模電復習資料

第二章晶體三極管2.1放大模式下晶體極管的工作原理2.2晶體三極管的其它工作模式2.3晶體三極管的伏安特性曲線2.4晶體三極管的小信號電路模型2.5晶體三極管的電路分析方法2.6晶體三極管應用原理半導體三極管半導體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，因此，還被稱為雙極型晶體管〔BipolarJunctionTransistor,簡稱BJT〕。BJT是由兩個PN結組成的。1/27/2024BJT的結構NPN型PNP型符號:三極管的結構特點:〔1〕發(fā)射區(qū)的摻雜濃度＞＞集電區(qū)摻雜濃度?！?〕基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。--NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結集電結ecb發(fā)射極集電極基極--PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結集電結ecb發(fā)射極集電極基極2.1放大模式下BJT的工作原理〔NPN管〕

三極管在工作時要加上適當?shù)闹绷髌秒妷?。假設在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結正偏：+UCE－＋UBE－＋UCB－集電結反偏：由VBB保證由VCC、

VBB保證UCB=UCE-UBE>0共發(fā)射極接法c區(qū)b區(qū)e區(qū)1/27/20242.1.1BJT內部的載流子傳輸過程雙極型三極管在制造時，要求發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，基區(qū)摻雜濃度低并要制造得很薄，集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結面積較大。從結構上看雙極型三極管是對稱的，但發(fā)射極和集電極不能互換。雙極型半導體三極管在工作時一定要加上適當?shù)闹绷髌秒妷骸＜僭O在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結加正向電壓，集電結加反向電壓?，F(xiàn)以NPN型三極管的放大狀態(tài)為例，來說明三極管內部載流子的運動關系，見以下圖。IENICNIEPICEOIEICIBIBN注意圖中畫的是載流子的運動方向，空穴流與電流方向相同；電子流與電流方向相反。為此可確定三個電極的電流IE=IEN+IEP且IEN>>IEPIC=ICN+ICBOICN=IEN

-IBN

IB=IEP+IBN

-ICBO由此可寫出三極管三個電極的電流IENICNIEPICEOIEICIBIBNIE=IEN+IEP且IEN>>IEPIC=ICN+ICBOICN=IEN

-IBN

IB=IEP+IBN

-ICBO發(fā)射極電流：IE=IEN＋IEP且有IEN>>IEP集電極電流：IC=ICN+ICBO

ICN=IEN-IBN且有IEN>>IBN，ICN>>IBN

基極電流：IB=IEP+IBN－ICBO所以，發(fā)射極電流又可以寫成

IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)=IC+IB

動畫2-1從以上分析可知，對于NPN型三極管，集電極電流和基極電流是流入三極管，發(fā)射極電流是流出三極管，流進的電流等于流出的電流。由以上分析可知，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)摻雜濃度低且很薄，是保證三極管能夠實現(xiàn)電流放大的關鍵。假設兩個PN結對接，相當基區(qū)很厚，所以沒有電流放大作用，基區(qū)從厚變薄，兩個PN結演變?yōu)槿龢O管，這是量變引起質變的又一個實例。2.1.2雙極型半導體三極管的電流關系2.1.2.1三種組態(tài)雙極型三極管有三個電極，其中兩個可以作為輸入,兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)，如共發(fā)射極接法，也稱共發(fā)射極組態(tài)，簡稱共射組態(tài)，見以下圖。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示；共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。2.1.2.2三極管的電流放大系數(shù)1.共基極直流電流放大系數(shù)

電流放大系數(shù)，一般來說是指輸出電流與輸入電流的比。由于組態(tài)不同，三極管的輸入電極和輸出電極不同，所以對共基組態(tài)，輸出電流是集電極電流IC，輸入電流是發(fā)射極電流IE，二電流之比的關系可定義為：

稱為共基極直流電流放大系數(shù)。它表示最后到達集電極的電子電流ICN與總發(fā)射極電流IE的比值。ICN與IE相比，因ICN中沒有IEP和IBN，所以的值小于1，但接近1。由此可得：IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO

2.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

對共射組態(tài)的電流放大系數(shù)，輸出電流是集電極電流IC，輸入電流是基極電流IB，二電流之比可定義：稱為共發(fā)射極接法直流電流放大系數(shù)。于是因≈1,所以

>>1。2.1.3一般模型指數(shù)模型2.簡化電路模型放大狀態(tài)發(fā)射結導通壓降VD〔ON〕硅管0.7V鍺管0.3VVD（ON）βIBICIBecbVBEVCE2.2晶體三極管的其它工作模式2.2.1飽和模式飽和狀態(tài)ecbVBE(sat)VCE(sat)飽和壓降VBE(sat)=VBE(ON)VBC(sat)=VBC(ON)VCE=VCB–VEB=VBE–VBC故：VCE(sat

)硅管0.3V鍺管0.1V即，當VCE(sat)>0.3V〔鍺0.1V〕時，工作于放大狀態(tài)2.2.2截止模式截止狀態(tài)ecb2.3BJT的伏安特性曲線〔共發(fā)射極接法〕(1)輸入特性曲線

iB=f(VBE)

VCE=const〔1〕VCE=0V時，相當于兩個PN結并聯(lián)。i(uA)++++i-VBE+-VBTCE+Ci0.40.2(V)BE80400.80.6BV=0VVCE＞1VCEV〔3〕VCE≥1V再增加時，曲線右移很不明顯?！?〕當VCE=0.3V時，集電結已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復合減少，在同一VBE電壓下，iB減小。特性曲線將向右稍微移動一些。死區(qū)電壓硅0.5V鍺0.1V導通壓降硅0.7V鍺0.3V

(2)輸出特性曲線iC=f(VCE)

iB=const

現(xiàn)以iB=60uA一條加以說明。

〔1〕當VCE=0V時，因集電極無收集作用，iC=0?！?〕VCE↑→Ic↑?！?〕當VCE＞1V后，收集電子的能力足夠強。這時，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形成iC。所以VCE再增加，iC根本保持不變。同理，可作出iB=其他值的曲線。

iCCE(V)(mA)=60uAIBV=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB

輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域:飽和區(qū)——iC受VCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內VCE＜0.7

V。此時發(fā)射結正偏，集電結也正偏。截止區(qū)——iC接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。此時，發(fā)射結反偏，集電結反偏。放大區(qū)——曲線根本平行等距。此時，發(fā)射結正偏，集電結反偏。該區(qū)中有：(V)iCIBIB=0VCE(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)〔3〕BJT的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)〔2〕共基極電流放大系數(shù)：

iCE△=20uA(mA)B=40uAICV=0(V)=80uAI△BBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取20~200之間2.31.5〔1〕共發(fā)射極電流放大系數(shù)：

2.極間反向電流〔2〕集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO基極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流——穿透電流。其大小與溫度有關。 〔1〕集電極基極間反向飽和電流ICBO發(fā)射極開路時，在其集電結上加反向電壓，得到反向電流。它實際上就是一個PN結的反向電流。其大小與溫度有關。鍺管：ICBO為微安數(shù)量級，硅管：ICBO為納安數(shù)量級。++ICBOecbICEO

3.極限參數(shù)

Ic增加時，

要下降。當

值下降到線性放大區(qū)

值的70％時，所對應的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。〔1〕集電極最大允許電流ICM〔2〕集電極最大允許功率損耗PCM

集電極電流通過集電結時所產(chǎn)生的功耗，PC=ICVCEi(V)BICEVIBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM<PCM〔3〕反向擊穿電壓

BJT有兩個PN結，其反向擊穿電壓有以下幾種：①V〔BR〕EBO——集電極開路時，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般幾伏～十幾伏。②V〔BR〕CBO——發(fā)射極開路時，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般為幾十伏～幾百伏。③V〔BR〕CEO——基極開路時，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。在實際使用時，還有V〔BR〕CER、V〔BR〕CES等擊穿電壓。--(BR)CEOV(BR)CBOV(BR)EBOV

2.4三極管的小信號電路模型vBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡vCE=0VvCE

1V1小信號模型vBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡小信號模型vBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡

=

IC/

IB

vCE=constic

=

ib小信號模型vBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡2、小信號模型的應用本卷須知：

都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。

都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。

參數(shù)值與工作點有關。3、參數(shù)確實定

一般用測試儀測出；

rbe與Q點有關，可用圖示儀測出。一般也用公式估算rbe

)()()(mAmV261200EQbeIrb++W?

2.5三極管的模型及分析方法iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA非線性器件UD=0.7VUCES=0.3ViB≈0iC≈0一.BJT的模型++++i-uBE+-uBCE+Cibeec二.BJT電路的分析方法〔直流〕1.模型分析法〔近似估算法〕VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC例：共射電路如圖，三極管為硅管，β=40，試求電路中的直流量IB、IC、UBE、UCE。+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC0.7VβIBecbIC+VCCRc(+12V)4KΩ+UBE—IB+VBBRb(+6V)150KΩ+UCE—解：設三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。UBE=0.7V2.圖解法VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+uCE—IB=40μAiC非線性部分線性部分iC=f(uCE)

iB=40μAM(VCC,0)(12,0)(0,3)iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB直流負載線斜率：UCEQ6VICQ1.5mAIB=40μAIC=1.5mAUCEQ=6V直流工作點Q2.6晶體三極管應用原理電流源放大器跨導線性電路

一個理想電流源(CurrentSource)，它的伏安特性是一條水平線，如圖，其電流為恒值Io，與端電壓v大小無關。更重要的是，這個電流源不是實際提供電流的源，它的電流是由含有電壓源的輸出負載電路提供的，受控器件的作用僅僅是由輸入控制量來確定這個電流值。

i0VCE(sat)2.6.1電流源從原理上來說，一個晶體三極管，假設iB為恒值，它的輸出伏安特性如下圖，由圖可見，當輸出負載電路保證v=vCE大于VCE(sat)，管子工作在放大區(qū)時，三極管便輸出一接近恒值的電流。與理想的電流源相比，實際的電流源的輸出電壓是單極性，且變化范圍有限。同時，由于晶體三極管基區(qū)寬度調制效應，輸出電流隨v的增大而略有增大。2.6.2放大器

放大器(Amplifer)是應用最廣泛的一種功能電路，它的作用是將輸入信號進行不失真的放大，使輸出信號強度(功率、電壓或電流)大于輸入信號強度，且不失真地重現(xiàn)輸入信號波形。VIQ為工作點電壓，vi為欲放大的輸入信號電壓?？梢钥吹剑碗娐方Y構而言，放大電路實際上是上述電流源電路(接上輸出負載電路)的延伸，僅是輸入控制量中疊加了輸入信號。從原理上來說，在輸入端，輸入信號電壓vi(設vi=Vimsinωt)疊加在直流電壓VIQ上，作為受控器件的控制量，控制受控電流源電流io。當ui足夠小時，io將不失真地反映vi的變化

以共射極放大電路為例

根本電路+

_+

--RC

4k

VCC

12v

Rb

300k

C1

+C2+

vivoVCC

12v

viRC

4k

Rb

300k

C1

++C2

voiE

iC

iB

+

--+

_vCE

vot

t

t

t

iC

iB

t

viviRC

4k

VCC

12v

Rb

300k

VBB

C1

+

C2+vo2.6.2

放大器根據(jù)上述討論，已畫出的各端電壓和電流的波形，可見，只要RC足夠大，輸出信號電壓振幅Vom就可大于輸入信號電壓振幅vim，實現(xiàn)放大的功能。為了進一步了解放大器放大信號的實質，對放大電路中的各局部功率作一分析。其中，直流電源VCC提供的功率2．7．2放大器本質上，放大器是在很小輸入信號功率控制下，輸出