第四章双极结型三极管及放大电路基础(模电康第五版)

BJT的电流分配、放大条件、特性曲线；静态工作点的估算；直流负载线、交流负载线的绘制；H参数小信号模型分析法；温度对工作点的影响；组合放大电路的分析方法。
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放大电路的频率响应。
理论课18学时。
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4.1 BJT
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饱和区 BJT的发射结和集电结均处于正向偏置。在该区域内，一般有vCE≤vBE，因而集电结内电场被削弱，集电结收集载流子的能力减弱，这时即使iB 增加，iC也增加不多或基本不变，说明iC不再服从 iB i 的电流分配关系了。 iC随vCE增加而迅速上升。该区域内的vCE很小，称为BJT的饱和压降vCES，其值与iB、iC有关。当VCE=VBE时，BJT处于临界饱和状态。 i i i v
4.1 BJT
BJT的基极电流为：
IC
I B I EP I BN I CBO I EP I EN I CN I CBO IE IC
动画：放大状态下BJT中载流子的传输过程
IB
ICBO ICN
N
IBN
P VCC
VEE
IEP IEN IE N
放大状态下BJT中载流子的传输过程
IC
ICBO ICN
N
IB
IBN
P VCC
VEE
IEP IEN IE N
放大状态下BJT中载流子的传输过程
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4.1 BJT
同时，基区自身的少子电子和集电区的少子空穴的漂移运动形成集电结反向饱和电流 ICBO，其方向与 ICN方向一致。
IC
ICBO ICN
同时基区的多子空穴也要扩散到发射区，形成空穴扩散电流IEP，方向与 IEN相同。
ICBO ICN
N
IB
IBN
P VCC
VEE
IEP IEN IE N
放大状态下BJT中载流子的传输过程
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4.1 BJT
I E I EN I EP I ES e

4.1 BJT
2. BJT的电流分配关系通常把ICN与发射极电流IE的比定义为BJT共基极直流电流放大系数。
I CN / I E
它表达了IE转化为ICN的能力，小于1，但接近于1。 IC = ICN+ICBO= IE+ICBO≈
流IC受输入电流IE控制的电流分配关系。
放大状态下BJT中载流子的传输过程
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IB
IBN
P VCC
VEE
IEP IEN IE N
4.1 BJT
由于集电结上外加反偏电压，空间电荷区的内电场被加强，对基区扩散到集电结边缘的载流子电子有很强的吸引力，使它们很快漂移过集电结，被集电区收集，形成集电极电流中受发射结电压控制的电流ICN，其方向与电子漂移方向相反。 ICN = IEN – IBN
N
IB
IBN
I C I CN I CBO
ICBO不受发射结电压控制，对放大无贡献，其大小取决于基区和集电区的少子浓度，数值很小，受温度影响很大，易使BJT工作不稳定。
VEE
P VCC
IEP IEN IE N
放大状态下BJT中载流子的传输过程
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4.1 BJT
在放大电路中，BJT有三种连接方式：共基极、
共发射极和共集电极，即分别把基极、发射极、集
电极作为输入和输出端口的公共端。
IC c
b IB T b 共基极
e IE
IC c T
IE e
b IB T
e 共发射极
c 共集电极
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：共射极直流电流放大系数
ICEO：穿透电流，即集电极与发射极之间的反向饱和电流，其值一般很小，若忽略，则 I C I B。
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4.1 BJT
BJT在共集电极连接时，输出电流IE受输入电流IB 控制的电流分配关系。
IE IC IB 1 IB
共射极连接时的输出特性曲线
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4.1 BJT
2. 共基极连接时的V-I 特性曲线（1）输入特性描述了当输出电压vCB为某一数值时，输入电流iE与输入电压vBE 之间的关系。 iE=f ( vBE)vCB=常数如右图，当vCB > 0时，随着vCB的增加，输入特性曲线略向左移，说明vBE保持不变时，随着集电结反偏电压vCB 的增加，iE也有所增加。
8
6
+
e iE
vBE
—
iC c T + vCB
—
b 共基极连接
vCB 1V vCB 5V vCB 0V
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4.1 BJT
（2）输出特性
描述了当输入电流iB为某一数值时，集电极电流iC 与电压vCE之间的关系。
iC=f ( vCE)iB=常数 BJT的三个工作区域：放大区饱和区截至区 i i i
i
v
共射极连接时的输出特性曲线
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IB IC
ICBO ICN
N
IBN
P VCC
VEE
IEP IEN IE N
放大状态下BJT中载流子的传输过程
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4.1 BJT
（1）发射区向基区扩散载流子，形成发射极电流IE 。
IC
发射结加正向电压，发射区的多子电子将不断通过发射结扩散到基区，形成发射结电子扩散电流 IEN，其方向与电子扩散方向相反。
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4.1 BJT
IE IC IB
IC = IE+ICBO
I CBO IB IC I B I CEO 1 1
I CEO 1 I CBO 1 I CBO 1
其中 1

BJT在共射极连接时，输出电流IC受输入电流IB控制的电流分配关系。
4.1 BJT
动画：BJT的放大区放大区在放大区，BJT输出特性曲线的特点是各条曲线几乎与横坐标轴平行，但随着vCE的增加，各条曲线略向上倾斜，这说明iC主要受iB控制。
vCE对iC的影响由基区宽 i 度调制效应产生，即vCE增 i 加时，基区有效宽度减小，载流子在基区的复合机会 i 减少，使电流放大系数略有增加，在保持iB不变 i v 的情况下，iC将随vCE增大而略有增加。共射极连接时的输出特性曲线
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4.1 BJT
1. 共射极连接时的V-I 特性曲线（1）输入特性描述了当输出电压vCE为某一数值时，输入电流iB与输入电压vBE 之间的关系。 iB=f ( vBE)vCE=常数 vCE较小时，集电结处于正偏或反偏电压很小，此时收集电子的能力很弱，而基区的复合作用较强，所以在vBE相同的情况下，iB较大。
4.1 BJT
共射极连接时的输出特性曲线
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4.1 BJT
截至区 BJT的发射结和集电结均处于反向偏置，发射极电流iE＝0时所对应的区域，此时iB＝-ICBO 。对小功率管而言，常把iB＝0的那条输出特性曲线以下的区域称为截至区。因为iB＝0时，iC＝ ICEO ≈0 。 i i i i v
第四章双极结型三极管及放大电路基础
4.1 BJT 4.2 基本共射极放大电路 4.3 放大电路的分析方法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路 4.6 组合放大电路 4.7 放大电路的频率响应
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了解半导体三极管的工作原理、特性曲线及主要参数；了解半导体三极管放大电路的分类；掌握用图解法和小信号分析法分析放大电路的静态及动态工作情况；理解放大电路的工作点稳定问题；熟悉放大电路的频率响应及各元件参数对其性能的影响。
BJT按半导体材料分：硅管和锗管；按照工作频率分：低频管和高频管；按照功率分：小、中、大功率管。
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4.1 BJT
一、BJT的结构简介
C 集电极
C
B T
C 集电极 P 集电区 B N 基区基极 P 发射区 E 发射极发射结
N 集电区 B P 基区基极
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4.1 BJT
（2）载流子在基区扩散与复合，形成复合电流IBN 。由发射区扩散到基区的载流子电子在发射结边界附近浓度最高，离发射结越远浓度越低，形成了一定的浓度梯度。浓度差使扩散到基区的电子继续向集电结方向扩散。在扩散过程中，有一部分电子与基区的空穴复合，形成基区复合电流IBN。
ICBO ICN
IC
N
IB
IBN
P VCC
VEE
IEP IEN IE N
放大状态下BJT中载流子的传输过程
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4.1 BJT
由于基区很薄，掺杂浓度又低，因此电子与空穴复合
ICBO ICN
IC
N
机会少，IBN很小，大多数电

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模电第四章4(第五版)——康华光

输入电阻大
15
4.5.1 共集电极放大电路
2.动态分析 2.动态分析 ④输出电阻
由电路列出方程
第三章三极管及放大电路基础
it = ib + βib + i Re
vt = ib ( rbe + Rs′ )
vt = i Re Re
其中 Rs′ = Rs // Rb 则输出电阻
vt Rs′ + rbe Ro = = Re // it 1+ β
4K .+ Vs _
+20V 第三章三极管及放大电路基础 Rb 1.8M Rc 10K C2 + Re1 1K Re2 1K C3 . Vo _
C1 + . Vi _
解： 1、VCC = IBQRb+VBEQ+VEQ = IBQRb+ (1+ β) IBQ (Re1+ Re2 ) )]=10µ ∴IBQ=VCC / [ Rb+ (1+ β)(Re1+ Re2 )]=10µA ( ICQ= β IBQ =1mA VCEQ≈ VCC – IC(RC +Re1+ Re2 ) =8V
3
4．求Q点、Av、Ri、Ro Av、Ri、 1）估算Q点：由直流通路，采用：估算Q 由直流通路，采用： Rb1 、Rb2 分压来确定b极电位，分压来确定b极电位，
第三章三极管及放大电路基础
VBQ=Rb2VCC /（Rb1+Rb2） ICQ ≈ IEQ = (VBQ – VBEQ ) / Re
电压跟随器
14
4.5.1 共集电极放大电路
2.动态分析 2.动态分析 ③输入电阻
第三章三极管及放大电路基础

模拟电子技术第四章双极结型三极管及放大电路基础

1
100
25 C
80
60
40
iB
Q iB=20(A)
0 24 68
vCE(V)
iCQ 1.5mA 37.5 iBQ 40A
iC 2.3 1.5 40
iB 60 40
模拟电子技术
结论
电流放大系数不是固定不变的值，只有在特性曲线较平坦的部分，基本保持不变，可以看作为常数
IBN
电极收集
由于， IE IB IC
IC ICN ICBO
的比例系数
IB b
基极复
(IB IC ) ICBO
合电流 VEE
c ICBO
基极-集电极反相饱 VCC 和电流
因而，
IC

1
IB

1
1
ICBO
IC IB (1 )ICBO IB ICEO
模拟电子技术
五、温度对BJT参数的影响
T (℃) ICEO IC
IC
uBE不变时iB ，即iB不变时uBE
模拟电子技术
五、温度对BJT参数的影响 (1) 温度对ICBO的影响
由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴) 参与导电，故称为双极型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor);
2个PN结的相互作用，使得三极管具有电流放大作用；
三极管包括NPN与PNP两种类型。模拟电子技术
1、几种BJT的外形
(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管
（是NPN管还是PNP管，是硅管还锗管），并区分e、b、c三个电极。

第四章双极结型三极管及放大电路

模
拟
电
子
技
术
BJT载流子的传输过程动画
模
拟
电
子
技
术
2 .三极管各电极的电流关系
(1)三种组态双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见下图
共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示; 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。
现以 NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系。
IB
Rb VB
B
IC
NPN
RC
+
Vo
IE
VCC
_

模
拟
电
子
技
术
在发射结正偏，集电结反偏条件下，三极管中载流子的运动：
(1)发射区向基区注入电子：在VBB作用下，发射区向基区注入电子形成 IEN，基区空穴向发射区扩散形成IEP,
模
拟
电
子
技
术
三极管的安全工作区
由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区，见下图。
模
拟
电
子
技
术
五温度对BJT参数及特性的影响
1. 温度对BJT参数的影响
(1) 温度对ICBO的影响温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。
(2) 温度对的影响温度每升高1℃，值约增大0.5%~1%。 (3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。

电子电工学——模拟电子技术第四章双极结型三极管及发达电路基础

4.1 双极结型三极管BJT
(Bipolar Junction Transistor)
又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。
分类：按材料分：硅管、锗管按结构分：NPN型、PNP型按频率分：高频管、低频管按功率分：小功率、大功率
半导体三极管的型号
国家标准对半导体三极管的命名如下:
3 D G 110 B
c
e V VCE
VCC
V
VBE
也是一组特性曲线
实验电路
1.共射极电路的特性曲线
输入特性 :iB=f(vBE)|vCE=const
(1)VCE=0V时，发射结和集电结均正偏，输入特性相当于两个PN结并联
(2)VCE=1V时，发射结正偏，集电结反偏，收集电子能力增强，发射极发
射到基区的电子大部分被集电极收集，从而使得同样的VBE时iB减小。
ICEO (1 )ICBO 值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。
３．极限参数
(1) 集电极最大允许电流 ICM
过流区
当IC过大时，三极管的值要 iC
减小。在IC=ICM时，值下降 ICM
到额定值的三分之二。
PCM = iCvCE
(2) 集电极最大允许耗散功率 PCM
将 iC 与 vCE 乘积等于规定的 PCM 值各点连接起来，可得一条双曲线。
利用IE的变化去控制IC，而表征三极管电流控制作用的参数就是电流放大系数。
共射极组态连接方式
IE UBE
+ Uo
-
49 IC 0.98(mA)
IB
20( A)
共射极接法应用我们得到的结论：
１、从三极管的输入电流控制输出电流这一点看来，这两种电路的基本区别是共射极电路以基极电流作为输入控制电流。２、共基极电路是以发射极电流作为输入控制电流。

第4章双极结型三极管及放大电路基础

双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。 BJT的放大条件：发射结正偏，集电结反偏。
对NPN管：VC > VB > VE
对PNP管：VC < VB < VE
2019/2/10
上海电力学院电力系
6
第4章双极结型三极管及放大电路基础
4.1半导体三极管
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
1、以 NPN型三极管的放大状态为例，说明三极管内部的载流子传输过程。（1）发射区向基区注入电子发射结正向偏置，发射区多子电子向基区扩散，形成发射极电流IE。基区的掺杂浓度低。基区多子空穴向发射区的扩散运动数量小，可忽略。
2019/2/10 上海电力学院电力系 7
第4章双极结型三极管及放大电路基础
2019/2/10 上海电力学院电力系 16
第4章双极结型三极管及放大电路基础
4.1半导体三极管
4.1.3 BJT的V-I特性曲线
1. 输入特性曲线
iB和vBE之间的函数关系，也就是发射
结的伏安特性曲线。因为有集电结电压的影
响，它与一个单独的PN结的伏安特性曲线不
同。
vCE对iB的影响，是由于vCE影响了三
2019/2/10
上海电力学院电力系
11
第4章双极结型三极管及放大电路基础
4.1半导体三极管
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
4. 放大作用
共基极放大电路
若 vI = 20mV 使 iE = -1 mA，
当 = 0.98 时，
则 iC = iE = -0.98 mA， vO = -iC• RL = 0.98 V，
集电结(Jc)

模拟电子第五版康光华第四章双极结型三极管及放大电路基础

21
第四章双极结型三极管及放大电路基础
4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
1. 温度对BJT参数的影响 (1) 温度对ICBO的影响温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。 (2) 温度对的影响温度每升高1℃，值约增大0.5%-1%。 (3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。

与iC的关系曲线
电气信息学院电工电子基础教研室
16
第四章双极结型三极管及放大电路基础
4.1.4 BJT的主要参数
1. 电流放大系数 (3) 共基极直流电流放大系数 =（IC－ICBO）/IE≈IC/IE (4) 共基极交流电流放大系数α
α=IC/IEvCB=const
当ICBO和ICEO很小时， ≈、 ≈，可以不加区分。
电子技术基础
模拟部分
第6讲主讲：孙静
第四章双极结型三极管及放大电路基础 4.1 BJT 4.2 基本共射极放大电路 4.3 放大电路的分析方法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路 4.6 组合放大电路
电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室
3. 极限参数 (3) 反向击穿电压
V(BR)CBO
———发射极开路时的集电结反向击穿电压。
V(BR)
EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。
V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。
几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO
电气信息学院电工电子基础教研室
4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理

4第4章双极结型三极管及放大电路基础

模拟电子技术
3、极限参数
iC
（1）ICM ：集电极最大允许电流， ICM 安
PCM
IC超过ICM时，值明
全过
显降低。
工损
（2）PCM ：集电极最大允许耗散功率。
PC = iC vCE
O
作耗
区
区 vCE /V
V(BR)CEO
（3）反向击穿电压
V(BR)CEO : 基极开路时 c、e 极间反向击穿电压。 V(BR)CBO : 发射极开路时 c、b 极间反向击穿电压。 V(BR)EBO :集电极极开路时 e、b 极间反向击穿电压。
当三极管进入饱和区或截
度减小，这样在基区vCE内=载V流CES子，的典复合型机值会为减0.3少V，。
止区时，将产生非线性失真。 ③使截电止流区放：大条系件数：β增两大个，结在反iB偏不变的情况下，iC将
2.共基极电路的V-I 特性曲线（见书P110)
随vCE的增大特略点有：增iB大=0，，特iC性=曲IC线EO略≈0微；向iC上倾斜iB ，
vo
=
-iC•
RL
=
0.98
V，电压放大倍数：Av=
△vo △vI
=
0.98V =49
20mV
模拟电子技术
4.共射极连接方式
= ；同理可得 =
1
1+
当vI = 20mV，使iB = 20μA，
设 = 0.98，则
= iC
iB
iC

iB

iB
其中ICEO= (1+β) ICBO(穿透电流)，当ICBO很小时，β=
ICN IC-ICBO
=

第四章双极结型三极管及放大电路基础

+C2 ++
uBE = UBE
u+B–E
T
uCE –
uo
iE
–
uCE = UCE uo = 0
无输入信号(ui = 0)时:
iC
uCE
uBE
iB
UBE
IB
IC
UCE
O
tO
tO
tO
t
RB C1
+ + ui –
+UCC
RC iB iC
+C2 ++
u+B–E
T
uCE –
uo
iE
–
uBE = UBE+ ui uCE = UCE+ uo
4、半导体三极管的参数
半导体三极管的参数分为三大类:
直流参数交流参数极限参数
(1)直流参数
①直流电流放大系数
◈ 共发射极直流电流放大系数
◈ 共基极直流电流放大系数
1
1
②极间反向电流
温度的函数
◈ 集电极基极间反向饱和电流ICBO
图4.11反向饱和电流ICBO 图4.12 集--射反向饱和电流ICEO ◈ 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO
合电容加在三极管的发射结于是有下列过程：
三极管放大作用
变化的 ic通过 Rc转变为
变化的输出
v C v i i β i i R v C v i 1 be b c (
b ) c c c 2 o
v v 当
o
时，信号得到放大！
i
共射放大电路的电压放大作用
RB C1
+ + ui –

电子技术基础(第五版)康华光04 半导体三极管及放大电路基础

4.1 双极结型三极管（BJT）
4.2 共射极放大电路
4.3 放大电路的分析方法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题
4.5 共集电极电路和共基极电路
4.6 组合放大电路 4.7 放大电路的频率响应
1
4.1 双极结型三极管（BJT）
4.1.1 BJT的结构简介
4.1.2 BJT的电流分配与放大原理 4.1.3 BJT的特性曲线 4.1.4 BJT的主要参数
vCE=0V
vCE≥1V
iB ＋ vBE －
C B
＋ vCE
E
－
0.4
0.8 vBE / V
※ 硅管：VBE 0.7 V 锗管：VBE 0.2 V
16
iC
2. 输出特性曲线
iC=f(vCE) iB=const
iB
C
B
＋
iC/ mA 4 3 放大
100 A 80 A 60 A 40 A 20 A
发射区
基区
集电区
发射区
基区基极 C
集电区
基极 Base
C
表示符号 B
IB
IC
B
T
IB
T
IC IE
E
4
IE
E
结构特点：三层两结集电区：面积最大，
掺杂浓度次于发射区而高于基区集电极
C
N
基区：最薄，
掺杂浓度最低 P
N
集电结
基极 B
发射结
E
发射区：面积小，
掺杂浓度最高，多子数量多
5
发射极
4.1.2 BJT的电流分配与放大原理

iＣ iＥ
当ICBO很小时， ≈，可以不加区分。

模电第五版康华光复习大纲

40 带宽 20 0 2 20 fL 2 102 2 103 2 104 fH f/Hz
第三章二极管及其基本电路
1、理解半导体中有两种载流子电子空穴——当电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键就留下一个空位，这个空位就称为空穴 2、理解本征半导体和本征激发本征半导体——化学成分纯净的半导体 •两种载流子参与导电，自由电子数（n）=空穴数（p）本征激发的特点—— •外电场作用下产生电流，电流大小与载流子数目有关 •导电能力随温度显著增加
第五章场效应管放大电路
双极型三极管是电流控制器件，场效应管是电压控制器件。 1、能够根据转移特性判别场效应管的类型（P237 表5.5.1）结型场效应管 N型：VGS＜0 VDS＞0夹断电压VP＜0 P型：VGS＞0 VGS＜0夹断电压VP＞0 N型：VGS＞0 VDS＞0开启电压VT＞0 P型： VGS＜0 VGS＜0开启电压VT＜0
4、熟练掌握PN结形成——由于浓度差，而出现扩散运动，在中间形成空间电荷区（耗尽层），又由于空间电荷区的内电场作用，存在漂移运动，达到动态平衡。单向导电性 —— 不外加电压，扩散运动=漂移运动，iD=0 加正向电压（耗尽层变窄），扩散运动＞漂移运动形成iD 加反向电压（耗尽层变宽），扩散运动为0，只有很小的漂移运动形成反向电流特性方程：iD=IS（eVo/VT-1）特性曲线：正向导通：死区、导通区反向截止：截止区、击穿区
3、正确理解变压器反馈式，电容三点式，电感三点式LC 正弦波振荡电路的结构和工作原理 4、了解石英晶体正弦振荡电路的工作原理及特点 5、能够利用相位平衡条件判断电路是否振荡。 6、电压比较器及电压传输特性。习题9.6.1；9.6.2；9.7.1；9.7.2；

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第四章 双极结型三极管及放大电路基础(模电康第五版)

模电 第四章4(第五版)——康华光