周圍第02章晶體三極管課件

2.2晶體三極管的其它工作模式2.4晶體三極管伏安特性曲線2.3埃伯爾斯—莫爾模型2.7晶體三極管的應(yīng)用原理2.1放大模式下晶體三極管的工作原理第二章晶體三極管2.5晶體三極管小信號電路模型2.6晶體三極管電路分析方法概述三極管結(jié)構(gòu)及電路符號發(fā)射極E基極BPNN+集電極C發(fā)射極E基極BNPP+集電極CBCEBCE發(fā)射結(jié)集電結(jié)三極管三種工作模式發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。放大模式：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。飽和模式：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。截止模式：注意：三極管具有正向受控作用，除了滿足內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點外，還必須滿足放大模式的外部工作條件。三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點1）發(fā)射區(qū)高摻雜。2）基區(qū)很薄。3）集電結(jié)面積大。發(fā)射結(jié)正偏：保證發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射多子。發(fā)射區(qū)摻雜濃度>>基區(qū)：減少基區(qū)向發(fā)射區(qū)發(fā)射的多子，提高發(fā)射效率?；鶇^(qū)的作用：將發(fā)射到基區(qū)的多子，自發(fā)射結(jié)傳輸?shù)郊娊Y(jié)邊界?；鶇^(qū)很?。嚎蓽p少多子傳輸過程中在基區(qū)的復(fù)合機會，保證絕大部分載流子擴散到集電結(jié)邊界。

集電結(jié)反偏、且集電結(jié)面積大：保證擴散到集電結(jié)邊界的載流子全部漂移到集電區(qū)，形成受控的集電極電流。三極管特性——具有正向受控作用即三極管輸出的集電極電流IC

，主要受正向發(fā)射結(jié)電壓VBE的控制，而與反向集電結(jié)電壓VCE近似無關(guān)。注意：NPN型管與PNP型管工作原理相似，但由于它們形成電流的載流子性質(zhì)不同，結(jié)果導(dǎo)致各極電流方向相反，加在各極上的電壓極性相反。V1NPP+PNN+V2V2V1+

-+

--+-+IEICIBIEICIB觀察輸入信號作用在那個電極上，輸出信號從那個電極取出，此外的另一個電極即為組態(tài)形式。2.1.2電流傳輸方程三極管的三種連接方式——三種組態(tài)BCEBTICIEECBETICIBCEBCTIEIB（共發(fā)射極）（共基極）（共集電極）放大電路的組態(tài)是針對交流信號而言的。的物理含義：表示，受發(fā)射結(jié)電壓控制的復(fù)合電流IBB，對集電極正向受控電流ICn的控制能力。若忽略ICBO，則：ECBETICIB可見，為共發(fā)射極電流放大系數(shù)。

ICEO的物理含義：

ICEO指基極開路時，集電極直通到發(fā)射極的電流。

∵

IB=0IEPICBOICnIEn+_VCENPN+CBEICEOIB=0∴

IEp+(IEn-ICn)=IE-ICn

=ICBO因此：即：三極管的正向受控作用，服從指數(shù)函數(shù)關(guān)系式：2.1.3放大模式下三極管的模型

數(shù)學(xué)模型（指數(shù)模型）

IS指發(fā)射結(jié)反向飽和電流IEBS轉(zhuǎn)化到集電極上的電流值，它不同于二極管的反向飽和電流IS。式中：

三極管參數(shù)的溫度特性溫度每升高1C，?

/

增大（0.5

1）%溫度每升高1C

，VBE(on)減?。?2.5）mV溫度每升高10C

，ICBO增大一倍PNN+V1V2R2R12.2晶體三極管的其它工作模式2.2.1飽和模式(E結(jié)正偏，C結(jié)正偏)-+IFFIF+-IRRIRIE=IF-RIRICIC=FIF-IRIE

結(jié)論：三極管失去正向受控作用。飽和模式直流簡化電路模型ECBETICIB共發(fā)射極通常，飽和壓降VCE(sat)

硅管VCE(sat)0.3V鍺管VCE(sat)0.1V電路模型VBE+-ECBEICIB+-VCE(sat)直流簡化電路模型VBE(on)ECBEICIB+-+-VCE(sat)若忽略飽和壓降，三極管輸出端近似短路。即三極管工作于飽和模式時，相當(dāng)于開關(guān)閉合。2.3埃伯爾斯—莫爾模型埃伯爾斯—莫爾模型是三極管通用模型，它適用于任何工作模式。IE=IF-RIRIC=FIF-IR

其中ECBIEIFRIRICFIFIRIB2.4晶體三極管伏安特性曲線伏安特性曲線是三極管通用的曲線模型，它適用于任何工作模式。IB=f1E(VBE)VCE=常數(shù)IC=f2E(VCE)IB=常數(shù)共發(fā)射極輸入特性：輸出特性：+-TVCEIBVBEIC+-輸入特性曲線VCE=0IB/AVBE/VVBE(on)0.3V10V0V(BR)BEOIEBO+ICBO

VCE一定：類似二極管伏安特性。

VCE增加：正向特性曲線略右移。由于VCE=VCB+VBEWBWBEBC基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)注：VCE>0.3V后，曲線移動可忽略不計。因此當(dāng)VBE一定時：VCEVCB復(fù)合機會

IB

曲線右移。

放大區(qū)（VBE0.7V，

VCE>0.3V）IC/mAVCE/V0IB=40A30A20A10A0特點條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏VCE曲線略上翹具有正向受控作用滿足IC=IB+ICEO說明IC/mAVCE/V0VA上翹程度—取決于厄爾利電壓VA上翹原因—基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)（VCEIC略）在考慮三極管基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)時，電流IC的修正方程：基寬WB越小調(diào)制效應(yīng)對IC影響越大則VA越小。與IC的關(guān)系：IC0在IC一定范圍內(nèi)

近似為常數(shù)。IC過小使IB造成

。IC過大發(fā)射效率

造成

?？紤]上述因素，IB等量增加時，ICVCE0輸出曲線不再等間隔平行上移。

截止區(qū)（VBE0.5V，

VCE

0.3V）IC/mAVCE/V0IB=40A30A20A10A0特點：條件：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。IC

0，IB

0近似為IB≤0以下區(qū)域

嚴(yán)格說，截止區(qū)應(yīng)是IE=

0即IB=

-ICBO以下的區(qū)域。因為IB在0

-ICBO時，仍滿足

三極管安全工作區(qū)ICVCE0V(BR)CEOICMPCM最大允許集電極電流ICM（若IC>ICM造成）

反向擊穿電壓V(BR)CEO（若VCE>V(BR)CEO

管子擊穿）VCE<V(BR)CEO

最大允許集電極耗散功率PCM（PC=ICVCE，若PC>PCM燒管）PC<PCM

要求ICICM放大電路小信號運用時，在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)，特性曲線的非線性可忽略不計，近似用一段直線來代替，從而獲得一線性化的電路模型，即小信號（或微變）電路模型。2.5晶體三極管小信號電路模型三極管作為四端網(wǎng)絡(luò)，選擇不同的自變量，可以形成多種電路模型。最常用的是混合Π型小信號電路模型?；旌夕靶托⌒盘栯娐纺Ｐ偷囊龌鶇^(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻與電容集電結(jié)電阻與電容反映三極管正向受控作用的電流源由基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)引起的輸出電阻ibicbcerbbrbecbecbcrbcbgmvberce小信號電路參數(shù)

rbb基區(qū)體電阻，其值較小，約幾十歐，常忽略不計。

rbe三極管輸入電阻，約千歐數(shù)量級?？鐚?dǎo)gm表示三極管具有正向受控作用的增量電導(dǎo)。

rce三極管輸出電阻，數(shù)值較大。RL<<rce

時，常忽略。

簡化的低頻混Π小信號電路模型由于因此，等效電路中的gmvbe，也可用ib表示。cbeTiCiBrbebcegmvbeibic=ib注意：小信號電路模型只能用來分析疊加在Q點上各交流量之間的相互關(guān)系，不能分析直流參量。由于交流信號均疊加在靜態(tài)工作點上，且交流信號幅度很小，因此對工作在放大模式下的電路進(jìn)行分析時，應(yīng)先進(jìn)行直流分析，后進(jìn)行交流分析。2.6晶體三極管電路分析方法直流分析法分析指標(biāo)：IBQ、ICQ、VCEQ分析方法：圖解法、估算法

交流分析法分析指標(biāo)：Av

、Ri、Ro分析方法：圖解法、微變等效電路法

即分析交流輸入信號為零時，放大電路中直流電壓與直流電流的數(shù)值。2.6.1直流分析法圖解法即利用三極管的輸入、輸出特性曲線與管外電路所確定的負(fù)載線，通過作圖的方法進(jìn)行求解。要求：已知三極管特性曲線和管外電路元件參數(shù)。優(yōu)點：便于直接觀察Q點位置是否合適，輸出信號波形是否會產(chǎn)生失真。（1）由電路輸入特性確定IBQ

寫出管外輸入回路直流負(fù)載線方程(VBEIB)。圖解法分析步驟：在輸入特性曲線上作直流負(fù)載線。找出對應(yīng)交點，得IBQ與VBEQ。（2）由電路輸出特性確定ICQ與VCEQ

寫出管外輸出回路直流負(fù)載線方程(VCEIC)。在輸出特性曲線上作直流負(fù)載線。找出負(fù)載線與特性曲線中IB=IBQ曲線的交點，即Q點，得到ICQ與VCEQ。例1：已知電路參數(shù)和三極管輸入、輸出特性曲線，試求IBQ、ICQ、VCEQ。Q輸入回路直流負(fù)載線方程

VBE=VBB-IBRBVBBVBB/RBVBEQIBQ+-IBVBBIC-+VCCRBRC+-VBE+-VCE輸出回路直流負(fù)載線方程

VCE=VCC-ICRCICVCE0VBEIB0IB=

IBQVCCVCC/RCQICQVCEQ工程近似法--估算法即利用直流通路，計算靜態(tài)工作點。直流通路是指輸入信號為零，耦合及旁路電容開路時對應(yīng)的電路。分析步驟：確定三極管工作模式

。用相應(yīng)簡化電路模型替代三極管。分析電路直流工作點

。只要VBE

0.5V（Ｅ結(jié)反偏）截止模式假定放大模式，估算VCE:若VＣE

>0.3V放大模式若VＣE＜0.3V飽和模式例2已知VBE(on)=0.7V，VCE(sat)=0.3V，=30

，試判斷三極管工作狀態(tài)，并計算VC。解：假設(shè)T工作在放大模式

VCCRCRB(+6V)1k100kT因為VCEQ>0.3V，所以三極管工作在放大模式。VC=VCEQ=4.41V例3若將上例電路中的電阻RB改為10k，試重新判斷三極管工作狀態(tài)，并計算VC。解：假設(shè)T工作在放大模式VCCRCRB(+6V)1k10kT因為VCEQ<0.3V，所以三極管工作在飽和模式。例4已知VBE(on)=0.7V，VCE(sat)=0.3V，=30

，試判斷三極管工作狀態(tài)，并計算VC。解：所以三極管工作在截止模式。VCCRCRB1(+6V)1k100kTRB22k+-VBBRBRC+-VCC<VBE(on)2.6.2交流分析法小信號等效電路法(微變等效電路法)分析電路加交流輸入信號后，疊加在Q點上的電壓與電流變化量之間的關(guān)系。在交流通路基礎(chǔ)上，將三極管用小信號電路模型代替得到的線性等效電路即小信號等效電路。利用該等效電路分析Av

、Ri、Ro的方法即小信號等效電路法。交流通路:

即交流信號流通的路徑。它是將直流電源短路、耦合、旁路電容短路時對應(yīng)的電路。小信號等效電路法分析步驟：畫交流通路(直流電源短路，耦合、旁路電容短路)。

用小信號電路模型代替三極管，得小信號等效電路。利用小信號等效電路分析交流指標(biāo)。計算微變參數(shù)gm、rbe。注意:小信號等效電路只能用來分析交流量的變化規(guī)律及動態(tài)性能指標(biāo)，不能分析靜態(tài)工作點。例5已知ICQ=1mA,=100,vi

=20sint(mV),試畫出圖示電路的交流通路及交流等效電路,并計算vo。virbeibibicRB+-RCRLvo+-viibicRBRC+-RL+-vovi+-iBVBBiCVCCRBRC+-+-RLC1C25k3k6k圖解法確定靜態(tài)工作點(方法同前)。畫交流負(fù)載線。畫波形，分析性能。過Q點、作斜率為-1/RL的直線即交流負(fù)載線。其中RL=RC//

RL分析步驟:圖解法直觀、實用，容易看出Q點設(shè)置是否合適，波形是否產(chǎn)生失真，但不適合分析含有電抗元件的復(fù)雜電路。同時在輸入信號過小時作圖精確度降低。例6輸入正弦信號時，畫各極電壓與電流的波形。tvBE0QvBEiB0iCvCE0QtiBIBQiCtICQtvCE0-1/RLVCEQibvi+-iBVBBiCVCCRBRC+-vBE+-vCE+-+-RLC1C2Q點位置與波形失真：Q點過低，vO負(fù)半周易截止失真。PNP管

Q點過高，vO正半周易飽和失真。Q點過低，vO正半周易截止失真。NPN管

Q點過高，vO負(fù)半周易飽和失真。由于PNP管電壓極性與NPN管相反，故橫軸vCE可改為-vCE。

消除飽和失真降低Q點:增大RB，減小IBQ減小RC:負(fù)載線變徒,輸出動態(tài)范圍增加。消除截止失真升高Q點:減小RB，增大IBQ2.7晶體三極管應(yīng)用原理2.7.1電流源利用三極管放大區(qū)iB恒定時iC接近恒流的特性，可構(gòu)成集成電路中廣泛采用的一種單元電路--電流源。iCvCE0iBVCE(sat)QiCR+-VQ+viB恒值外電路(負(fù)載電路)該電流源不是普通意義上的電流源，因它本身不提供能量。電流源電路的輸出電流IO，由外電路中的直流電源提供。IO只受IB控制，與外電路在電流源兩端呈現(xiàn)的電壓大小幾乎無關(guān)。就這個意義而言，將其看作為電流源。放大器的作用就是將輸入信號進(jìn)行不失真的放大。2.7.2放大器放大原理+-iBviiC