模电三极管讲解

§4.1 双极型晶体管(BJT)
4.1.1 晶体管的结构及类型
NPN型
C
集电极 集电极
C P N P E
PNP型
B
基极
N P N
E
发射极
B
基极
发射极
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BJT的结构特点
集电区： 面积较大
C N P N E
集电极
B
基极
基区：较薄， 掺杂浓度低
发射区：掺 杂浓度较高
发射极
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C N P N
IC / IB
1
②共基极直流电流放大系数
I C I CBO IE
IC / IE
显然，
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1
<1，一般约为0.97~0.99。
(2)交流电流放大系数
①共发射极交流电流放大系数 工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。 基极电流的变化量为iB，相应的集电极电流变化为iC，则共 发射极交流电流放大系数为： iC vCE 常数 iB
IC ICN ICBO
1 IC IB ICBO 1 1
反映 BJT 在共发射极连接时集电极电流 IC 受基极电流 IB 控 制的关系称为共发射极直流电流放大系数
称为集电极与发射极间反向饱和电流
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IC IB IE IB IC (1 ) IB
4.1.3 BJT的V-I特性曲线
BJT的V-I特性曲线能直观地描述各极间电压和电流的关系 1.共射极连接时的V-I输入特性
iB
mA
iC Vcc
A
RB
V
vBE
V
vCE
VBB
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测试线路
(1) 输入特性
vCE一定时iB与vBE的关系
iB
mA
iC Vcc
vCE =0.5V vCE=0V
A
RB V vBE V vCE
很大，当温度上 升时，ICEO增加 很快，所以IC也 相应增加。三极 管的温度特性较 差。 根据放大关系， 由于IBE的存 在，必有电流 IBE。
B
ICBO IBE
IBE
ICBO进入N 区，形成 IBE。
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N + -P + N
E
3.极限参数
(1)集电极最大允许电流ICM
集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降， 当值下降到正常值的三分之二时的集电极电 流即为ICM。
2.BJT的电流分配关系 为了反映扩散到集电区的电流ICN与射极注入电流IE的比例 关系，定义共基极直流电流放大系数为 I CN IE IE IC IB
IC IE ICBO IC IE
1 1 ICEO ICBO (1 ) ICBO 1
放大倍数 随频率变 化曲线
fL 下限截 止频率 通频带：
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上限截 fH 止频率
f
fbw=fH–fL
符号规定
vA VA va
全量vA
小写字母、大写下标，表示全量。 大写字母、大写下标，表示直流量。 小写字母、小写下标，表示交流分量。 va
交流分量va
vA
VA直流分量
t
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§ 4.2 基本共射极放大电路
普通晶体管该电压值比较小，只有几伏
②V(BR)CBO
指发射极开路时，集电极—基极间的反向击穿电压
③V(BR)CEO
指基极开路时，集电极—发射极间的反向击穿电压 当集---射极之间的电压VCE超过一定的数值时，三极 管就会被击穿 手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压 V(BR)CEO
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4.1.5 温度对 BJT参数及特性的影响
1.温度对 BJT参数的影响
(1).温度对ICBO的影响
对温度非常敏感，温度每升高10℃，ICBO增加一倍 (2).温度对β的影响 温度升高， β增加 (3).温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响 温度升高， V(BR)CBO、V(BR)CEO增加
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2.温度对 BJT特性曲线的影响
(1)温度对输入特性的影响 (2)温度对输出特性的影响
iB
50º C
iC 25º C
vBE
温度升高，vBE减小
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vCE
温度升高，ICBO、ICEO、 β增大 输出特性曲线上移
半导体三极管的型号
国家标准对半导体三极管的命名如下: 用字母表示同一型号中的不同规格 3 D G 110 B 用数字表示同种器件型号的序号 用字母表示器件的种类 用字母表示材料 三极管 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管
2. 加压求流法。
it vt
vt Ro vS 0 it
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方法二：测量。 步骤： 1. 测量开路电压。 2. 测量接入负载后的输出电压。
Ro
Vs' ~ vo Vs' ~
Ro
RL
vo'
3. 计算。
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vo Ro 1 RL vo '
四、通频带 Av Avm 0.7Avm
+
vi
-
Rb VB
vo
-
VCC
集电极电源，为 电路提供能量。 并保证集电结反 偏。
基极电源与基极 电阻使发射结正 偏，并提供适当 的静态工作点。
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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。
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双极型三极管的参数
PCM 参数 mW 型号 3AX31D 125 3BX31C 125 3CG101C 100 3DG123C 500 3DD101D 5W 3DK100B 100 3DG23 250W I CM mA 125 125 30 50 5A 30 30A VBRCBO VBRCEO VBREBO V V V 20 12 40 24 45 40 30 300 250 4 25 15 400 325 I C BO μA ≤6 ≤6 0.1 0.35 ≤2mA ≤0.1
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vt
AV
vt Ri it
三、输出电阻Ro 放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们 可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南 等效电路的内阻就是输出电阻。
VS ~
Av
Ro
VS' ~
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如何确定电路的输出电阻Ro ？
方法一：计算。 步骤：
VS
Av
1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。
②共基极交流电流放大系数
iC vCB 常数 iE
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例：VCE=6V时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。
___
I 1 . 5 C I 37.5 0.04 B
I C 2.3 1.5 40 I B 0.06 0.04
在以后的计算中，一般作近似处理： =
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2.极间反向电流
(1)集电极-基极反向饱和电流ICBO
ICBO A
ICBO是集 电结反偏 由少子的 漂移形成 的反向电 流，受温 度的变化 影响。
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(2) 集电极-射极反向饱和电流ICEO
穿透电流
集电结反 偏有ICBO C
ICEO= ICBO+ICBO ICEO受温度影响
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(2) 集电极最大允许耗散功耗PCM
• 集电极电流IC 流过三极管， 所发出的焦耳 热为：
iC ICM
安全工作区
iCvCE=PCM
PC =iCvCE
• 必定导致结温
上升，所以PC 有限制。
PCPCM
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V(BR)CEO
vCE
(3) 反向击穿电压
①V(BR)EBO
指集电极开路时，发射极—基极间的反向击穿电压
流IEN。
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C B IB E
IC IE
C B IB E
IC
IE
NPN型三极管
PNP型三极管
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iC c iB b 输入 回路 e (a ) 输出 回路 iB b
iE e e iE iC c
c (b )
b (c)
晶体管的三种基本接法 (a)共发射极；(b)共集电极；(c)共基极
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B
iB
mA
iC Vcc
A
V vBE V vCE
iC(mA )
此区域满 4 足iC=iB 3 称为线性 区（放大 区）。 2
VBB
100AHale Waihona Puke Baidu
1 3
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6
9
当vCE大 80A 于一定 60A 的数值 时，iC只 40A 与iB有关， 20A iC=iB。 IB=0 12 vCE(V)
第四章
双极结型三极管及放大电路基础
第四章 双极结型三极管及放大电路基础 §4.1 半导体三极管(BJT)
§4.2 §4.3 §4.4 §4.5 §4.6 §4.7
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共射极放大电路 放大电路的分析方法 放大电路静态工作点的稳定问题 共集电极放大电路和共基极电路 组合放大电路 放大电路的频率响应
iB(A)
VBB
80
死区电 压，硅 40 管0.5V， 锗管0.2V。
60
vCE 1V
20
工作压降： 硅管 vBE0.6~0.7V,锗管 vBE0.2~0.3V。
iB f (vBE ) | vCE 常数
0.4
0.8
vBE(V)
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(2) 输出特性 iB一定时vCE 与iC的关系 R
集电极
集电结
B
基极
发射结
E
发射极
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4.1.2 放大状态下BJT工作原理
1.BJT内部载流子的传输过程
前提条件：
发射结正偏 集电结反偏
IC=ICN+ICBO
ICN=IEN-IBN
集电结反偏，有少 基区空穴向发 子形成的反向电流 ICBO。射区的扩散形 B 成IEP。
C
ICBO
ICN
N P
IB=IEP+IBN-ICBO IEP
4.2.1 共射放大电路的基本组成
Rc iC T
+
iB
vs VBB
+
C2
+
Rb
+VCC
-
vBE
-
iE vCE
参考点
图4.2.1 基本共发射极放大电路
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集电极电阻， 将变化的电流 转变为变化的 电压。
RC
+
Cb1
+
Cb2
T
+
耦合电容
放大元件iC= iB，工作 在放大区，要保证集电 结反偏，发射结正偏。
1 3
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iC f (vCE ) | iB 常数
6
9
IB=0 12 vCE(V)
输出特性三个区域的特点:
放大区：发射结正偏，集电结反偏。 即： iC=iB , 且 iC = iB 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 即：vCEvBE ， iB>iC，vCE0.3V 截止区： vBE< 死区电压， iB=0 ， iC=ICEO 0 其它状态
fT MHz *≥ 8 *≥ 8 100
300 8
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§ 4.2 基本共射极放大电路
放大的概念
电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大 成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。 电压放大电路可以用有输入口和输出口的四 端网络表示，如图：
vi
Av
vo
放大的实质：在小信号的作用下，将直流能变为交流能。
共射放大器 三极管放 大电路有 三种形式 共基放大器 共集放大器
以共射放 大器为例 讲解工作 原理
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iC c iB b 输入 回路 e (a ) 输出 回路 iB b
iE e e iE iC c
c (b )
b (c)
晶体管的三种基本接法 (a)共发射极；(b)共集电极；(c)共基极
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例：测量三极管三个电极对地电位如图 试判断三极管的工作状态。
8V
12V 2V
3.3V
3.7V
3.7V
T
3V
T
3V
T
3V
(a)
(b)
(c)
放大
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截止
饱和
4.1.4 晶体管的主要参数
1. 电流放大系数
(1) 直流电流放大系数 ①共发射极直流电流放大系数
IC ICEO IB
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放大电路的性能指标
一、电压放大倍数Av
vo Av vi
二、输入电阻Ri
vi 和vo 分别是输入和输出电压 的有效值。
放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号， 那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大 电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大， 从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。 it Vt ~
iC f (vCE ) | iB 常数
(2) 输出特性
iC(mA ) 4
此区域中vCEvBE, 集电结正偏， iB>iC，vCE0.3V 100A 称为饱和区。
3
2
80: A 此区域中
60A vBE< 死区电压，
A , iB=0, 40 iC= ICEO
称为截止区。 20A
RB 进入P区的电子少部分与
电结。EE
IBN
N+
IEN
B EP EN 基区的空穴复合，形成 =IE-IC 电流IBN ，多数扩散到集
I =I +I -ICN-ICBO
E
V
IE=IEN+IEP ≈IEN
从基区扩 散来的电 子作为集 电结的少 子，漂移 VCC 进入集电 发射结正偏， 结而被收 发射区电子不 集，形成 断向基区扩散， ICN。 形成发射极电