第二章晶體三極管課件

第2章晶體三極管(BipolarJunctionTransistor)內(nèi)容:

結(jié)構(gòu)

BJT工作原理(內(nèi)部)直流特性曲線(外部)→電路模型主要參數(shù)小信號圖解法→電路分析方法工程近似分析法(直流)

小信號等效電路分析法(交流)2.1半導(dǎo)體三極管(BJT)一、結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點：①發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)摻雜濃度②基區(qū)寬度很?、奂娊Y(jié)面積大于發(fā)射結(jié)工作模式：①放大：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏（正向受控作用）②飽和：發(fā)射結(jié)集電結(jié)均正偏③截止：發(fā)射結(jié)集電結(jié)均反偏開關(guān)特性二、放大模式下工作原理1、內(nèi)部載流子傳輸過程（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子IE=IEn+IEp①IEn>>IEp(2)電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合IB=IEp＋I(xiàn)En

－ICn1－ICBO②(3)集電區(qū)收集電子IC=ICn1＋I(xiàn)CBO③由①②③得IE=IB+IC結(jié)論發(fā)射結(jié)電壓→IEn轉(zhuǎn)化ICn1(不受集電結(jié)反偏電壓的影響)正向控制作用:用兩端之間的電壓控制第三端的電流2、電流傳輸方程(CurrentTransferEquation)三種連接方式：(a)共發(fā)射極；(b)共集電極；(c)共基極IE傳輸?shù)郊姌O的電流分量發(fā)射極電流IE

共基極電流傳輸系數(shù)（CommonBaseCurrentGain）0.98<<1表示IE轉(zhuǎn)化為ICn1的能力共基:簡化為：IE傳輸?shù)郊姌O的電流分量基區(qū)復(fù)合電流共射：共射電流放大系數(shù)（CommonEmitterCurrentGain）是基極開路時的集電極電流，稱為穿透電流（很?。┕采潆娏鞣匠毯喕癁楣布浩浜x是：基區(qū)每復(fù)合一個電子，則有個電子擴(kuò)散到集電區(qū)去（控制能力）。值一般在20~200之間。

表示IB對IC的控制能力二、ICEO的物理含義如右圖，此時，集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏——放大模式當(dāng)IB=0時，基區(qū)的復(fù)合電流等于ICBO，則擴(kuò)散到集電區(qū)的電流為，因而常溫下，ICEO很小，一般可忽略不計三、模型1、指數(shù)模型IEBS為發(fā)射結(jié)的反向飽和電流相應(yīng)的2、簡化電路模型（共射）晶體管三種狀態(tài)的直流模型(a)截止模型；(b)放大模型；(c)飽和模型其中2.4晶體三極管的伏安特性曲線一、輸入特性曲線（InputCharacteristics）（共射接法）

(a)測試原理圖;(b)輸入特性曲線(1)VCE=0時,集電結(jié)正偏——飽和，輸入特性曲線和普通二極管的特性相似。(2)VCE=（0~0.3）V↑→集電結(jié)正偏電壓↓→集電結(jié)吸引電子的能力↑→（IE一定）IC↑（IB↓）→特性曲線右移。(4)當(dāng)VBE<0時，晶體管截止，IB為反向電流。若反向電壓超過某一值（V（BR）BEO）時，發(fā)射結(jié)也會發(fā)生反向擊穿。(3)

VCE＞0.3V時，集電結(jié)反偏——放大模式，IB幾乎不隨VCE變化，但特性曲線略向右移（基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)），曲線基本重合。VCE↑→集電結(jié)反偏電壓↑→集電結(jié)寬度↑→基區(qū)寬度↓→復(fù)合機(jī)會↓→IB↓二、輸出特性（OutputCharacteristics）2、放大區(qū)（ActionRegion）曲線較平坦，IC受IB控制1、飽和區(qū)（SaturationRegion）曲線很陡，IC受VCE的控制曲線略上翹（基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)）VA為厄爾利電壓（EarlyVoltage）3、截止區(qū)（CutoffRegion）IE=0以下的區(qū)域（IC=ICBO，IB=—ICBO以下的區(qū)域）工程上，IB=0（IC=ICEO）以下區(qū)域。4、擊穿區(qū)（BreakdownRegion）VCE↑→集電結(jié)反向電壓↑→集電結(jié)反向擊穿（雪崩擊穿）→IC劇增擊穿電壓隨IB增大而減小

ICBO＜ICEO，

V（BR）CBO＞

V

（BR）CEO三、極限參數(shù)1、最大允許集電極電流ICM

β與IC的大小有關(guān)，隨著IC的增大，β值會減小。

ICM一般指β下降到正常值的2/3時所對應(yīng)的集電極電流。當(dāng)IC>ICM時，雖然管子不致于損壞，但β值已經(jīng)明顯減小。因此，晶體管線性運(yùn)用時，IC不應(yīng)超過ICM。2、最大允許集電極耗散功率PCM

晶體管工作在放大狀態(tài)時，集電結(jié)承受著較高的反向電壓，同時流過較大的電流。因此，在集電結(jié)上要消耗一定的功率，從而導(dǎo)致集電結(jié)發(fā)熱，結(jié)溫升高。當(dāng)結(jié)溫過高時，管子的性能下降，甚至?xí)龎墓茏樱虼诵枰?guī)定一個功耗限額PCM

。3、擊穿電壓

V(BR)CEO指基極開路時，集電極—發(fā)射極間的反向擊穿電壓。晶體管的安全工作區(qū)（SafeOperatingArea）最大功耗線2.5晶體三極管的小信號電路模型（放大模式下）一、小信號模型（線性電路）冪級數(shù)在Q點上對交流量展開放大模式下,不計基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)時輸入電導(dǎo),互導(dǎo)(跨導(dǎo))表示正向控制作用晶體三極管的輸入電阻re發(fā)射結(jié)增量結(jié)電阻(PN結(jié)電阻)跨導(dǎo)(互導(dǎo))共基極交流電流傳輸系數(shù)共發(fā)射極交流電流傳輸系數(shù)在線性區(qū)

則計基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)即考慮輸出電導(dǎo)輸出電阻很大(105~106)Ω反饋電導(dǎo)極小，不計

混合∏型電路模型：考慮基區(qū)體電阻幾十歐，高頻時考慮結(jié)電容2.6晶體三極管電路分析方法一、圖解分析法（采用曲線模型，作圖進(jìn)行直流和交流分析）1、直流分析（求靜態(tài)工作點）輸入回路負(fù)載線負(fù)載線與特性曲線的交點便是所求Q點(VBEQ，IBQ）輸出回路斜率為負(fù)載線與特性曲線的交點便是所求Q點(VCEQ，ICQ）2、交流分析畫各電極電壓和電流波形在小信號范圍內(nèi)，特性看成直線（線性），則為正弦波時，也為正弦。在輸入特性上，畫在輸出特性上，畫二、工程近似分析法（直流分析）采用器件的簡化電路模型，進(jìn)行近似分析。例1

晶體管電路如圖所示。若已知晶體管β=100，試計算晶體管各極電壓和電流的值IBQ,ICQ和VCEQ。解因為UBB使發(fā)射結(jié)正偏，UCC使集電結(jié)反偏，所以可以假設(shè)晶體管工作在放大狀態(tài)。這時用簡化電路模型代替晶體管，便得直流等效電路。由圖可知結(jié)果表明：VCE大于0.3V，集電結(jié)反偏，滿足放大模式工作條件。例2已知β=100，求電路中三極管各極電壓和電流。用戴維寧定理等效后的電路RB=RB1‖RB2,VBB=VCCRB2/(RB1+RB2)如果

，在估算工作點時，則ICQ可按下式直接求出：電路如上圖(a)所示。已知β=100,VCC=12V,RB1=39kΩ,RB2=25kΩ,RC=RE=2kΩ，試計算工作點ICQ和VCEQ。

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