雙極結(jié)型三極管

4雙極結(jié)型三極管及放大電路基礎(chǔ)BJT(BipolarJunctionTransistor)是一種三端器件，內(nèi)含兩個離得很近的背靠背排列的PN結(jié)兩個PN結(jié)上加不同極性、不同大小的偏置電壓時，半導(dǎo)體三極管呈現(xiàn)不同的特性和功能放大電路的功能是將微弱的電信號不失真的放大到需要的數(shù)值BJT的結(jié)構(gòu)、工作原理、V－I

特性曲線和主要參數(shù)放大電路的圖解分析法、小信號模型分析法共射極放大電路、共集極電路和共基極電路的增益、輸入電阻、輸出電阻和頻率響應(yīng)電工電子教研室三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，稱為雙極型三極管。BJT

(BipolarJunctionTransistor)4.1BJTBJT分類：（頻率）、（功率）、（材料）。。。電工電子教研室becNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)基區(qū)：較薄，微米級，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高bcebcebasecollectoremitter4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡介摻入發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)比集電區(qū)要多，但集電區(qū)的尺寸比發(fā)射區(qū)要大，所以兩者不能互換電工電子教研室集電結(jié)外加反壓發(fā)射結(jié)外加正壓becNNPVBBRbVCCIE由于基區(qū)摻雜濃度很低，基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散電流可忽略IBE1.BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子Rc進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE電工電子教研室becNNPVBBRbVCCIEICBOIC=ICE+ICBO

ICEICE集電結(jié)反偏，有少子形成反向電流ICBO基區(qū)：傳送和控制載流子集電區(qū)：收集載流子IB=IBE-ICBO

IBE反向飽和電流ICBO，這個電流對放大沒有貢獻(xiàn)三極管內(nèi)有兩種載流子（自由電子和空穴）參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管BJT(BipolarJunctionTransistor)

IBERc從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE電工電子教研室1/13/2024電工電子教研室6分別將基極、發(fā)射極、集電極作為放大電路輸入和輸出端口的共同端，可以構(gòu)成三種基本的連接方式：說明共基極共發(fā)射極共集電極無論哪種連接方式，要使BJT有放大作用，必須保證發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，其內(nèi)部載流子的傳輸過程相同。電工電子教研室iC與iB之比稱為電流放大倍數(shù)：對于正向偏置的發(fā)射結(jié)：集電結(jié)收集的電子流是發(fā)射結(jié)的總電子流的一部分：共基極電流放大倍數(shù)

一般在0.98以上，共射極電流放大倍數(shù)

一般為10～1002.BJT的電流分配關(guān)系電工電子教研室三極管的放大作用是通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的（電流分配關(guān)系），主要是發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：a.內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄b.外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置becIBIEICNPN型三極管becIBIEICPNP型三極管BJT為電流控制器件，電流受正向發(fā)射結(jié)電壓vBE控制，利用這一特性，可以把微弱的電信號加以放大電工電子教研室RLecb1k

3.BJT在電壓放大電路中的應(yīng)用舉例若vI

=20mV，電壓放大倍數(shù)VEEVCCVEBIBIEIC+-

vI+vEB

vO+-+iC+iE+iB使iE

=-1mA，則iC

=

iE

=-0.98mA，

vO=-iC

RL

=0.98V，當(dāng)

=0.98時，電工電子教研室+-bceRL1k

共射極放大電路VBBVCCVBEIBIEIC+-

vI+vBE

vO+-+iC+iE+iB若

vI

=20mV

電壓放大倍數(shù)使

iB

=20

A

vO=-iC

RL=-0.98V設(shè)

=0.98電工電子教研室4.1.3BJT的V-I特性曲線BJT的V-I特性曲線能直觀的描述各極間電壓與各極電流之間的關(guān)系不管是那種連接方式，都可以把BJT視為一個二端口網(wǎng)絡(luò)工程上最常用的是BJT的輸入特性和輸出特性曲線BJT在不同組態(tài)時具有不同的端電壓和電流，特性曲線各不相同。共射與共集組態(tài)的特性曲線類似電工電子教研室iCmA

AVVvCE

vBERbiBVCCVBB共射極接法的實(shí)驗(yàn)線路1.共射極連接時的V-I特性曲線Rc電工電子教研室vCE1ViB(

A)vBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管0.7V，鍺管0.2V。一般用這一條曲線vCE=0VvCE=0.5V死區(qū)電壓硅管0.5V鍺管0.1V（1）輸入特性iB=f(vBE)

vCE=const電工電子教研室iC(mA)1234vCE(V)36912iB=020A40A60A80A100A線性區(qū)（放大區(qū)）：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。vCE大于一定的數(shù)值時，iC只與iB有關(guān)，iC=

iB飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，vCE

vBE，集電結(jié)正偏。iB失去對iC的控制，iC不再隨iB的增加而線性增加，

iB>iC。vCE=VCES為飽和電壓，硅管典型值為0.3V截止區(qū)：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)反偏。iB=0，iC=ICEO，vBE<死區(qū)電壓（2）輸出特性iC=f(vCE)

iB=const電工電子教研室對共射極電路有：vBE不變，vCE

→vCB反壓

→集電結(jié)的空間電荷區(qū)寬度

→基區(qū)的有效寬度

→基區(qū)內(nèi)的載流子復(fù)合的機(jī)會

→

增大在基極電流不變的情況下，集電極電流將隨vCE的增大而增大，輸出特性比較平坦的部分隨著vCE的增加略向上傾斜，稱為Early效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)電工電子教研室當(dāng)VBB=-2V時：ICVCEIBVCCRBVBBCBERCVBEIB=0，IC=0IC最大飽和電流：Q位于截止區(qū)

例：

=50，VCC=12V，

RB=70k，RC=6k

當(dāng)VBB=-2V，2V，5V時，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個區(qū)？電工電子教研室IC<

ICmax

(=2mA)

，

Q位于放大區(qū)ICVCEIBVCCRBVBBCBERCVBEVBB=2V時：電工電子教研室VBB=5V時:ICVCEIBVCCRBVBBCBERCVBEQ位于飽和區(qū)，此時IC和IB已不是

倍的關(guān)系?；鶚O電流失去對集電極電流的控制作用電工電子教研室1/13/2024電工電子教研室192.共基級連接時的V-I特性曲線共基極⑴輸入特性輸入特性⑵輸出特性輸出特性電工電子教研室共射直流電流放大倍數(shù)：1.電流放大系數(shù)4.1.4BJT的主要參數(shù)*BJT的參數(shù)表征管子性能的優(yōu)劣和適用范圍，是合理選擇和正確使用BJT的依據(jù)電工電子教研室工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號。基極電流的變化量為

iB，相應(yīng)的集電極電流變化為

iC共射交流電流放大倍數(shù)：電工電子教研室例：vCE=6V時：IB

=40A,IC=1.5mA；

IB=60A,IC

=2.3mA在以后的計算中，一般作近似處理：

=一般放大電路采用

=30～80電工電子教研室（1）集電極-基極反向飽和電流ICBO

AICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，決定于溫度和少子的濃度2.極間反向電流電工電子教研室ecNNP（2）

集電極-射極反向飽和電流ICEOIB=0b集電結(jié)反偏，空穴漂移到基區(qū)發(fā)射結(jié)正偏，電子擴(kuò)散到基區(qū)復(fù)合形成ICBO(1＋

)ICBO由BJT的電流分配規(guī)律，此處電流為

ICBO穿透電流電工電子教研室（2）集電極最大允許耗散功率PCM集電極電流IC

流過三極管，必定導(dǎo)致結(jié)溫上升，對PC要有限制PC

PCMiCvCEiCvCE=PCMICMV(BR)CEO安全工作區(qū)（1）集電極最大允許電流ICM集電極電流IC上升會導(dǎo)致三極管的

值的下降，當(dāng)

值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM3.極限參數(shù)電工電子教研室（3）反向擊穿電壓V(BR)EBO，發(fā)射結(jié)的擊穿電壓V(BR)CBO，集電結(jié)的擊穿電壓V(BR)CEO，基極開路時，集電極－發(fā)射極間的反向擊穿電壓V(BR)CEO與ICEO的大小有關(guān)當(dāng)VCE

ICEO

集電結(jié)出現(xiàn)雪崩擊穿

V(BR)CEO<<V(BR)CBOV(BR)CBO>V(BR)CES>V(BR)CER>V(BR)CEO射—基間有電阻，分流作用延緩集電結(jié)雪崩擊穿射—基間短路時基極開路時電工電子教研室4.1.5溫度對BJT參數(shù)及特性的影響（1）溫度對ICBO的影響（2）溫度對

的影響溫度每升高1oC，

增加0.5%1%1.溫度對BJT參數(shù)的影響溫度每升高10oC，ICBO約增加一倍（3）溫度對反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響集電結(jié)的反向擊穿為雪崩擊穿，具有正的溫度系數(shù)，溫度升高，反向擊穿電壓提高電工電子教研室2.溫度對BJT特性曲線的影響溫度T

輸出特性曲線上移，曲線族間距增大溫度T

輸入特性曲線左移溫度每升高1oC，vBE減小2mV~2.5mV小功率硅管ICBO小，VBE和

的溫度影響是主要的；鍺管ICBO大，溫度對其影響是主要的電工電子教研室BJT具有電流分配與放大的外部條件BJT的輸入特性、輸出特性本節(jié)重點(diǎn)電工電子教研室基極偏置使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)幕鶚O電流，使放大電路獲得合適的工作點(diǎn)，電阻幾十k

～幾百k

隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出：電解電容，有極性，幾

F~幾十

F4.2.1基本共射極放大電路的組成輸入回路（基極回路）輸出回路（集電極回路）簡化電路、習(xí)慣畫法輸入信號能量較小，而輸出能量較大。輸出能量不是放大的，它來自集電極直流電源VCC（幾V～幾十V），并保證集電結(jié)反偏集電極電阻（幾k

～幾十k

）

，將電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?，?shí)現(xiàn)電壓放大三極管T是整個電路的核心，它擔(dān)負(fù)著放大（控制）的任務(wù)。工作在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏BJT的重要特性之一是具有電流控制（即電流放大）作用，利用這一特性可以組成各種放大電路4.2基本共射極放大電路電工電子教研室4.2.2基本共射極放大電路的工作原理輸入信號為零（vi=0或ii=0）時，放大電路的工作狀態(tài)靜態(tài)時，三極管各電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點(diǎn)，靜態(tài)工作點(diǎn)（Q點(diǎn)）。一般用IBQ、

ICQ和VCEQ

表示1.靜態(tài)（直流工作狀態(tài)）直流通路一般硅管VBEQ=0.7V，鍺管VBEQ=0.2V電工電子教研室例：用估算法計算靜態(tài)工作點(diǎn)已知：VCC=12V，RC=4k

，RB=300k，

=37.5請注意電路中IB

和IC

的數(shù)量級！電工電子教研室1/13/2024電工電子教研室332.動態(tài)（交流工作狀態(tài)）基本共射極放大電路輸入信號vi≠0，此時放大電路工作狀態(tài)稱為動態(tài)或交流工作狀態(tài)；動態(tài)時，電路中除了直流量外，還有交流量；在IB、IC、VBE、VCE基礎(chǔ)上各自疊加上ib、ic、vbe、vce后得到混合量iB、iC、vBE、vCE；若只分析交流參數(shù)，則需要把交流、直流分開考慮，畫出交流通路：交流通路注意：vce與ib、ic、vbe的變化方向相反電工電子教研室1/13/2024電工電子教研室34交流通路畫交流通路的原則：①電路中內(nèi)阻很小的直流電壓源視為短路，內(nèi)阻很大的電流源或恒流源視為開路；②對一定頻率范圍內(nèi)的交流信號，容量較大的電容視為短路；即無交流壓降交流通路小信號被放大成大信號，能量守恒嗎？為什么？電工電子教研室4.3放大電路的分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法計算機(jī)仿真放大電路性能指標(biāo)的定義放大電路中各個元件的作用放大電路的直流通路與交流通路本節(jié)重點(diǎn)電工電子教研室vi=0（短路）Cb1、Cb2開路（被充電）電路分為線性和非線性兩部分非線性線性線性直流通路VCb1=VBEQ，VCb2=VCEQ1.靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析4.3.1圖解分析法利用BJT的V-I特性曲線及管外電路的特性電工電子教研室在輸入特性曲線上，作出輸入直線負(fù)載線

VBE=VCC-IBRb，兩線的交點(diǎn)即是Q點(diǎn)，得到IBQ在輸出特性曲線上，作出輸出直流負(fù)載線

VCE=VCC-ICRc，與IBQ曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)，得到VCEQ

和ICQ電工電子教研室輸入特性輸出特性直流負(fù)載線不變Q點(diǎn)沿負(fù)載線上下移動輸入特性不變Q點(diǎn)沿輸入特性上下移動輸入回路

iB

iCvo

vBE

vCE信號通路：vi

輸出回路2.動態(tài)工作情況的圖解分析vBE=VBEQ+vi

iB=IBQ+ib

iC=ICQ+icvCE=VCEQ+vce基本滿足疊加原理！使用條件——小信號①輸入特性，范圍小②輸出特性，不超出放大區(qū)否則，非線性失真電工電子教研室通過圖解分析，可得如下結(jié)論：1.vi

vBE

iB

iC

vCE

|-vo|

2.vo與vi相位相反3.可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)4.可以確定最大不失真輸出幅度動態(tài)工作時，

iB、

iC的實(shí)際電流方向是否改變，vCE的實(shí)際電壓極性是否改變？電工電子教研室放大電路中，輸出信號應(yīng)成比例放大（線性放大）輸入信號；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真通過圖解分析，要使信號既能被放大，又要不失真，必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。對小信號放大電路，在交流信號整個周期內(nèi)，為保證BJT不進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，應(yīng)滿足下列條件：3.靜態(tài)工作點(diǎn)對波形失真的影響ICQ>Icm+ICEO

及VCEQ>Vcem+VCES電工電子教研室放大電路的動態(tài)范圍iCvCEvo可輸出的最大不失真信號ib工作點(diǎn)Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位要有合適的交流負(fù)載線信號幅度不大，不產(chǎn)生失真和保證一定的電壓增益，Q可選得低些電工電子教研室iCvCEvo截止失真：由于放大電路的工作點(diǎn)Q達(dá)到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真iCvCEvo飽和失真：由于放大電路的工作點(diǎn)Q達(dá)到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真Vom=ICQRcVom=VCEQ-VCES電工電子教研室由交流通路得純交流負(fù)載線：交流通路icvce+-vce=-ic

(Rc

//RL)交流負(fù)載線必過Q點(diǎn)，即

vce=

vCE-VCEQ

ic=

iC

-ICQ

交流負(fù)載電阻：R

L=Rc//RL例4.3.1

交流負(fù)載線交流負(fù)載線為vCE-VCEQ=-(iC

-

ICQ)R'L

iC=(-1/R'L)vCE+(1/R'L)VCEQ+

ICQ交流輸入信號時Q點(diǎn)的運(yùn)動軌跡

電工電子教研室1.試分析下列問題：（1）增大Rc時，負(fù)載線將如何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？（2）增大Rb時，負(fù)載線將如何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？（3）減小VCC時，負(fù)載線將如何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？（4）減小RL時，負(fù)載線將如何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？電工電子教研室iCvCEVCC/RCVCC改變基極電阻RB電工電子教研室iCvCEVCC/RCVCC直流電源VCC的影響電工電子教研室iCvCEVCC/RCVCC增大集電極電阻電工電子教研室iCvCEVCC/RCVCC

增大電工電子教研室4.圖解分析法的適用范圍特別適用于分析信號幅度較大而工作頻率不太高的情況直觀、形象，有助于一些重要概念的建立和理解，如交直流共存、靜態(tài)和動態(tài)等能全面分析放大電路的靜態(tài)、動態(tài)工作情況，有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的重要性不能分析信號幅值太小或工作頻率較高時的電路工作狀態(tài)，也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)性能指標(biāo)電工電子教研室2.放大電路如圖所示。當(dāng)測得BJT的VCE

接近VCC的值時，管子處于什么工作狀態(tài)？可能的故障原因有哪些？截止?fàn)顟B(tài)故障原因可能有：?Rb支路可能開路，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC

Rc=VCC?C1可能短路，VBE=0，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC

Rc=VCC共射極放大電路電工電子教研室放大電路的直流通路與交流通路交流負(fù)載線的做法晶體管的動態(tài)范圍非線性失真的產(chǎn)生及消除電路參數(shù)對Q點(diǎn)的影響本節(jié)重點(diǎn)電工電子教研室建立小信號模型的意義建立小信號模型的思路當(dāng)放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似的用直線來代替，從而把三極管這個非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來處理由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設(shè)計4.3.2小信號模型分析法電工電子教研室小信號建模的方法2、由網(wǎng)絡(luò)的特性方程畫出小信號模型1、用電阻、電感、電容等電路元件來模擬網(wǎng)絡(luò)所代表的BJT的物理機(jī)構(gòu)從方程出發(fā)結(jié)合特性曲線來建立小信號模型：1、BJT特性曲線用圖形描述管子內(nèi)部電壓、電流的關(guān)系2、BJT參數(shù)用數(shù)學(xué)形式表示管子內(nèi)部電壓、電流微變量的關(guān)系。

都表征管子性能、反映管內(nèi)物理過程電工電子教研室1.BJT的H參數(shù)及小信號模型在小信號情況下，對上兩式取全微分得用小信號交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce對于BJT雙口網(wǎng)絡(luò)，輸入輸出特性曲線：iB=f(vBE)

vCE=constiC=f(vCE)

iB=const可以寫成：vBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)（1）BJT的H參數(shù)的引出電工電子教研室iBvBE

vBE

iB輸出端交流短路時的輸入電阻，用rbe表示輸入端交流開路時的反向電壓傳輸，用

r表示iBvBE

vBE

vCEvbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce電工電子教研室

iC

iBiCvCE輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)，用

表示輸入端交流開路時的輸出電導(dǎo)，用1/rce表示iCvCE

iC

vCE四個H參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)電工電子教研室（2）BJT的H參數(shù)小信號模型BJT的H參數(shù)小信號模型hfeibicvceibvbehrevcehiehoevbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce

H參數(shù)與工作點(diǎn)的位置有關(guān)，在放大區(qū)基本不變，不能用小信號模型來求靜態(tài)工作點(diǎn)Q

hfeib、hrevce是受控源，分別為電流控制電流源、電壓控制電壓源

H參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)，只適合對交流信號的分析電工電子教研室hfeibicvceibvbehrevcehiehoe一般采用習(xí)慣符號：rbe=hie

=hfe

r=hre

rce=1/hoe

ibicvceibvbe

rvcerberce

r很小，為10-310-4

rce很大，約為100k（3）小信號模型的簡化注意ic與ib的方向間的關(guān)系原因是由于基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)的存在，BJT工作在放大區(qū)時一般可忽略它們的影響電工電子教研室（4）H參數(shù)值的確定

一般用參數(shù)測試儀測得

rbe

與