電子線路第二章63303課件

第二章晶體三極管

2.0引言

2.1放大模式下晶體三極管工作原理

2.2晶體三極管的其它工作模式

2.3埃伯爾斯—莫爾模型

2.4晶體三極管的伏安特性曲線

2.5晶體三極管的小信號電路模型

2.6晶體三極管電路分析方法

2.7晶體三極管應(yīng)用原理引言組成：三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、集電區(qū)、基區(qū)；三個(gè)極：發(fā)射極E、集電極C、基極B；兩個(gè)結(jié)：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)；

一、晶體管的結(jié)構(gòu)及符號

是兩個(gè)靠得很緊，而且是背對背的PN結(jié)。結(jié)構(gòu)：晶體三極管是帶正電的空穴和帶負(fù)電的電子均參與導(dǎo)電，故又稱為雙極型晶體管。因?yàn)榫w管具有兩個(gè)PN結(jié)，由于兩個(gè)PN結(jié)的相互影響，使得晶體管對外加信號具有放大作用，這一點(diǎn)三極管和二極管截然不同?！?.0引言ECB集電結(jié)CB結(jié)發(fā)射結(jié)EB結(jié)集電極基極發(fā)射極集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)PNN三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、集電區(qū)、基區(qū)；

NPN晶體管示意圖三個(gè)極：發(fā)射極E、集電極C、基極B；兩個(gè)結(jié)：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)。

§2.0引言二、晶體三極管的主要特性：

晶體三極管的主要特性與它的工作狀態(tài)有關(guān)：

放大狀態(tài)：定義為發(fā)射結(jié)外加正偏電壓，集電結(jié)外加

反偏電壓。

飽和狀態(tài)：定義為發(fā)射結(jié)外加正偏電壓，集電結(jié)外加

正偏電壓。

截止?fàn)顟B(tài)：定義為發(fā)射結(jié)外加反偏電壓，集電結(jié)外加

反偏電壓。主要特性：正向受控作用，是實(shí)現(xiàn)放大器的基礎(chǔ)。主要特性：受控開關(guān)特性，是實(shí)現(xiàn)開關(guān)電路的基礎(chǔ)?！?.1放大模式下晶體管的工作原理內(nèi)部載流子的傳輸發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子的過程電子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合的過程集電結(jié)收集電子的過程電流的傳輸方程各極電流之間的關(guān)系式：β和ICEO的物理含義晶體管一般模型指數(shù)模型簡化電路模型一、晶體管內(nèi)載流子的傳輸過程ecbPNN晶體三極管的兩個(gè)PN結(jié)是通過基區(qū)產(chǎn)生耦合作用，連接在一起的。以NPN型晶體三極管為例，分析晶體三極管處于放大模式下，載流子傳輸過程?！?.1

放大模式晶體管的工作原理（2）電子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合的過程：擴(kuò)散過程中又會(huì)與基區(qū)空穴復(fù)合，復(fù)合掉的空穴有外電源補(bǔ)充，形成基極電流IB；由于發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入大量電子，基區(qū)電子濃度增大，于是電子不斷的向集電結(jié)擴(kuò)散。由此可見，IB是電子在基區(qū)與空穴復(fù)合的電流。PNN電子流IECE

BJEVBEVCBJC空穴流IEnIEpIB復(fù)合§2.1

放大模式晶體管的工作原理PNN電子流IECE

BJEVBEVCBJC空穴流IEnIEpIB復(fù)合漂移ICICBO（3）集電結(jié)收集電子的過程：集電結(jié)加較大的反偏，結(jié)電場很強(qiáng)，由基區(qū)擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的電子，迅速漂移越過集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)。流子也要經(jīng)集電結(jié)漂移，構(gòu)成反向飽和電流ICBO。形成從外電路流進(jìn)集電區(qū)的集電極電流IC；另一方面，集電結(jié)兩邊的少數(shù)載§2.1

放大模式晶體管的工作原理（4）運(yùn)動(dòng)過程的載流子電流的關(guān)系：R1PNNIECE

BVBEIBICVCBR2ICpICn2ICBOICn1ICn1

由基區(qū)非平衡少子電子在外電場作用下形成的漂移電子電流。ICp

由集電區(qū)中熱平衡少子空穴，在外電場作用下，形成的漂移空穴電流。ICn2

由基區(qū)中熱平衡少子電子，在外電場作用下，形成的漂移電子電流。集電結(jié)總的載流子電流為：

ICn1+ICp+ICn2；為滿足電中性條件，必須通過外電路向集電區(qū)補(bǔ)充空穴，因此，外電路的電流為IC=ICn1+ICp+ICn2=ICn1+ICBO。

令

ICp+ICn2

=ICBO

?！?.1

放大模式晶體管的工作原理總結(jié)兩個(gè)PN結(jié)，共同形成流入基區(qū)的載流子電流為為滿足電中性條件，必須通過外電路向基區(qū)補(bǔ)充空穴，因此，外電路的電流為：IB的方向?yàn)榛鶚O流入。R1PNNIECE

BVBEIBICVCBR2ICpICn2ICBOICn1IEpIEnIEp+(IEn–ICn1)–(ICp+ICn2)IB=IEp+(IEn–ICn1)–(ICp+ICn2)=IEp+(IEn–ICn1)–ICBO§2.1

放大模式晶體管的工作原理綜上所述可得：IE=IEn+IEp

IC=ICn1+ICp+ICn2=ICn1+ICBO

IB=IEp+(IEn–ICn1)–ICBOIC+IB=ICn1+ICBO+IEp+(IEn–ICn1)–ICBO

=IEn+IEp=IE

即IE=IC+IB

§2.1

放大模式晶體管的工作原理R1PNNIECE

BVBEIBICVCBR2ICpICn2ICBOICn1IEpIEn§2.1

放大模式晶體管的工作原理分析討論：

（1）只有發(fā)射區(qū)中的多子自由電子通過發(fā)射結(jié)基區(qū)集電結(jié)集電區(qū)。并且ICn1的大小只受發(fā)射結(jié)的電壓VBE

的控制。當(dāng)VBE↑IEn

↑ICn1

↑時(shí)，ICn1

的大小幾乎不受集電結(jié)反偏電壓的控制。（2）其它載流子電流，只能分別產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)的電流，而不會(huì)轉(zhuǎn)化另一個(gè)結(jié)的電流。它們對正向控制作用來說都是無用的。稱為晶體三極管的寄生電流。（3）對晶體三極管來說要減小寄生電流，以保證受控載流子的傳輸效率，即提高放大性能。即：將IEn轉(zhuǎn)化為ICn1，二、電流的傳輸方程雙口網(wǎng)絡(luò)V1I2I1V2電流傳輸方程是指晶體三極管在上述正向受控（放大）過程中各極電流之間的關(guān)系。晶體管為三端器件，作為四端網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必定有一個(gè)極作為輸出與輸入端口的公共端點(diǎn)，如下圖所示。

§2.1

放大模式晶體管的工作原理雙口網(wǎng)絡(luò)V1I2I1V2EBCIEBIC共基極組態(tài)BEECIBIC共發(fā)射極組態(tài)BECCIBIE共集電極組態(tài)§2.1

放大模式晶體管的工作原理§2.1

放大模式晶體管的工作原理1.各極電流之間的關(guān)系式：

根據(jù)內(nèi)部載流子傳輸過程分析可知，ICn1是由IEn轉(zhuǎn)化得到的：設(shè)為轉(zhuǎn)化系數(shù)（或稱為轉(zhuǎn)化能力）。定義：（因

IEn>>IEp，故IEn≈IE）。已知：

IC=ICn1+ICBO(共基極連接時(shí)，電流傳輸方程)所以：因ICn<IE，故值恒小于1，但接近于1，一般在0.98以上。通常ICBO很小，尤其是硅材料制作的硅管，一般可忽略。方程可近似為：稱為共基極電流傳輸系數(shù)?！?.1

放大模式晶體管的工作原理將得：（共集電極連接時(shí)，電流傳輸方程）通常ICEO

很小，可忽略，則已知：

IE=IC+IB*

代入此式（共集電極連接時(shí)，電流傳輸方程）（共發(fā)射極連接時(shí)，電流傳輸方程）(共基極連接時(shí)，電流傳輸方程)電流的傳輸方程§2.1

放大模式晶體管的工作原理和ICEO的物理含義：2.將代入故表示晶體三極管的基極電流IB

對集電極電流IC

的控制能力。實(shí)際上表示為IB中受發(fā)射結(jié)電壓控制的電流成分（IB+ICBO）對集電極正向受控電流成分（ICn1=IC–ICBO）的控制能力。通常ICBO

很小，則可忽略。的物理含義：§2.1

放大模式晶體管的工作原理由于接近于1，因此，將遠(yuǎn)大于1。例如時(shí)，表明共發(fā)射極連接時(shí)，晶體三極管具有電流放大作用。但其值有較大的離散性?！?.1

放大模式晶體管的工作原理當(dāng)IB=0時(shí)，

IEp+(IEn–ICn1)=ICBO

所以

其值被放大倍，再加上集電極本身的ICBO

ICEO

遠(yuǎn)大于ICBO

，在常溫下ICEO

也很小，可以忽略。R1PNNIECE

BVBEIBICVCBR2ICpICn2ICBOICn1IEpIEn三、一般模型§2.1

放大模式晶體管的工作原理指數(shù)模型電流傳輸方程

共B組態(tài)共E組態(tài)共C組態(tài)應(yīng)該滿足下列條件：晶體三極管在正向受控作用下，并且在較大電流變化范圍內(nèi)和保持恒值。不論采用哪種方式連接，其輸出電流與輸入電流之間的關(guān)系是線性的?！?.1

放大模式晶體管的工作原理實(shí)際上，控制電流IE或IB是受發(fā)射結(jié)電壓VBE控制的。VBE為發(fā)射結(jié)正向偏置電壓，因此，IE應(yīng)該服從下面的指數(shù)關(guān)系。式中IEBS

為發(fā)射結(jié)的反向飽和電流。則相應(yīng)的集電極電流IC

可近似的表示為：式中§2.1

放大模式晶體管的工作原理在工程分析時(shí)，可忽略二極管的正向?qū)娮?，電路又可等效為：VBEVCEICIBBβIBIC/βC共發(fā)射極連接時(shí)模型VBEVCEICIBBβIBCVBE(on)簡化電路模型§2.1

放大模式晶體管的工作原理晶體三極管的參數(shù)：均為溫度敏感參數(shù)。在工程分析時(shí)，可近似認(rèn)為：每升高1℃增大（0.5~1）%即每升高1℃VBE(on)

減?。?~2.5）mV即

ΔVBE(on)/ΔT=-(2～2.5)mV/℃每升高10℃ICBO

增大一倍，即§2.2晶體三極管的其它工作模式放大模式截止模式飽和模式一、飽和模式當(dāng)兩個(gè)PN結(jié)均加正向偏置電壓。晶體三極管內(nèi)部載流子傳輸過程：

§2.2

晶體三極管的其它工作模式可分解為兩個(gè)方向相反的傳輸過程的疊加。即正向傳輸和反向傳輸。

R1PN+NIECE

BV1IBICV2R2IRIF

正向傳輸§2.2

晶體三極管的其它工作模式發(fā)射結(jié)產(chǎn)生的正向偏置電流為IF，現(xiàn)將它轉(zhuǎn)移到集電極，則為假設(shè)發(fā)射結(jié)正偏置，集電結(jié)零偏。R1PN+NIECE

BV1IBICR2IF

反向傳輸§2.2

晶體三極管的其它工作模式集電結(jié)正偏產(chǎn)生的反向傳輸電流為IR，轉(zhuǎn)移到發(fā)射極的電流為假設(shè)發(fā)射結(jié)零偏置，集電結(jié)正偏置。R1PN+NIECE

BIBICV2R2IR§2.2

晶體三極管的其它工作模式R1PN+NIECE

BV1IBICV2R2IRIF與分別為共基極連接時(shí)，正向電流傳輸系數(shù)和反向電流傳輸系數(shù)。綜合分析：由此可見，在飽和模式下，IE和IC將同時(shí)受到兩個(gè)結(jié)正偏電壓的控制作用，已不再具有放大模式下的正向受控作用?！?.2

晶體三極管的其它工作模式若VBC

IE、ICIR由于增加了IR的空穴電流成分IBIR因此，IC與IE之間或IC與IB之間均不滿足放大狀態(tài)下的電流傳輸方程。R1PN+NIECE

BV1IBICV2R2IRIF在飽和模式下，可近似的用兩導(dǎo)通電壓表示。即VBE(sat)

與VBC(sat)

稱為飽和導(dǎo)通電壓。對硅管一般取VBE(sat)≈VBE(on)=0.7VVBC(sat)≈VBC(on)=0.4V當(dāng)共發(fā)射極連接時(shí)（如圖）：VCE=VCB+VBE=VBE-VBC=0.7V–0.4V=0.3V當(dāng)晶體三極管處于飽和狀態(tài)時(shí)，其飽和壓降為：VCE(sat)=0.3VBEEC+VBE

-+VCB

-+VCE

-§2.2

晶體三極管的其它工作模式飽和模式下共發(fā)射極連接時(shí)的簡化電路模型（如圖）：EBCVBE(on)VCE(sat)(對小功率晶體三極管而言)二、截止模式晶體三極管發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反偏。若忽略它們的反向飽和電流，則可近似認(rèn)為晶體三極管的各極電流為零?！?.2

晶體三極管的其它工作模式截止模式下共發(fā)射極連接時(shí)的，簡化電路模型（如圖）：R1PN+NIECE

BV1IBICV2R2EBCIC=0IB=0§2.3

埃伯爾斯—莫爾模型埃伯爾斯——莫爾模型：是晶體三極管的通用模型，適用于各種工作模式。設(shè)晶體三極管處于飽和模式時(shí)，兩個(gè)結(jié)均加正偏。由前節(jié)可知：IF

為發(fā)射結(jié)正偏電流；IR

為集電結(jié)正偏電流。它們與結(jié)電壓之間均滿足指數(shù)關(guān)系：將其代入右式：則可得晶體三極管的

IE

與IC?！?.3

埃伯爾斯—莫爾模型則晶體三極管的

IE

與IC可分別表示為：根據(jù)上式，畫出相應(yīng)的電路模型：CEBICIBIE§2.3

埃伯爾斯—莫爾模型CEBIFIBICIE§2.3

埃伯爾斯—莫爾模型EBIFIRIBCICIEEBIFIRIBCICIE圖（a）§2.3

埃伯爾斯—莫爾模型

同理將代入得：令：所以同理：式中§2.3

埃伯爾斯—莫爾模型根據(jù)方程組可畫出相對應(yīng)的電路模型：EBIBCICIE圖（b)IEBOICBO§2.3

埃伯爾斯—莫爾模型雖然是在晶體三極管工作在飽和模式下推導(dǎo)出來的，實(shí)際上它是用于各種工作模式下的通用模型。例如發(fā)射極正偏，集電結(jié)反偏。晶體三極管處在放大模式：選用（b）圖模型當(dāng)集電結(jié)反偏時(shí)，通過的電流為反向飽和電流ICBO，其值很小，可以忽略。即此式為共基極連接時(shí)電流傳輸方程。埃伯爾斯——莫爾模型應(yīng)用EBIBCICIE圖（b）IEBOICBO§2.3

埃伯爾斯—莫爾模型選用（a）圖模型當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)IR=-ICBS，其值很小可忽略。即：EBIFIRIBCICIE圖（a）當(dāng)兩個(gè)結(jié)均加反偏時(shí)：晶體三極管則有：IR=-ICBS，IF=-IEBS。工作在截止模式。所以由于ICBS與IEBS均很小可忽略。故IC=0、IE=0，因而IB=0。§2.4晶體三極管的伏安特性引言輸出特性曲線族極限參數(shù)輸入特性曲線族§2.4

晶體三極管的伏安特性晶體三極管的理想伏安特性曲線，可以根據(jù)埃伯爾斯——莫爾方程直接畫出來。理想伏安特性曲線：是不考慮中性區(qū)所固有的體電阻、制造工藝上的離散性以及其它的寄生影響等因素。如果考慮到這些影響，則實(shí)際的伏安特性曲線將偏離理想伏安特性曲線。一般都采用實(shí)驗(yàn)方法逐點(diǎn)描繪出來或用晶體三極管測試儀直接側(cè)得。ECIEBIC共基極組態(tài)+VCB

-+VBE

-BECIBIE共集電極組+VEC

-+VBC

-BECIBIC共發(fā)射極組態(tài)+VCE

-+VBE

-一、引言§2.4

晶體三極管的伏安特性以共發(fā)射極為例：由電路可知：有四個(gè)變量IB、VBE、IC、VCE。輸入特性曲線族輸出特性曲線族或在某些應(yīng)用場合下，還需要其它形式的特性曲線，這些特性曲線都可以從上述的輸入和輸出特性曲線轉(zhuǎn)換得到。例如轉(zhuǎn)移特性曲線族電流放大特性曲線族BECIBIC共發(fā)射極組態(tài)+VCE

-+VBE

-§2.4

晶體三極管的伏安特性二、輸入特性曲線族實(shí)際測量得到的輸入特性曲線族。0IEBO+ICBOV(BR)BEOIB/μAVCE=10VVCE=0.3VVCE=00.70.60.5VBE/V0.8§2.4

晶體三極管的伏安特性基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)：WBVCEWBOIBNPNWBO§2.4

晶體三極管的伏安特性三、輸出特性曲線族實(shí)際測量得到的輸出特性曲線族。放大區(qū)擊穿區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)IC/mAIB=-ICBO(IE=0)V(BR)CBOV(BR)CEOIC=ICBOIC=ICEOVCE/V10μAIB=040μA30μA20μA

根據(jù)外加電壓大小的不同，整個(gè)曲線族可劃分為四個(gè)區(qū)：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)、擊穿區(qū)。§2.4

晶體三極管的伏安特性1、放大區(qū)：

晶體三極管工作在放大模式，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。IC與IB之間滿足直流傳輸方程，即特點(diǎn)：（1）若設(shè)為常數(shù)，當(dāng)IB等量增加時(shí)，輸出特性曲線也將等間隔的平行上移。由于基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)，當(dāng)VCE增大時(shí)，基區(qū)復(fù)合減小，導(dǎo)致和相應(yīng)的略有增大。因此，每一條以IB為參變量的曲線都隨VCE

增大而略有上翹?！?.4

晶體三極管的伏安特性（2）若取VBE

為參變量，作特性曲線：IC

VBE4VBE3VBE2VBE1VCE0AVA

VA稱為厄爾利電壓，其值的大小可用來表示輸出特性曲線的上翹程度。∣VA∣越大，上翹程度就越小。考慮厄爾應(yīng)該加以修正為：利電壓的影響，則§2.4

晶體三極管的伏安特性0VCEICICIC2IC12、截止區(qū)：晶體三極管工作在截止模式，即發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。

工程上可規(guī)定IB=0（相應(yīng)地IC=ICEO）以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。特點(diǎn)：（1）VCE很大，其值接近偏置電壓。（2）嚴(yán)格的說，截止區(qū)應(yīng)該是IE=0以下的區(qū)域。當(dāng)IE=0時(shí)IC=ICBO，IB=-ICBO。§2.4

晶體三極管的伏安特性3、飽和區(qū)：

晶體三極管工作在飽和模式，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。

特點(diǎn)：（1）VCE

很小，其值小于0.3V。（僅適合小功率管）

（2）IC

與IB之間不滿足直流傳輸方程，并且有IC<IB

（3）在工程上，一般忽略IB的影響，并以VCE=0.3V作為放大區(qū)和飽和區(qū)的分界線

（4）由于存在著體電阻和引線電阻，電流越大，在其上產(chǎn)生的壓降就越大，相應(yīng)曲線開始飽和的VCE也就越大，因此，大功率管開始飽和的VCE大于小功率管。（5）如果VCE繼續(xù)減小，并且延伸到負(fù)值方向，IC變?yōu)樨?fù)值，晶體三極管便進(jìn)入反向工作區(qū)?！?.4

晶體三極管的伏安特性反向工作區(qū)放大區(qū)

0VCE

IC

§2.4

晶體三極管的伏安特性4、擊穿區(qū)：隨著VCE增大，加在集電結(jié)上反偏電壓VCB相應(yīng)增大，當(dāng)VCE增大到一定值時(shí)，集電結(jié)發(fā)生反向擊穿，使電流IC劇增。特點(diǎn)：（1）集電結(jié)是輕摻雜的，產(chǎn)生的反向擊穿主要是雪崩擊穿，擊穿電壓較大。（2）在基區(qū)寬度很小的三極管中，會(huì)發(fā)生特有的穿通擊穿。即VCE增大，VCB相應(yīng)增大，導(dǎo)致集電結(jié)寬度增寬，直到集電結(jié)與發(fā)射結(jié)相遇，基區(qū)消失。（3）集電極反向擊穿電壓隨IB增大而減?。ㄅ鲎矙C(jī)會(huì)增加）。當(dāng)IE=0，即IC=ICBO，IB=-ICBO時(shí)，擊穿電壓最大用V(BR)CBO表示。

V(BR)CBO>V(BR)CEO

當(dāng)基極開路，即IB=0，IC=ICBO時(shí)，擊穿電壓為V(BR)CEO。§2.4

晶體三極管的伏安特性四、極限參數(shù)PCMVCE0V(BR)CEOICMIC安全區(qū)ICM最大允許集電極電流。V(BR)CEO集電極反向擊穿電壓。PCM最大允許集電極耗散功率?！?.5晶體三極管的小信號電路小信號電路模型小信號電路模型導(dǎo)出h參數(shù)的物理意義輸入電阻rbe的計(jì)算§2.5

晶體三極管的小信號電路當(dāng)疊加在Q點(diǎn)上的各交流量足夠小時(shí)，它們之間的關(guān)系可近似用線性函數(shù)描述，則相應(yīng)等效的線性電路，就是晶體三極管的小信號電路模型。設(shè)在晶體三極管各極直流電壓和電流上疊加一增量電壓和電流（即交流量）。以共發(fā)射極組態(tài)為例：根據(jù)電路圖有iB=IBQ+ib，vBE=VBEQ+vbe

iC=ICQ+ic，vCE=VCEQ+vce

其中IBQ、ICQ、VBEQ、VCEQ為直流分量，是由直流靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)所確定的電壓和電流。iBiCVBEVBBR

VCCVCEvs小信號電路模型§2.5

晶體三極管的小信號電路注意：大寫字母、大寫下標(biāo)，表示直流量。例如IB、VBE等，如增加下標(biāo)Q，是用來限定Q點(diǎn)上的直流量，小寫字母、小寫下標(biāo)，表示交流量。例如ib、vbe等。小寫字母、大寫下標(biāo)，表示總瞬時(shí)量。例如iB、vBE等。如IBQ、VBEQ等。為了避免符號混淆，應(yīng)服從下面約定。§2.5

晶體三極管的小信號電路晶體三極管可等效為二端網(wǎng)絡(luò).iBvBEvCEiC雙口網(wǎng)絡(luò)晶體三極管的小信號電路模型，可以通過數(shù)學(xué)分析逐步推導(dǎo)出：對四個(gè)變量iB、iC、vBE、vCE可以用其中的兩個(gè)如取iB與vCE作為自變量，則輸入回路的非線性函數(shù)輸出回路的非線性函數(shù)變量作為自變量，另外兩個(gè)變量作為自變量的非線性函數(shù)。小信號電路模型導(dǎo)出§2.5

晶體三極管的小信號電路用冪級數(shù)在Q點(diǎn)上對交流量展開，得高階項(xiàng)高階項(xiàng)其中§2.5

晶體三極管的小信號電路高階項(xiàng)若交流量很小，則高階項(xiàng)可以忽略。高階項(xiàng)所以令：上述方程可寫為：輸入回路輸出回路

§2.5

晶體三極管的小信號電路計(jì)算當(dāng)令vce=0時(shí)，則有vbe=h11ib

故輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻用rbe表示，即h11=rbe（單位：歐姆）當(dāng)令ib=0時(shí)則有vbe=h12vce

故輸入端交流開路時(shí)的反向電壓

傳輸系數(shù)其值很小可忽略，無量綱?！?.5

晶體三極管的小信號電路當(dāng)令vce=0時(shí)則有ic=h21

ib

故輸出端交流短路時(shí)的正向電流傳輸系數(shù)h21通常用β表示，無量綱。當(dāng)令ib=0時(shí)則有ic=h22vce

故輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)（單位，西門子）1/h22=rce§2.5

晶體三極管的小信號電路由輸入回路和輸出回路方程，可畫出晶體三極管的小信號電路模型。輸入回路得：輸出回路得：

ibvbeβibrbeh12vceBECvceicβibrceEibBCTEvbevceic如圖為共E接法雙口網(wǎng)絡(luò)?！?.5

晶體三極管的小信號電路將兩電路組合成為晶體三極管的小信號電路模型：ib共發(fā)射極小信號電路模型vbevceicβibrbeh12vcerceibvbeβibrbeh12vceBECvceicβibrceEibB共發(fā)射極接法雙口網(wǎng)絡(luò)CTEvbevceic§2.5

晶體三極管的小信號電路晶體三極管輸入與輸出回路電流變量與電壓變量之間的關(guān)系：ib共發(fā)射極小信號電路模型vbevceicβibrbeh12vcerceibB共發(fā)射極接法雙口網(wǎng)絡(luò)CTEvbevceic§2.5

晶體三極管的小信號電路

由網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的定義，指出四個(gè)參數(shù)（h11h12h21h22）和晶體管特性曲線之間的關(guān)系及其物理意義。ΔvBE0

VBEQΔiBQvBEIBQiB當(dāng)vCE為固定值時(shí)(vCEQ)，vBE對iB的偏導(dǎo)，從輸入特性看就是在某條曲線上(vCE=vCEQ)Q處曲線斜率的倒數(shù)。曲線較平直的部分有：所以用Q點(diǎn)附近的來近似這點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)是可以得。由圖可知，Q點(diǎn)越高，則h11越小。

h參數(shù)的物理意義§2.5

晶體三極管的小信號電路ΔvBEΔvCEvBEVBEQQIBQiB0當(dāng)iB為固定值時(shí)，vCE對vBE的影響的大小。

§2.5

晶體三極管的小信號電路0ΔiBΔiCvCEiCVCEQICQ

Q當(dāng)vCE為固定值時(shí)(vCEQ)，iB對iC的影響。反映了晶體管對電流的放大能力。從圖中可知，Q點(diǎn)附近曲線間距越大，則h21越大，反之越小。

當(dāng)iB為固定值時(shí)，vCE對iC的影響的。從圖中可知，輸出特性越傾斜，h22越大。h22是Q點(diǎn)切線的斜率。

§2.5

晶體三極管的小信號電路

輸入電阻，其反映了輸出電壓vCE不變時(shí)，輸入電壓vBE對輸入電流iB的影響程度。

反向電壓傳輸系數(shù)，其反映了iB不變時(shí)輸出電壓vCE對輸入電壓vBE的影響程度。

正向電流傳輸系數(shù)，其反映了晶體管對電流的放大能力。

輸出電導(dǎo)，其反映了iB不變時(shí)輸出電壓vCE對輸出電流iC的影響程度?！?.5

晶體三極管的小信號電路在實(shí)際應(yīng)用中h12很小，而h22對與它相并聯(lián)的負(fù)載來說很大。因此，它們在電路中可以忽略，因此電路可簡化。ib共發(fā)射極小信號電路模型vbevceicβibrbeh12vcerceib簡化電路模型vbevceicβibrbe簡化§2.5

晶體三極管的小信號電路BCENPrcNrbb’reB’晶體管的內(nèi)部電阻在低頻運(yùn)用中，rbb’約為200Ω（h21通常用β表示）

晶體管輸入電阻rbe的計(jì)算B+Eicrbb’reB’晶體管的輸入回路vbe-ibie§2.5

晶體三極管的小信號電路求值，先求iE。由PN結(jié)的伏安特性可得：

（∵vBE>0.1V，∴

）對上式微分：∵在靜態(tài)時(shí)，iE=IE，VT=26mV；∴

B+Eicrbb’reB’

晶體管的輸入回路vbe-ibie§2.5

晶體三極管的小信號電路若取vBE、vCE為自變量，則有輸入回路的非線性函數(shù)則有輸出回路的非線性函數(shù)用冪級數(shù)在Q點(diǎn)上對交流量展開，得：高階項(xiàng)高階項(xiàng)其中§2.5

晶體三極管的小信號電路所以:高階項(xiàng)

高階項(xiàng)

若交流量很小，則高階項(xiàng)可以忽略。故有：§2.5

晶體三極管的小信號電路令：則上述方程為：輸入回路輸出回路根據(jù)電路方程畫出等效電路：輸入回路ibgbcvcevbeBEgbe輸出回路vceicCE1/gcegmvbe§2.5

晶體三極管的小信號電路將兩電路組合成為，晶體三極管的小信號電路模型：EvceicgmvbeCibgbcvcevbeBE1/gbe1/gceibgbcvcevbeBEgbevceicCE1/gcegmvbe§2.5

晶體三極管的小信號電路計(jì)算gbe、gbc、gm、gce等參數(shù)：令所以gm表示正向受控作用的增量電導(dǎo)，稱為晶體三極管的互導(dǎo)或跨導(dǎo)。令稱為晶體三極管的輸入電阻。§2.5

晶體三極管的小信號電路式中α和β分別稱為共基極交流電流傳輸系數(shù)和共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)。由于iC與iE、iC與iB之間均為線性關(guān)系。即因而今后不再在符號上加以區(qū)別，一律用α和β書寫。計(jì)算re：所以§2.5

晶體三極管的小信號電路由基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)引入的兩個(gè)小信號參數(shù)：式中為集電極在Q點(diǎn)上的電流。一般情況下VCEQ<<|VA|，因此有

rce一般在105Ω——106Ω范圍內(nèi)，若與它并聯(lián)的外電路電阻小于104Ω，則rce可以忽略。§2.5

晶體三極管的小信號電路

gbc=1/rbc稱為反饋電導(dǎo)，表示輸出交流電壓vce對輸入交流電流ib的反作用。gbc遠(yuǎn)小于gce，在工程分析時(shí)，一般均忽略不計(jì)。因此，晶體三極管的小信號電路模型可簡化為：EvceicgmvbeCibrbevbeBE§2.5

晶體三極管的小信號電路若考慮rce的影響時(shí)，等效電路為：EvceicgmvbeCibrbevbeBErce若考慮基區(qū)串聯(lián)電阻rbb'

的影響時(shí)，等效電路為：

在IEQ過大時(shí)，rb'e過小，rbb'的影響顯著。Evceicgmvb'eCibrb'evbeBErcevb'erbb'b'§2.5

晶體三極管的小信號電路當(dāng)晶體三極管在高頻工作時(shí)，還必須考慮結(jié)電容的影響，則等效電路為：Evcegmvb'eCrceicibrb'evbeBEvb'erbb'Cb'cb'Cb'e混合π型小信號電路模型§2.5

晶體三極管的小信號電路將上述的兩種簡化等效電路進(jìn)行比較；vbe

rbe

ib

BEECvceicβibEvceicgmvbeCibrbevbeBE得故§2.5

晶體三極管的小信號電路總結(jié)：（1）對于四端網(wǎng)絡(luò)，選擇不同的自變量，還可以形成其它形式的電路模型。但它們都是等價(jià)的，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（2）除了共發(fā)射極連接型式外，還可以連接成共集電極與共基極的電路模型。（3）小信號電路模型，是用來描述疊加在直流分量上的各交流分量之間的依存關(guān)系，與直流的極性或電流流向無關(guān)。（4）無論哪種類型的晶體三極管，它們的小信號電路模型是一樣的?！?.6晶體三極管電路分析法圖解分析法工程近似分析法小信號等效電路分析法一、圖解法§2.6

晶體三極管電路分析法用作圖的方法定量的分析放大器的基本性能稱為放大器的圖解分析法。

重要特點(diǎn)：交流和直流共存于電路之中。

放大器的圖解分析法：1、先找出直流分量（確定靜態(tài)工作點(diǎn)）。2、確定交流分量（給出各電流、電壓波形）。在分析放大電路時(shí)，應(yīng)遵循“先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)”的原則，求解靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)應(yīng)利用直流通路，求解動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)應(yīng)利用交流通路。兩種通路切不可混淆。§2.6

晶體三極管電路分析法對放大器進(jìn)行分析時(shí)，可分成直流通路和交流通路。1．直流通路和交流通路直流通路是在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的路徑。交流通路是在輸入信號作用下交流信號流經(jīng)的路徑。直流通路可確定出晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)。對于直流通路：1、電容視為開路；2、電感線圈視為短路，即忽略線圈電阻；3、交流信號源視為零，但應(yīng)保留其內(nèi)阻。1、容量大的電容（耦合電容）視為短路；2、無內(nèi)阻的直流電源（如+VCC)視為短路；

交流通路可分析電路中各交流信號的關(guān)系，并可以用公式表示出放大器的性能指標(biāo)。對于交流通路：§2.6

晶體三極管電路分析法ΔVIIBRBVBEVBBVCC共發(fā)射極基本放大器RCTICVCEΔV0+ΔIB+ΔIC+ΔVCE由所給電路圖畫出其直流通路和交流通路。IBQRBVBEQVBBVCC直流通路RCTICQVCEQΔIBRB交流通路RCTΔIC

ΔV0ΔVI§2.6

晶體三極管電路分析法例1：單管放大電路，繪出其直流通路和交流通路。RB2RB1+VCC（a）直流通路RCTVORsRLRB2RB1+VCC共發(fā)射極放大電路RCTVOvsRsRLRB2RB1（b）交流通路TVOvsRsRCRL§2.6

晶體三極管電路分析法例2：阻容耦合放大電路，繪出其交直流通路。RB+VCC（a）直流通路RCTRBC1+VCC阻容耦合共發(fā)射極放大電路RCTVOVIRLC2RB（b）交流通路TVORCRLVI§2.6

晶體三極管電路分析法靜態(tài)工作狀態(tài)：沒有輸入信號時(shí)，放大器所處的狀態(tài)，如圖2.2.2所示。在未加ΔVI時(shí)，輸入回路由于靜態(tài)工作點(diǎn)對放大器的放大倍數(shù)、失真和管耗都有影響，所以，分析靜態(tài)工作點(diǎn)的目的就在于選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使放大器工作在較佳的狀態(tài)。根據(jù)基爾霍夫定理可列方程：輸入回路：VBE=VBB-IBRB

輸出回路：VCE=VCC-ICRC

IBRBVBEVBBVCC

圖2.2.2共發(fā)射極基本放大器RCTCICV0ΔV0VCE2．用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)（直流分析）§2.6

晶體三極管電路分析法解決VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ值的問題。晶體三極管輸入、輸出特性曲線已知晶體三極管的輸入和輸出特性曲線如圖所示。0IBVBE0ICVCE通過IB、VBE、IC、VCE來確定靜態(tài)工作點(diǎn)。§2.6

晶體三極管電路分析法輸入回路方程：VBE=VBB-IBRB，

在輸入特性曲線上作直線

VBE=0時(shí)，IB=VBB/RB

令：IB=0時(shí)，VBE=VBB

VBEQIBQVBBVBB/RB

vBEiB0

QVBBRBVBETVCEVBE

RC

VCCVCE負(fù)載線與輸入特性曲線的交點(diǎn)Q即為輸入回路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

此式代表一直線—負(fù)載線，其斜率：-1/RB。

Q點(diǎn)坐標(biāo)VBEQ和IBQ分別為晶體管靜態(tài)時(shí)的發(fā)射極電壓和基極電流。

（負(fù)載線）§2.6

晶體三極管電路分析法在晶體三極管的輸入特性曲線上作直線0IBVBE0IBVBEVBB0IBVBEVBB

QVBEQICQ0IBVBEVBBQ§2.6

晶體三極管電路分析法輸出回路方程：VCE=VCC-ICRC

在輸出特性曲線上作直線

VCE=0時(shí)，IC=VCC/RC

令：IC=0時(shí)，VCE=VCC

RCVCCVCE

負(fù)載線與IB一條輸出特性曲線交點(diǎn)Q即為輸出回的靜態(tài)工作點(diǎn)。

此式為輸出回路的負(fù)載線方程，其斜率：-1/RC。

Q點(diǎn)對應(yīng)的坐標(biāo)VCEQ和ICQ分別為晶體管靜態(tài)時(shí)的集電極—發(fā)射極電壓和集電極電流。（負(fù)載線）IBIB+ΔIBiCVCE(V)VCCVCC/RC

QVCEQICQIB-ΔIB§2.6

晶體三極管電路分析法0ICVCE0ICVCEVCCIB5IB4IB3IBQIB1在晶體三極管的輸出特性曲線上作直線0ICVCEVCCIB5IB4IB3IBQIB10ICVCEVCCIB5IB4IB3IBQIB1VCEQICQQ§2.6

晶體三極管電路分析法3．用圖解法分析動(dòng)態(tài)工作情況（交流分析）在圖電路的輸入回路中，接入一個(gè)輸入信號電壓ΔVI，則有：輸入回路方程為：令：ΔVIIBRBVBEVBBVCC

共發(fā)射極基本放大器RCTCICV0ΔV0+ΔIB+ΔVBE=vBE=iB§2.6

晶體三極管電路分析法輸入回路方程為：令：VBEIBVBBVBB/RB

vBEiB0

QVBB+

ΔVI

VBB+

ΔVI

RBQ’在輸入特性曲線上負(fù)載線。負(fù)載線與輸入特性曲線交點(diǎn)Q’即為輸入回路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

圖中Q’點(diǎn)坐標(biāo)VBE+

ΔVBE和IB+

ΔIB分別為晶體管加入信號電壓ΔVI時(shí)后的發(fā)射極電壓和基極電流。VBE+ΔVBE

IB+ΔIB

§2.6

晶體三極管電路分析法輸出回路負(fù)載線方程：VCE=VCC-ICRC

iC=IC+

ΔIC

此時(shí)：vCE=VCE+

ΔVCE

基極電流由IB變?yōu)镮B+

ΔIB，所以應(yīng)由IB+

ΔIB即iB的輸入特性曲線與輸出回路負(fù)載線的交點(diǎn)Q’來確定其工作狀態(tài)。若ΔVI負(fù)值，則輸出回路的工作點(diǎn)將從Q點(diǎn)沿負(fù)載線下移。

Q’VCE+

ΔVCE

IC+

ΔIC

IBIB+ΔIBiCvCE(V)VCCVCC/RC

QVCEIC0若輸入信號為一正弦電壓，則同樣可按上述方法進(jìn)行圖解分析。

§2.6

晶體三極管電路分析法作負(fù)載線輸入回路圖解VBB-ΔVI

VBB-ΔVI

RBVBBVBB/RB

vBEiB0

QVBB+

ΔVI

VBB+

ΔVI

RBQ1Q2VBQvi若輸入信號為一正弦電壓，則分析圖如圖所示

§2.6

晶體三極管電路分析法0IBIBQvBEVBEQQQ2Q1IBQib0vi0

VBEQ0

vBE（1）根據(jù)vi在輸入特性上繪出iB的波形。由輸入特性上繪出iB的波形§2.6

晶體三極管電路分析法vCEVCEQ0

iC0ICQib0ICvCEVCCIB5IB4IB3IBQIB1ICQVCEQQQ2Q1（2）根據(jù)iB的擺動(dòng)范圍繪出iC的vCE的波形。由輸出特性上繪出iC的vCE的波形ic二、工程近似分析法解法§2.6

晶體三極管電路分析法在進(jìn)行直流分析時(shí)，工程上常常采用簡化電路模型的方法進(jìn)行近似分析時(shí)。采用工程近似分析時(shí)，必須確定晶體三極管的工作模式，才能采用相應(yīng)的電路模式，通常先假定晶體三極管工作在放大模式，而后再由分析結(jié)果，確定實(shí)際的工作模式。例1例2例3三、小信號等效電路分析法§2.6

晶體三極管電路分析法利用小信號等效電路模型分析時(shí)，必須先要對電路進(jìn)行直流分析，計(jì)算出靜態(tài)工作點(diǎn)Q上的各極直流電壓和電流，對圖示電路進(jìn)行分析：再利用直流參數(shù)計(jì)算混合π型等效電路中的各交流參數(shù)。例如gm、rbe（或

rb`e）、rce等。而后利用小信號等效電路模型，計(jì)算各極的交流電壓和電流。直流分析：令交流電源為零，即交流電壓源短路（vs=0），交流電流源開路（i→∞），畫直流通路：iCiBRBRC

vsTVBBVCCIBQVBEQICQ§2.6

晶體三極管電路分析法再根據(jù)ICQ或IEQ計(jì)算出gm、rbe（或rb’e）、rce得值?！?.6

晶體三極管電路分析法交流分析：再用小信號等效電路模型替代，晶體三極管T，畫出相應(yīng)的混合π型等效電路。(忽略rbb'

)RCRBrcerb'eβibvcevb'evicb'ibiCiBRBRC

vsTVBBVCC令直流電源為零，即直流電壓源短路（VBB=0，VCC=0），畫交流通路：§2.6

晶體三極管電路分析法根據(jù)電路列方程：所以各極的電壓和電流為RCRBrcerb'eβibvcevb'evicb'ib§2.6

晶體三極管電路分析法例45786§2.7晶體三極管應(yīng)用原理電流源放大器跨導(dǎo)線性電路一、電流源§2.7

晶體三極管應(yīng)用原理理想電流源及伏安特性如圖所示：vi=Io0iIov晶體三極管的等效電流源及伏安特性如圖所示：v=vCEiBiCvCEVcc

RC負(fù)載電路vCEiBQvi0VCE(sat)二、放大器§2.7

晶體三極管應(yīng)用原理

放大器的作用：將輸入信號進(jìn)行不失真的放大，使輸出信號強(qiáng)度（功率、電壓或電流）大于輸入信號強(qiáng)度，并不失真的重現(xiàn)輸入波形。圖示為放大器的基本電路voVIQviTVCCRCVIQ為Q點(diǎn)的電壓；vi為要放大的輸入信號電壓。

vi疊加在直流電壓VIQ

上?！?.7

晶體三極管應(yīng)用原理作為受控器件的控制量，控制受控電流源電流io。當(dāng)vi足夠小時(shí)，io將不失真的反映vi的變化，即輸入端輸入信號電壓vi，

工作原理：

vi疊加在直流電壓VIQ上，則有：voVIQviTVCCRC§2.7

晶體三極管應(yīng)用原理根據(jù)上述討論可畫出晶體三極管各端電壓和電流的波形圖。0tvi0tVIQvI0tIOQiO0tVOQvO0tvo

波形圖：§2.7

晶體三極管應(yīng)用原理對放大電路中各部分功率的分析：直流電源VCC提供的功率加到RC負(fù)載上的功率§2.7

晶體三極管應(yīng)用原理加到晶體管上的功率由于所以三、跨導(dǎo)線性電路§2.7

晶體三極管應(yīng)用原理利用晶體三極管工作在放大模式下，呈現(xiàn)的指數(shù)律伏安特性，將N個(gè)（N為偶數(shù)）工作在放大模式下晶體三極管的發(fā)射結(jié)（或二極管）接成如圖所示的閉合電路。T10(D10)vBE10vBE9vBE8vBE7vBE6vBE5vBE4vBE3vBE2vBE1T1(D1)T9(D9)T8(D8)T7(D7)T6(D6)T5(D5)T4(D4)T3(D3)T2(D2)§2.7

晶體三極管應(yīng)用原理T10(D10)vBE10vBE9vBE8vBE7vBE6vBE5vBE4vBE3vBE2vBE1T1(D1)T9(D9)T8(D8)T7(D7)T6(D6)T5(D5)T4(D4)T3(D3)T2(D2)由電路可以看出：其中一半管子按順時(shí)針方向連接，另一半管子按逆時(shí)針方向連接這種電路可以實(shí)現(xiàn)電流量之間線性和非線性的運(yùn)算?！?.7

晶體三極管應(yīng)用原理

工作原理：由電路可知，各發(fā)射結(jié)電壓之和應(yīng)為零。即則可認(rèn)為T10(D10)vBE10vBE9vBE8vBE7vBE6vBE5vBE4vBE3vBE2vBE1T1(D1)T9(D9)T8(D8)T7(D7)T6(D6)T5(D5)T4(D4)T3(D3)T2(D2)§2.7

晶體三極管應(yīng)用原理當(dāng)工作在放大模式下，并且忽略基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)時(shí)，晶體三極管（或二極管）的伏安特性，可用指數(shù)特性表示。或則有根據(jù)對數(shù)量之和可等于各量乘積的對數(shù)：即§2.7

晶體三極管應(yīng)用原理在相同工藝條件下，晶體三極管的IS與其發(fā)射結(jié)面積S成正比，因此上式可寫為：令（稱為發(fā)射結(jié)面積因子）在環(huán)路中，當(dāng)各管的發(fā)射結(jié)面積相等時(shí)λ=1，順時(shí)針方向各管集電極電流的乘積，恒等于逆時(shí)針方向各管集電極電流的乘積?！?.7

晶體三極管應(yīng)用原理例如，圖示的TL環(huán)發(fā)射結(jié)面積相同，證明：iC1T3T2T1T4IoIyIxVCCiC3iC4iC2證：已知TL環(huán)發(fā)射結(jié)面積相同，逆時(shí)針集電極電流：順時(shí)針集電極電流：設(shè)β值足夠大，根據(jù)電路有：則故得證第二章例題例1：解：確定VBEQ、IBQ、VCEQ、ICQ得值。TRC5.8KVBB1.7VRB100KVCC12VVBEQVBEQICQIBQ求電路中晶體三極管的各級電壓和電流值，已知β=100。TRC5.8KVCC12VVBB1.7VRB100K第二章例題輸入回路所以因?yàn)楦鶕?jù)電路列方程VBB1.7VRB100K

VBE(on)IBQVBEQT

RC5.8KVCC12VVBEQICQβIBQTRC5.8KVBB1.7VRB100KVCC12VVBEQVBEQICQIBQ第二章例題輸出回路所以故VBB1.7VRB100K

VBE(on)IBQVBEQT

RC5.8KVCC12VVCEQICQβIBQTRC5.8KVBB1.7VRB100KVCC12VVCEQVBEQICQIBQ第二章例題例2：解：如圖所示的實(shí)用電路，試求該電路中晶體三極管的各極電壓和電流值。已知β=100。VCC+12VRB1100KRC1KRB220KT電路可等效為RB1100KVCC+12VRC1KRB220KTVCC+12VBRB1100KVCC+12VRC1KRB220KTVCC+12VB第二章例題由戴維寧定理可得等效電路：RB16.67KVCC+12VRC1KTVBB+2VBVCEQVBEQRB1100KVCC+12VRC1K