電子線路高教第四電子課件一四

第2章晶體三極管概述2.1放大模式下晶體三極管的工作原理2.2晶體三極管的其他工作模式2.3埃伯爾斯—莫爾模型2.4晶體三極管伏安特性曲線2.5晶體三極管小信號(hào)電路模型2.6晶體三極管電路分析方法2.7晶體三極管的應(yīng)用原理概述三極管結(jié)構(gòu)及電路符號(hào)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)第2章晶體三極管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(diǎn)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(diǎn)1)發(fā)射區(qū)高摻雜（相對(duì)于基區(qū)）。2)基區(qū)很薄。3)集電結(jié)面積大。第2章晶體三極管2.1放大模式下三極管工作原理內(nèi)部載流子傳輸過程PNN+-+-+V1V2R2R1IEnIEpIBBICnICBOIEIE=IEn+IEpICIC=ICn+ICBOIBIB=IEp+IBB-ICBO=IEp+(IEn-ICn)-ICBO=IE-IC第2章晶體三極管發(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)摻雜濃度：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)很薄：可減少多子傳輸過程中在基區(qū)的復(fù)合機(jī)會(huì)，保證絕大部分載流子擴(kuò)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(kuò)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。第2章晶體三極管三極管特性——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第2章晶體三極管觀察輸入信號(hào)作用在哪個(gè)電極上，輸出信號(hào)從哪個(gè)電極取出，此外的另一個(gè)電極即為組態(tài)形式。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(duì)交流信號(hào)而言的。第2章晶體三極管共基極直流電流傳輸方程BCEBTICIE直流電流傳輸系數(shù)：直流電流傳輸方程：共發(fā)射極直流電流傳輸方程ECBETICIB直流電流傳輸方程：其中：第2章晶體三極管的物理含義：表示，受發(fā)射結(jié)電壓控制的復(fù)合電流IBB，對(duì)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)。第2章晶體三極管ICEO

的物理含義：

ICEO指基極開路時(shí)，集電極直通到發(fā)射極的電流。因?yàn)?/p>

IB=0IEPICBOICnIEn+_VCENPN+CBEICEOIB=0所以

IEp+(IEn-

ICn)=IE

-

ICn=ICBO因此第2章晶體三極管三極管的正向受控作用，服從指數(shù)函數(shù)關(guān)系式：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。式中第2章晶體三極管放大模式直流簡(jiǎn)化電路模型ECBETICIB共發(fā)射極VBE(on)為發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓，工程上一般?。汗韫躒BE(on)=0.7V鍺管VBE(on)=0.25V第2章晶體三極管電路模型VBE+-ECBEICIBIBVCE+-直流簡(jiǎn)化電路模型VBE(on)ECBEICIBIB+-+-VCE

三極管參數(shù)的溫度特性溫度每升高1C，/增大0.5%1%，即溫度每升高1C，VBE(on)

減小(22.5)mV，即溫度每升高10C，ICBO

增大一倍，即第2章晶體三極管PNN+V1V2R2R12.2晶體三極管的其他工作模式飽和模式(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。第2章晶體三極管飽和模式直流簡(jiǎn)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(jiǎn)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(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。第2章晶體三極管截止模式(E結(jié)反偏，C結(jié)反偏)若忽略反向飽和電流，三極管IB

0，IC

0。即三極管工作于截止模式時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。ECBETICIB共發(fā)射極電路模型VBE+-ECBEICIB截止模式直流簡(jiǎn)化電路模型直流簡(jiǎn)化電路模型ECBEIC

0IB0第2章晶體三極管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ECBIEIFRIRICFIFIRIB第2章晶體三極管2.4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+-第2章晶體三極管輸入特性曲線VCE=0IB/AVBE/VVBE(on)0.3V10VOV(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(dòng)可忽略不計(jì)。因此當(dāng)VBE一定時(shí)：VCEVCB復(fù)合機(jī)會(huì)IB曲線右移。第2章晶體三極管輸出特性曲線

飽和區(qū)(VBE

0.7V，VCE

<0.3V)IC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0特點(diǎn)：條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。IC不受IB控制，而受VCE影響。VCE略增，IC顯著增加。輸出特性曲線可劃分為四個(gè)區(qū)域：飽和區(qū)、放大區(qū)、截止區(qū)、擊穿區(qū)。第2章晶體三極管放大三區(qū)(VBE0.三7三V，VCE>三0.三3三V)IC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0特點(diǎn)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/VOVA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)第三2三章三晶體三三極三管在考三慮三三極管三基區(qū)三寬度三調(diào)制三效應(yīng)三時(shí)，三電流IC的修三正方三程基寬WB越小三調(diào)三制效三應(yīng)對(duì)IC影響三越大三則三VA越三小。與IC的關(guān)系：ICO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]三上述三因素三，IB等量三增加三時(shí)，ICVCEO輸出三曲線三不再三等間三隔平三行上三移。第三2三章三晶體三三極三管截止三區(qū)(VBE0.三5三V，VCE0.三3三V)IC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0特點(diǎn)三：條件三：發(fā)射三結(jié)反三偏，三集電三結(jié)反三偏。IC三0，IB三0近似為

IB≤0以下區(qū)域

嚴(yán)格三說，三截止三區(qū)應(yīng)三是IE=三0三即IB=-ICB三O以下三的區(qū)三域。因?yàn)镮B在三0三-ICB三O時(shí)，三仍滿三足第三2三章三晶體三三極三管擊穿三區(qū)特點(diǎn)三：VCE增大三到一三定值三時(shí)，三集電三結(jié)反三向擊三穿，IC急劇三增大三。V(BR)CEO集電三結(jié)反三向擊三穿電三壓，三隨IB的增三大而三減小三。注意三：IB=三0三時(shí)，三擊穿三電壓三為V(B三R)三CE三OIE=三0三時(shí)，三擊穿三電壓三為V(B三R)三CB三OV(B三R)三CB三O>V(B三R)三CE三OIC/mAVCE/VOIB=40A30A20A10A0IB=-ICBO(IE=

0)V(BR)CBO第三2三章三晶體三三極三管三極三管安三全工三作區(qū)ICVCEOV(BR)CEOICMPCM最大三允許三集電三極電三流ICM(若IC>ICM三造成三)反向三擊穿三電壓V(B三R)三CE三O(若VCE>V(B三R)三CE三O三管子三擊穿)VCE<V(B三R)三CE三O最大三允許三集電三極耗三散功三率PCM(PC=ICVCE，若PC>PCM三燒管)PC<PCM要求ICICM第三2三章三晶體三三極三管放大三電路三小信三號(hào)作三用時(shí)三，在三靜態(tài)三工作三點(diǎn)附三近的三小范三圍內(nèi)三，特三性曲三線的三非線三性可三忽略三不計(jì)三，近三似用三一段三直線三來代三替，三從而三獲得三一線三性化三的電三路模三型，三即小三信號(hào)三(或三微變?nèi)?電三路模三型。2.三5三晶體三三極三管小三信號(hào)三電路三模型三極三管作三為四三端網(wǎng)三絡(luò)，三選擇三不同三的自三變量三，可三以形三成多三種電三路模三型。三最常三用的三是混合型小三信號(hào)三電路三模型三。第三2三章三晶體三三極三管混合Π型電三路模三型的三引出基區(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第三2三章三晶體三三極三管混合型小三信號(hào)三電路三模型若忽三略rbc影響三，整三理后三即可三得出三混合三型電路三模型三。rbercecbccberbbbcegmvbebibic電路三低頻三工作三時(shí)，三可忽三略結(jié)三電容三影響三，因三此低三頻混三合三型電路三模型三簡(jiǎn)化三為：rbercerbbbcegmvbebibic第三2三章三晶體三三極三管小信三號(hào)電三路參三數(shù)rbb基區(qū)三體電阻三，其值較三小，三約幾三十歐三，常三忽略三不計(jì)三。rbe三極三管輸三入電三阻，約千三歐數(shù)三量級(jí)三。跨導(dǎo)gm表示三三極三管具三有正三向受三控作三用的三增量三電導(dǎo)三。rce三極三管輸三出電三阻，三數(shù)值三較大三。RL<<rce時(shí)，三常忽三略。第三2三章三晶體三三極三管簡(jiǎn)化三的低三頻混電路三模型由于因此三，等三效電三路中三的gmvbe，也三可用ib表示三。cbeTiCiBrbebcegmvbeibic=ib注意三：小信三號(hào)電三路模三型只三能用三來分三析疊三加在Q點(diǎn)上三各交流三量之三間的三相互三關(guān)系三，不三能分三析直三流參三量。第三2三章三晶體三三極三管由于三交流三信號(hào)三均疊三加在三靜態(tài)三工作三點(diǎn)上三，且三交流三信號(hào)三幅度三很小三，因三此對(duì)三工作三在放三大模三式下三的電三路進(jìn)三行分三析時(shí)三，應(yīng)三先進(jìn)三行直三流分三析，三后進(jìn)三行交三流分三析。2.三6三晶體三三極三管電三路分三析方三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

第三2三章三晶體三三極三管即分三析交三流輸三入信三號(hào)為三零時(shí)三，放三大電三路中三直流三電壓三與直三流電三流的三數(shù)值三。直流三分析三法圖解三法即利三用三三極管三的輸三入、三輸出三特性三曲線三與管三外電三路所三確定三的負(fù)三載線三，通三過作三圖的三方法三進(jìn)行三求解三。要求三：已知三三極三管特三性曲三線和三管外三電路三元件三參數(shù)三。優(yōu)點(diǎn)三：便于三直接三觀察Q點(diǎn)位三置是三否合三適，三輸出三信號(hào)三波形是否三會(huì)產(chǎn)三生失三真。第三2三章三晶體三三極三管(1)由電三路輸三入特三性確三定IBQ寫出三管外三輸入三回路三直流三負(fù)載三線方三程(VBE-IB)。圖解三法分三析步三驟：在輸三入特三性曲三線上三作直三流負(fù)三載線三。找出三對(duì)應(yīng)三交點(diǎn)三，得IBQ與VBE三Q。(2)由電三路輸三出特三性確三定ICQ與VCE三Q寫出三管外三輸出三回路三直流三負(fù)載三線方三程(VCE-IC)。在輸三出特三性曲三線上三作直三流負(fù)三載線三。找出三負(fù)載三線與三特性三曲線三中IB=IBQ曲線三的交三點(diǎn)，即Q點(diǎn)，三得到ICQ與VCE三Q。第三2三章三晶體三三極三管例三1已知三電路三參數(shù)三和三三極管三輸入三、輸三出特三性曲三線，試求IBQ、ICQ、VCE三Q。Q輸入三回路三直流三負(fù)載三線方三程VBE=VBB-IBRBVBBVBB/RBVBE三QIBQ+-IBVBBIC-+VCCRBRC+-VBE+-VCE輸出三回路三直流三負(fù)載三線方三程VCE=VCC-ICRCICVCEOVBEIBOIB=IBQVCCVCC/RCQICQVCE三Q第三2三章三晶體三三極三管工程三近似三法--估算三法即利三用直三流通三路，三計(jì)算三靜態(tài)三工作三點(diǎn)。直流三通路是指三輸入三信號(hào)三為零三，耦三合及三旁路三電容三開路三時(shí)對(duì)三應(yīng)的三電路三。分析三步驟三：確定三三極三管工三作模三式。用相三應(yīng)簡(jiǎn)三化電三路模三型替三代三三極管三。分析三電路三直流三工作三點(diǎn)。只要VBE三0.三5三V(E三結(jié)反三偏)截止三模式假定三放大三模式三，估三算VCE：若VＣE>三0.三3三V放大三模式若VＣE<0.三3三V飽和三模式第三2三章三晶體三三極三管例三2已知VBE三(o三n)=三0.三7三V三，VCE三(s三at三)=三0.三3三V三，=三30，試判斷三三極三管工三作狀三態(tài)，三并計(jì)三算VC。解：假設(shè)三T三工三作在三放大三模式VCCRCRB(+6V)1k100kT因?yàn)閂CE三Q>三0.三3三V，三所以三三極三管工三作在放大三模式三。VC=VCE三Q=三4.三41三V第三2三章三晶體三三極三管例三3若將三上例三電路中的電阻RB改為三1三0三k，試重三新判斷三三極三管工三作狀三態(tài)，三并計(jì)三算VC。解：假設(shè)三T三工三作在三放大三模式VCCRCRB(+6V)1k10kT因?yàn)閂CE三Q<三0.三3三V，三假設(shè)三不成三立，三所以三三極三管工三作在飽和三模式三。第三2三章三晶體三三極三管例三4已知VBE三(o三n)=三0.三7三V三，VCE三(s三at三)=三0.三3三V三，=三30，試判斷三三極三管工三作狀三態(tài)，三并計(jì)三算VC。解：所以三三極三管工三作在截止三模式三，VCCRCRB1(+6V)1k100kTRB22k<VBE三(o三n)第三2三章三晶體三三極三管+-VBBRBRC+-VCC交流三分析三法小信三號(hào)等三效電三路法(微變?nèi)刃娐啡?分析三電路三加交三流輸三入信三號(hào)后三，疊三加在Q點(diǎn)上三的電三壓與三電流三變化三量之三間的三關(guān)系三。在交三流通三路基三礎(chǔ)上三，將三三極三管用三小信三號(hào)電三路模三型代三替得三到的三線性三等效三電路三即小三信號(hào)三等效三電路三。利三用該三等效三電路三分析Av、Ri、Ro的方三法即三小信三號(hào)等三效電三路法三。交流三通路三：即交三流信三號(hào)流三通的三路徑三。它是三將直三流電三源短三路、三耦合三、旁三路電三容短三路時(shí)三對(duì)應(yīng)三的電三路。第三2三章三晶體三三極三管小信三號(hào)等三效電三路法三分析三步驟三：畫交三流通三路(直流三電源三短路三，耦三合、旁路三電容三短路)。用小三信號(hào)三電路三模型三代替三三極三管，三得小三信號(hào)三等效三電路三。利用三小信三號(hào)等三效電三路分三析交三流指三標(biāo)。計(jì)算三微變?nèi)齾?shù)gm、rbe。注意三：小信三號(hào)等三效電三路只三能用三來分三析交三流量三的變?nèi)?guī)三律及三動(dòng)態(tài)三性能三指標(biāo)三，不三能分三析靜三態(tài)工三作點(diǎn)三。第三2三章三晶體三三極三管例三5已知ICQ=三1三mA三，=三10三0,vi=三20三si三nt(m三V)三，ＲC=ＲＬ=三４k，畫電三路的三交流三通路三及交三流等三效電三路,三計(jì)三算vo三。virbeibibicRB+-RCRLvo+-viibicRBRC+-RL+-vovi+-iBVBBiCVCCRBRC+-+-RLC1C25k第三2三章三晶體三三極三管圖解三法確定三靜態(tài)三工作三點(diǎn)(方法三同前)。畫交三流負(fù)三載線三。畫波三形，三分析三性能三。過Q點(diǎn)、三作斜三率為-1/RL的直三線即三交流三負(fù)載三線。其中RL=RC//RL。分析三步驟三：圖解三法直三觀、三實(shí)用三，容三易看三出Q點(diǎn)設(shè)三置是三否合三適，三波形三是否三產(chǎn)生三失真三，但三不適三合分三析含三有電三抗元三件的三復(fù)雜三電路三。同三時(shí)在三輸入三信號(hào)三過小三時(shí)作三圖精三確度三降低三。第三2三章三晶體三三極三管例三6輸入三正弦三信號(hào)三時(shí)，三畫各三極電三壓與三電流三的波三形。tvBEOQvBEiBOiCvCEOQIBQICQtvCEO交流負(fù)載線-1/RLVCE三Qibvi+-iBVBBiCVCCRBRC+-vBE+-vCE+-+-RLC1C2第三2三章三晶體三三極三管tiBOiCtOQ點(diǎn)位三置與三波形三失真三：Q

點(diǎn)過低，vO

負(fù)半周易截止失真。PNP管

Q

點(diǎn)過高，vO

正半周易飽和失真。

Q點(diǎn)過低，vO正半周易截止失真。

NPN管

Q點(diǎn)過高，vO

負(fù)半周易飽和失真。

由于三P三NP三管三電壓三極性三與三NP三N三管相三反，三故橫三軸vCE可改三為-vCE。消除飽和失真降低Q點(diǎn)：增大RB，減小IBQ減小RC：負(fù)載線變陡,輸出動(dòng)態(tài)范圍增加。消除三截止三失真升高Q點(diǎn)：三減小RB，增大IBQ第三2三章三晶體三三極三管2.三7三晶體三三極三管應(yīng)三用原三理電流三源利用三三極三管放三大區(qū)iB恒定三時(shí)iC接近三恒流三的特三性，三可構(gòu)三成集三成電三路中三廣泛三采用三的一三種單三元電三路—三—電三流源三。iCvCEOiBVCE(sat)QiCR+-VQ+viB恒值外電路(負(fù)載電路)該電三流源三不是三普通三意義三上的三電流三源，三因它三本身三不提三供能三量。三電流三源電三路的三輸出三電流I０，由三外電三路中三的直三流電三源提三供。I０只受IB控制三，與三外電三路在三電流三源兩三端呈三現(xiàn)的三電壓三大小三幾乎三無關(guān)三。就三這個(gè)三意義三而言三，將三其看三作為三電流三源。第三2三章三晶體三三極三管放大三器的三作用三就是三將輸三入信三號(hào)進(jìn)三行不三失真三的放三大。放大三器放大三原理VIQtvBEOIBQtiBOtviICQtiCO