第二章_晶体三极管

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
V(BR)CBO > V(BR)CEO
三极管安全工作区
IC
ICM PCM
IC ICM 要求 VCE<V(BR)CEO PC<PCM
VCE
0
V(BR)CEO
最大允许集电极电流ICM
ICBO
IC
Rb
IB
b
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 Icn。 其能量来自外接电源 VCC 。 另外，集电区和基区 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。
Rc
e
IE
N+
P
N
IE= IEn+IEp IE
IEn IEp
IBB
饱和模式直流简化电路模型
共发射极
IC
IB
B E C B
电路模型
IB +
E
直流简化电路模型
C
IC
B
IB VBE(on) + E
IC
C
T
VBE E
+ VCE(sat) E
+ V - CE(sat)
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。
可见， 为共发射极电流放大系数。
ICEO的物理含义：
直流电流传输方程： I C I B I CEO
N C
ICBO ICn
ICEO +
_
穿透电流：ICEO指基极开路
时，集电极直通到发射极的
B
IB=0
P N+ I EP IEn E
VCE
电流。
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。
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 IE
N+ -
P IB + -
N +
IC
P+ +
N IB - +
P -
IC
V1
V2
V1
V2
2.1.2 电流传输方程 三极管的三种连接方式——三种组态
IE E B IC T C B B E IC IB T E C B C IB T C IE E
（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
（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
I CBO (T2 ) I CBO (T1 ) 2
T2 T1 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)
IE= IF-RIR
N+ P N FIF IR IC= FIF - IR
IE
IF
RIR
IC
R1
-
V1
+
+
V2
-
R2
结论：三极管失去正向受控作用。
第 2 章
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
晶体三极管
放大模式下晶体三极管的工作原理 晶体三极管的其它工作模式 埃伯尔斯—莫尔模型 晶体三极管伏安特性曲线 晶体三极管小信号电路模型 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
集电极 c
三极管结 构及电路符 号
集电区
N P N
温度每升高1C，∆ / 增大（0.5 1）%，即：
(0.005 0.01) / C T
温度每升高1 C ，VBE(on) 减小（2 2.5）mV,即：
VBE(on) T ( 2 2.5)mV / C
温度每升高10 C ，ICBO 增大一倍，即：
T
E
+ VBE E
E
E
E
2.3
埃伯尔斯—莫尔模型
N+
P N IC= FIF - IR
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
IE
IF
RIR
FIF IR
IC
R1
- V1 + 其中
+ V2 -
R2
VBE VT
IE= IF-RIR
IC= FIF -IR
I F I EBS (e
E B
IE
IC T C B IC
共发射极直流电流传输方程
I C I E I CBO
IE IB IC
B
IB T
C
E
E
直流电流传输方程： I C I B I CEO I CEO (1 ) I CBO 其中： 1
的物理含义：
IB
IC
输出特性曲线
IC /mA
输出特性曲线可 划分为四个区域： 饱和区、放大区、
IB = 40 A
30 A
20 A 10 A 0 0 VCE /V
截止区、击穿区。
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。
0
IC
IC
输出曲线不再等间隔平行上移。
0
VCE
截止区（ VBE 0.5V， VCE 0.3V）
IC /mA IB = 40 A
30 A
20 A 10 A 0 0
近似为IB≤0以下区域
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。
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。
截止模式直流简化电路模型
共发射极
IC
电路模型
IB
C B
IC
C
直流简化电路模型 IB 0 IC 0
B
C
IB
B E
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
+
+
T
VCE
-
VBE
-
输入特性： IB= f1E ( VBE )
共发射极
输出特性： IC= f2E ( VCE )
VCE = 常数
IB = 常数
输入特性曲线
VCE一定： 类似二极管伏安特性。
VCE增加：
V(BR)BEO
（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：
I C I CBO I C IE IE 直流电流传输方程： I C I E I CBO
因为IB 在0 -ICBO时，仍满足 I C I B (1 ) I CBO
击Leabharlann Baidu区
IC /mA IB = 40 A
30 A
20 A 10 A 0 V(BR)CEO V(BR)CBO 特点： VCE增大到一定值时，集电结反向击穿，IC急剧增大。 0 VCE /V
IB = -ICBO (IE = 0)
发射结电阻与电容
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 cbc ic
b
b
c
rbe
e
cbe
gmvbe
rce
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 ic
b b c
rbe
e
gmvbe
rce
小信号电路参数
I R I CBS (e
1)
1)
VBC VT
伯尔斯—莫尔模型
IE E RIR B FIF IF IR IC C
IB
IE= IF-RIR
IC= FIF -IR
其中
I F I EBS (e
I R I CBS (e
VBE VT
1)
1)
VBC VT
2.4
晶体三极管伏安特性曲线
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
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。
混合Π型电路模型的引出
c
集电结电阻与电容
ic cbc
b
反映三极管正向受 控作用的电流源
rbc
ib
b
基区体电阻
rbb
rbe e
gmvbe rce
cbe
由基区宽度调制效 应引起的输出电阻
IC /mA
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：
I C I Se
VBE VT
与IC的关系：
IC过小使IB造成 。
VCE (1 ) VA

在IC一定范围内 近似为常数。 IC过大发射效率 造成 。 考虑上述因素，IB等量增加时，
IC=ICn+ICBO
ICn
ICBO
IC
IB
R1
-
V1
+
-
V2
+
R2
IB= IEp+IBB -ICBO = IEp+(IEn-ICn) -ICBO =IE -IC
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。
c Rc
IB
b Rb e
基区，基区的空穴扩散 到发射区—形成发射极 电流 IE (基区多子数目较 少，空穴电流可忽略)。
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
IB /A
VCE =0
0.3V 10V
0 IEBO +ICBO
VBE(on) V /V BE
正向特性曲线略右移。
由于VCE=VCB+VBE
基区宽度调制效应
E B WB C
因此当VBE一定时：
VCEVCB WB 复合机会 IB 曲线右移。
注：VCE>0.3V后，曲线移动可忽略不计。
rbe三极管输入电阻，约千欧数量级。
2.1.3
放大模式下三极管的模型
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 VT VBE VT
I C I E I EBS (e
1) I Se
式中： I S 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。
C
T E
I Cn / I E I Cn I Cn 1 1 I Cn / I E I E I Cn I BB

B E
表示，受发射结电压控制的复合电
流IBB ，对集电极正向受控电流ICn的控制能力。
I Cn IC 若忽略ICBO，则： I E I Cn I B
VCE略增，IC显著增加。
放大区（ VBE 0.7V， VCE>0.3V）
条件 发射结正偏 集电结反偏 具有正向受控作用 特点 满足IC= IB + ICEO VCE曲线略上翘
0 IC /mA IB = 40 A
30 A
20 A 10 A 0 VCE /V
上翘原因—基区宽度调制效应（VCE IC略） 说明 上翘程度—取决于厄尔利电压VA
放大模式直流简化电路模型
共发射极
IC IB
B E C B
电路模型
IB +
E
直流简化电路模型
IB
C B
IC
IB
E
IC
C
T
VBE E
VBE(on) + E
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
基极 b 基区 发射结 b e 符号 发射极 e 三极管结构示意图和符号
(a)NPN 型
集电结
c
发射区
集电极 c 集电区 P N 基极 b
N
集电结
c
N P
基区
发射结 b
发射区
发射极 e
e
符号
三极管结构示意图和符号
(b)PNP 型
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。