第十一章BJT的静态特性
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第十一章BJT的静态特性
（3） 从理论上讲，VEC继续增大，特性曲线还将继续右移， 但当VEC>1V,只要VEB一定，则从发射区注入基区的空穴数一 定，集电极上的反偏电压已足以将发射区注入基区的空穴全 部收集到集电极，因此即使VEC继续增大，IB也不会明显减少， 特性曲线几乎与VCE=1V时重叠在一起。所以输入特性曲线一 般只用两条来描述。
• 在功率BJT中，流过BJT的电流较大，电流集边和 因此导致的局部过热特别有害，所以在功率BJT 中，发射极和基极采用如下图所示的梳状结构
考虑串联电阻效应后BJT的等效电路
• 理想BJT看作本征晶体 管，串联电阻包括体电 阻和接触电阻之和，实 际的E-B结和C-B结的电 压为：
VEB ’ VEBIErEIBrB VEC ' VECIErEICrc
p B ( x) A1 A2 x
pB 0
B
代入边界条 件求解
A 1pB(0) A2[pB(W )pB(0)/]W
基区的少子分布规律
qE VB
pB(0)pB0(eKT1)
qC VB
pB(W )pB 0(eKT 1)
少子在基区的分布近似满足直线分布
此时三极管的基区输运系数：
注入载流子在通过基区的过 程中没有通过复合而损失。
共基极的输入和输出特性曲线
共基极输出特性曲线特点
理论和实验曲线之间具有很好的一致性。 区别：理论曲线对加在晶体管的电压没有限制
实际器件存在击穿电压VCBO
实
理
验
论
曲
曲
线
线
共发射极的输入和输出特性曲线
共发射极输入特性曲线的特点 理论和实验曲线符合的很好
共发射极输出特性曲线的特点
实验和理论曲线的主要区别： 1. IC随VEC的增加而逐渐增加 2. 2. 当VEC增大到一定值时，晶体管发生击穿
• 在功率BJT中，流过BJT的电流较大，电流集边和 因此导致的局部过热特别有害，所以在功率BJT 中，发射极和基极采用如下图所示的梳状结构
考虑串联电阻效应后BJT的等效电路
• 理想BJT看作本征晶体 管，串联电阻包括体电 阻和接触电阻之和，实 际的E-B结和C-B结的电 压为：
VEB ’ VEBIErEIBrB VEC ' VECIErEICrc
p B ( x) A1 A2 x
pB 0
B
代入边界条 件求解
A 1pB(0) A2[pB(W )pB(0)/]W
基区的少子分布规律
qE VB
pB(0)pB0(eKT1)
qC VB
pB(W )pB 0(eKT 1)
少子在基区的分布近似满足直线分布
此时三极管的基区输运系数：
注入载流子在通过基区的过 程中没有通过复合而损失。
共基极的输入和输出特性曲线
共基极输出特性曲线特点
理论和实验曲线之间具有很好的一致性。 区别：理论曲线对加在晶体管的电压没有限制
实际器件存在击穿电压VCBO
实
理
验
论
曲
曲
线
线
共发射极的输入和输出特性曲线
共发射极输入特性曲线的特点 理论和实验曲线符合的很好
共发射极输出特性曲线的特点
实验和理论曲线的主要区别： 1. IC随VEC的增加而逐渐增加 2. 2. 当VEC增大到一定值时，晶体管发生击穿
BJT放大电路原理及特性分析
二 图解法与动态工作分析：
3 工作点与消波失真 （1）工作点在交流
iC G
负载线的中点上
动态范围最大
IC
（2）工作点靠近截 止区
容易产生截止失真
（3）工作点靠近饱和区
容易产生饱和失真
·Q ·Q ·Q
UCE
IBQ
•
D
uCE
继续 返回
休息1 休息2
直流负载线：输入回路直流负载线 ――确定静态工作点 Q 输出回路直流负载线
动态分析：特性曲线 交流负载线：输入回路交流负载线 ――输入信号和输出信号的关系 输出回路交流负载线
返回 休息1 休息2
1 作直流负载线――图解Q点
（1） 输入回路直流负载线
iB
U BB ≈ U BE + I B [(1 + β )Re + Rb ]
U BB
+ (1 + β )Re
)
A 点 坐 标 ：（ UBB， 0）
休息1 休息2
返回
A
uBE
IE
1 作直流负载线――图解Q点
(2) 输出回路直流负载线：
①由输出回路偏置方程：
E C＝ U CE＋ ICR C+IeR e
=U CE+IC(R C+R e)
可得输出回路直流负载线：
/ IC=(EC-UCE) (RC+Re ) 直流负载线
分析方法：图解法
⇒ 交流通道 等效电路法
返回
休息1 休息2
2 直流通道（直流等效电路）
(1) 直流通道画法:
原则：放大电路中所有电容开路， 电感短路， 变压器初级和次级之间开路， 所剩电路即为直流通道 交流信号源取零值
《模拟电路基础-BJT的静态特性曲线
定义共发射极交流电流
放大系数来表示这种
控制能力。
(输出端集电极电流与输出端口集射极电压间的关系曲线)
2.2.2 共射输出特性曲线
(2) vCE变化对iC的影响很小， 在输出特性曲 线上表现 为iB一定而vCE增大时，曲 线略有上翘（iC略有增 大）。这是因为vCE增加使 得集电结反偏电压vCB增大， 会因基区宽调效应而略有 增大。当参变量IB增大时， 上翘的斜率也会增大。
ICBO
B
ICEO
N P
当集电结被加上反向偏压时，流过集电结的
N
反向饱和电流是由空穴进入基极和自由电子 离开基极形成的。
E
由于基极开路，只能由从发射区越过发射结
扩散到基区的自由电子，来补充源源不断进 入集电区的自由电子，并中和进入基区的空
IE= (1+ )IB
穴，其效果是相当于给基极提供了大小等于
ICBO的基极电流。根据：
（1）集电结反向饱和电流ICBO
ICBO是BJT在共基极应用且 发射极开路时，集电结的
ICBO
反向饱和电流。它和二极
管的反向饱和电流的特点
A
相同。
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。
室温时锗三极管的ICBO大小 约为(1～2)μA（高频管）到 几十μA（低频管），甚至几 百μA（大功率低频管）。
对于不同型号的管子：BVCBO为几十伏到上千伏， BVEBO一般只有几伏。三种反向击穿电压有以下关系：
BVEBO <BVCEO < BVCBO
安全工作区
由ICmax、BVCEO、及PCmax三个极限参数，在输 出特性曲线上可画出三极管的安全工作区图，并确 定过损耗区、过电流区和击穿区。
双极型晶体三极管的开关特性
1 0.7 mA 10
0.03mA
iB
3
0.7 10
mA
0.23mA
三极管临界饱和时的基极电流： 而
I BS
VCC uCES
Rc
5 0.3 mA 50 1
0.094 mA
因为0<iB<IBS，三极管工作在放大
状态。iC=βiB=50×0.03=1.5mA，
输出电压：
uo=uCE=UCC-iCRc=5-1.5×1=3.5V
状态称为放大状态。
2．2 双极型晶体三极管的开关特性
（3）三极管的饱和状态和可靠饱和的条件
当输入电压vI增加
：A. iB增加，工作点上移，当工作点上移至Q3点时，三
极管进入临界饱和状态。
B. iB再增加，输出iC将不再明显变化 。
当输入电压vI增加 ：C.工作点向上移至Q3点以上，饱和深度增加，进入可
2．2 双极型晶体三极管的开关特性
（4）三极管开关的过渡过程
td：延迟时间，上升到0.1Icmax tr：上升时间， 0.1Icmax到0.9Icmax
ton = td +tr ton开通时间
ts：存储时间，下降到0.9Icmax tf：下降时间，下降到0.1Icmax
toff = ts +tf toff关断时间
iC＝βiB
uCE＝VCC－ iCRc
可变
饱和
iB＞IBS 发射结正偏 集电结正偏 uBE>0，uBC>0
iC＝ICS uCE＝UCES＝
0.3V 很小， 相当开关闭合
+VCC Rc iC
Rb b
c
uo
ui
iB
e
iB(μA)
模拟电子技术BJT讲义
BJT的V-I特性曲 BJT的主要参数 温度对BJT参数及特性的影
2
§ 4.1.1 BJT的结构简 介
三极管（Bipolar Junction Transistor)图片
3
§ 4.1.1 BJT的结构简 介
NPN型 C 集电极
集电极
C PNP型
N
B
P
基极
N
E
发射极
B 基极
P N P
E 发射极
4
§ 4.1.1 BJT的结构简
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。
+
vo
-
32
§ 4.2 基本共射极放大电路
1. 电路组成
使发射结正偏，并提供适
当的静态IB和VBE。
iC
C b1
+
+
+
v 基极电源与基极 i
电阻
-
Rb VBB
iB
T+
iE
+
集电极电阻RC，将变化 的电流转变为变化的电 压。
+C b2
集电结的反向击穿为雪崩击穿，具有正的温度系数，温度升高， 反向击穿电压提高
29
§ 4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
2. 温度对BJT特性曲线的影响
VBE VBE(T0 25C) (T T0 ) 2.2103 V
温度每升高1oC，vBE减小2mV~2.5mV
动画演示
iC/mA
温度T 输入特
2. 基本共射极放大电路的工作原理
a.静态(直流工作状态) 采用该方法，必须已知三极管的 值。 根据直流通路可知：
IB
VCC VBE Rb
bjt放大电路中的静态工作点
bjt放大电路中的静态工作点BJT放大电路是电子电路中常见的一种电路结构，通过对三极管的合适偏置，可以实现信号的放大功能。
在BJT放大电路中，静态工作点的设置至关重要，它决定了电路的放大效果和稳定性。
静态工作点，也称为静态工作状态或直流工作点，是指在无输入信号时，三极管的工作状态。
通过合适的静态工作点设置，可以确保放大电路在正常工作范围内，同时提供足够的放大增益和线性度。
在BJT放大电路中，静态工作点通常通过直流偏置电压来确定。
偏置电压的设置需要考虑三极管的工作区域，一般分为截止区、饱和区和放大区。
在放大区工作时，三极管的工作最为稳定，放大效果也最好。
为了确定合适的静态工作点，需要考虑电路的直流负载线和负载电阻。
通过分析负载线的斜率和截距，可以确定静态工作点的位置。
同时，还需要考虑三极管的静态参数，如β值、VBE和ICBO等，这些参数直接影响静态工作点的位置和稳定性。
在实际设计中，可以通过仿真软件进行静态工作点的分析和调整。
通过改变偏置电压和负载电阻的数值，可以调整静态工作点的位置，以获得最佳的放大效果和稳定性。
除了考虑静态工作点的位置，还需注意静态工作点的稳定性。
过高或过低的偏置电压都会导致放大电路的失真和不稳定性。
因此，在设计放大电路时，需要综合考虑静态工作点的位置和稳定性，以确保电路的正常工作。
总的来说，BJT放大电路中静态工作点的设置是至关重要的。
通过合理的偏置设置和参数分析，可以确保放大电路具有良好的放大效果和稳定性。
在实际设计中，需要综合考虑电路的各种参数，以实现最佳的性能表现。
只有在静态工作点设置恰当的情况下，放大电路才能发挥出最大的功效，实现信号的有效放大。
晶体三极管BJT资料
b
P N
e
UBE
UCE
b
-
-
e
N P
e
b+
UBE
-
iC + UCE ie
-
e
1、什么叫放大偏置？ 放大偏置——“发射结正偏、集电结反偏” 2、放大偏置时BJT三个电极电位之间的关系：
NPN管 : UC U B U E PNP管 : UC U B U E
识别管脚和判断管型的依据
例 ：测得放大电路中的某只晶体管三个管脚 对机壳的电压如图所示：试判断该管管脚对应 的电极，该管的类型及材料。
三个极的电流之间满足节点电流定律，即
(1)
IE = IC + IB
代入(1)式，得
I C ( I C I B ) I CBO
其中：
1 IC IB I CBO 1 1 I B (1 ) I CBO
1 共射直流电流 放大系数
I C I B (1 ) I CBO
c
ICBO
IC
Rb
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。
IB
b
Rc
e
IE
三极管的电流分配关系 IC = ICn + ICBO
ICBO
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
re
bipolar晶体管原理
bipolar晶体管原理摘要：一、引言二、双极晶体管的工作原理1.结构与分类2.工作原理三、双极晶体管的特性1.静态特性2.动态特性四、双极晶体管的应用领域五、结论正文：【引言】双极晶体管（Bipolar Junction Transistor，简称BJT）是一种最基本的半导体器件，具有放大和开关等功能，是构成各种电子设备的基本单元。
它在现代电子技术中有着广泛的应用，如放大器、振荡器、计算机等。
本文将详细介绍双极晶体管的工作原理、特性及其应用领域。
【双极晶体管的工作原理】【结构与分类】双极晶体管由三个区域组成：n型区（发射极，Emitter，E）、p型区（基极，Base，B）和n型区（集电极，Collector，C）。
发射极和集电极之间的电流可以通过控制基极电流来调节，这就是双极晶体管能够放大和开关的原因。
根据电流放大系数不同，双极晶体管可以分为两类：NPN型和PNP型。
NPN型晶体管的发射极是电子浓度较低的n型区，基极是电子浓度较高的p 型区，集电极是电子浓度较低的n型区；而PNP型晶体管的发射极是电子浓度较高的p型区，基极是电子浓度较低的n型区，集电极是电子浓度较高的p 型区。
【工作原理】双极晶体管的工作原理主要是利用基极电流来控制发射极和集电极之间的电流。
当基极电流增大时，发射极的电子会增多，这些电子会通过基区，进入集电区，从而使集电极电流增大。
反之，当基极电流减小时，发射极的电子减少，集电极电流也会相应减小。
这就是双极晶体管的电流放大作用。
【双极晶体管的特性】【静态特性】双极晶体管的静态特性主要表现在输入电阻、输出电阻和电流放大系数三个方面。
输入电阻是指基极对发射极的电阻，输出电阻是指集电极对基极的电阻。
电流放大系数是指集电极电流与基极电流之比。
【动态特性】双极晶体管的动态特性主要是指其频率响应。
随着工作频率的增加，双极晶体管的电流放大系数会降低，直至趋于零。
当工作频率过高时，双极晶体管将无法正常工作。
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p np
C
B C
B
11.2 理论和实验的偏差
1。理想特性曲线和实验的比较
理论曲线：IE与VCB无关
基区宽度调制效应
实验曲线：VEB一定时， IE随VCB 的增加而增大。 这是因为晶体管的基区很
薄，VCB增大时集电结耗 尽层变宽，有效基区宽度 变窄，导致基区中注入空 穴浓度梯度变大，所以同 样的VEB，IE随VCB增加而 增加。
2.基区宽度调制效应
• 基区准中性宽度随外加电压VEB和VCB的变化而变化的现象 叫基区宽度调制效应或厄利效应（Early效应）
基区宽度调制效应对BJT特性参数的影响
基区宽度调制效应对共基输入和共发射极输出的影响大
• 基区宽度调制效应对共基输入特性曲线的影响大
exp(qVCB/kT)0 W/LB<<1，展开
T
Icp qAD BddpxB IEP qAD BddpxB
x0 xW
1
作业题5：基区宽度对基区少子分布的影响
3 流过发射区、集电区和基区的电流
发射极电流 集电极电流
基极电流 IBIEIC
4 特性参数
1
sinhW( )
1（DE LB NB ） LB
DB LE NE coshW( )
LB
4 特性参数
小量忽略
展开去一级小量
VEB一定，VCB增加，W减小，IE增加
•基区宽度调制效应对共发射极输出的影响大
IC IC pICE O IB ICE
C-B结反向电压增加，W 减小，随VEC的增加而增 加，IB给定后，IC随VEC的 增加而略有增加
1. 理想BJT的基本假设
（1）E-B结和C-B结都是均匀突变结 （2）小注入 （3）耗尽层近似 （4）忽略耗尽层中的产生-复合效应 （5）发射区和集电区的准中性宽度远大于少子的
扩散长度 （6）忽略串联电阻效应 （7）晶体管在稳态条件下工作
坐标系和材料参数符号说明
2. 各区的少子分布函数
• 方法步骤： （1）扩散方程 （2）边界条件 （3）求解方程得到少子分布函数表达式 （4）由少子分布函数求出流过E-B结和C-B
2
cosh() e e
sinh() e e
2
cosh() e e
2
简化关系式
• 因为基区宽度远小于少子的扩散长度，即W<<LB， 0xW
sinh() e e
2
cosh() e e
2
基区少子分布的简化求解方法
基区很薄，忽略基区的热复合和产生，即
方程和通解
0 d 2pB dx 2
第十一章BJT的静态特性
第11章 BJT的静态特性
11.1 理想晶体管模型 （作业2，7，8） 11.2 理论和实验的偏差（作业） 11.3 现代BJT结构（作业）(11.17)
11.1 理想晶体管模型
• 1. 理想BJT的基本假设 • 2. 各区的少子分布函数 • 3. 流过E-B结和C-B结的电子、空穴电流 • 4. 特性参数
共发射极输入特性曲线的特点
（1）VCE=0V，即集电极与发射极相接，相当于集电结与发 射结两个p-n结并联，所以此时的输入特性应为两个二极管并 联后的特性。
（2） VEC>0V, 发射结正偏，集电结反偏，三极管处于放大状 态，发射区注入的空穴只有极小部分在基区复合，大部分被 集电极收集。因此对应于相同的VEB，当VEC>0V时，流向基 极的电流比VEC=0V时小了，特性曲线右移。
方程的解（少 子分布规律）
从B区扩散过E-B 结的电子电流
集电区的扩散方程和边界条件
扩散方程
边界条件
少子分布规律 从C区扩散过CB结的电子电流
基区的扩散方程和边界条件
扩散方程
边界条件 少子的分布
基区的少子分布规律
基区的空穴分布
从E区扩散过EB结的空穴电流
从B区扩散过CB结的空穴电流
sinh() e e
结的电流IEp，IEn, ICp, ICn （5）根据，T，dc, dc的定义求出特性参数
+
扩散方程和边界条件
由pn结定律得耗尽层扩散方程和边界条件
晶体管处于稳态条件， nE 0, 且GL=0
t
扩散方程
边界条件
发射区的少子分布规律和电流
方程的通解
x``
x``
nE(x`)`A 1eL EA 2eL E
（3） 从理论上讲，VEC继续增大，特性曲线还将继续右移， 但当VEC>1V,只要VEB一定，则从发射区注入基区的空穴数一 定，集电极上的反偏电压已足以将发射区注入基区的空穴全 部收集到集电极，因此即使VEC继续增大，IB也不会明显减少， 特性曲线几乎与VCE=1V时重叠在一起。所以输入特性曲线一 般只用两条来描述。
IF0
IR0 qA
F IF 0R IR 0qD A B p B 0
埃伯斯-莫尔方程
E-M模型把晶体管看作具有公
共区域的两只背靠背连接的二 E
极管，对于pnp晶体管，n型
基区就是背靠背连接的二极管 E 的公共区域。
BJT正偏，流过发射结 电流IF，在放大工作状 态，从发射结注入基区 的少子大部分到达集电 极，这部分电流由电流 源FIF表示， F共基极 放大系数。反向工作状 态.......
W LB
sinh(W ) W LB LB
cosh(W ) 1 1 ( W )2
LB
2 LB
作业题6
BJT处于放大工作偏置下各区的少子分布
作业题7pnp
四种偏置模式下少子分布图
正 向 放 大 模 式
作业题7 npn
npn饱和模式
npn截止模式
Npn反向放大模式
双极型晶体管的Ebers-Moll（E-M）模型
共基极的输入和输出特性曲线
共基极输出特性曲线特点
理论和实验曲线之间具有很好的一致性。 区别：理论曲线对加在晶体管的电压没有限制
实际器件存在击穿电压VCBO
实
理
验
论
曲
曲
线
线
共发射极的输入和输出特性曲线
共发射极输入特性曲线的特点 理论和实验曲线符合的很好
共发射极输出特性曲线的特点
实验和理论曲线的主要区别： 1. IC随VEC的增加而逐渐增加 2. 2. 当VEC增大到一定值时，晶体管发生击穿
p B ( x) A1 A2 x
pB 0
B
代入边界条 件求解
A 1pB(0) A2[pB(W )pB(0)/]W
基区的少子分布规律
qE VB
pB(0)pB0(eKT1)
qC VB
pB(W )pB 0(eKT 1)
少子在基区的分布近似满足直线分布
此时三极管的基区输运系数：
注入载流子在通过基区的过 程中没有通过复合而损失。