBE
-
E
IC
C
+-VCE(sat)
E
IB
B
VBE(on)+-
E
IC
C
+ -VCE(sat)
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。
注：VCE>0.3V后，曲线移动可忽略不计。
➢ 输出特性曲线
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。
IC /mA
IB = 40 A 30 A 20 A 10 A 0
0
饱和区（ VBE 0.7V，VCE<0.3V ）
条件： 发射结正偏，集电结正偏。
特点： IC不受IB控制，而受VCE影响。 VCE略增，IC显著增加。
iC c
T
ib
b
rbe
gmvbe
=ib
ic
c
由于
e
e
(1 )
g m re
rbe
(1 ) rbe
gmvbe gmibrbe ib
因此，等效电路中的gmvbe ，也可用ib表示。
注意：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。
2.6 晶体三极管电路分析方法
IB /A 0.3V
VCE一定：
类似二极管伏安特性。
V(BR)BEO
VCE增加：
正向特性曲线略右移。
IEBO +ICBO
VCE =0 0 VBE(on)
10V VBE /V
由于VCE=VCB+VBE
基区宽度调制效应
E
B
C
因此当VBE一定时：
WB
VCEVCB WB 复合机会 IB 曲线右移。
（PC= IC VCE，若PC> PCM 烧管）
2.5 晶体三极管小信号电路模型
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。
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Π型小信号电 路模型。
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。
IE
N+ P N
IC IE
P+ N P
IC