模拟电子技术基础-04双极结型三极管及放大电路基础0
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模拟电子技术_双极型晶体管及基本放大电路
PC= ICUCE < PCM
（3）反向击穿电压U(BR)CEO
基极开路时，c、e间的反向击穿电压。
4.温度对参数和特性的影响
(1)温度对ICBO的影响
T 少子浓度 ICBO
温度每升高10℃, ICBO增加一倍。 （2）温度对β 的影响 温度每升高1℃， β 相应地增大0.5﹪～1﹪。 （3）温度对发射结正向电压降 UBE的影响 温度每升高1℃， UBE下降 (2～2.5mV/℃)。
iC iE
1
2. 极间反向电流
（1）集电极—基极反向饱和电流ICBO ICBO是集电结反偏时，由少 子的漂移形成的反向电流，受 温度的变化影响。 （2）集电极-发射极反向饱和 电流（穿透电流）ICEO
ICEO 1 ICBO
3.极限参数
（1）集电极最大允许电流ICM ic增加时， 要下降。当值下降到线性放大区值的70％ 时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。 （2）集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗
UT rbe rbb ' I CQ
或
UT rbe rbb/ 1 I EQ
U om
U CEQ U CES 2
6 0.7 3.75V 2
（3）VCC＝12V， Rc=VCC/IC=12/4=3k。
2、等效电路分析法
所谓微变等效电路分析法，就是在输入信号较小 的情况下，将非线性的三极管等效成线性元件，然后 由线性元件组成的等效电路进行计算，得到放大器的 性能指标如Au、ri、ro等。
（4）死区电压硅管0.5V，锗管0.1V
2、输出特性曲线
iC f uCE
北京交通大学模拟电子技术习题及解答第三章双极型三极管基本放大电路
第三章双极型三极管基本放大电路3-1 选择填空1.晶体管工作在放大区时，具有如下特点______________。
a. 发射结正偏，集电结反偏。
b. 发射结反偏，集电结正偏。
c. 发射结正偏，集电结正偏。
d. 发射结反偏，集电结反偏。
2．晶体管工作在饱和区时，具有如下特点______________。
a. 发射结正偏，集电结反偏。
b. 发射结反偏，集电结正偏。
《c. 发射结正偏，集电结正偏。
d. 发射结反偏，集电结反偏。
3．在共射、共集、共基三种基本组态放大电路中，电压放大倍数小于1的是______组态。
a. 共射b. 共集c. 共基d. 不确定4．对于题3-1图所示放大电路中，当用直流电压表测得U CE ≈V CC 时，有可能是因为______，测得U CE ≈0时，有可能是因为________。
题3-1图ccR L开路 b. R C 开路 c. R B 短路 d. R B 过小5．对于题3-1图所示放大电路中，当V CC =12V ，R C =2k Ω，集电极电流I C 计算值为1mA 。
用直流电压表测时U CE =8V ，这说明______。
a.电路工作正常b. 三极管工作不正常c. 电容C i 短路d. 电容C o短路 &6.对于题3-1图所示放大电路中，若其他电路参数不变，仅当R B 增大时，U CEQ 将______；若仅当R C 减小时，U CEQ 将______；若仅当R L 增大时，U CEQ 将______；若仅更换一个β较小的三极管时，U CEQ 将______； a.增大 b. 减小 c. 不变 d. 不确定7.对于题3-1图所示放大电路中，输入电压u i 为余弦信号，若输入耦合电容C i 短路，则该电路______。
a.正常放大b. 出现饱和失真c. 出现截止失真d. 不确定 8. 对于NPN 组成的基本共射放大电路，若产生饱和失真，则输出电压_______失真；若产生截止失真，则输出电压_______失真。
模拟电子技术第四章第一节双极型三极管BJT共18页
10
b. 三极管的三种组态
强调如何判断呢？
BJT的三种组态
(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示； (b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； (c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。
引出：强调三极管是一个双端口网络具 有输入端和输出端对应着两条特性曲线 c: 输入特性曲线
来描述。
iB=f(vBE) vCE=const.
iC=f(vCE) iB=const.
15
6、教学效果
（1）通过前面讲述，学生能从感性上和理性上认识三极管； （2）通过这节课的学习，能在仿真软件熟练绘出实际电路， 并查看仿真结果； （3）学生知道实际生活中三极管的应用。
16
•
谢谢！
3
2、教学目标
（1）了解三极管的结构、工作原理； （2）熟练掌握三极管的输入输出特性曲线； （3）熟练掌握三极管三种接法的判断； （4）了解三极管的应用.
重点和难点
4
3、教学方法
采用课堂讨论法、多媒体课件及动画相结合、实 验仿真的教学方法，让学生认识三极管及其用途。
通过复习以前的知识引入新内容的介绍，从感 性认识到理性认识，到实际中应用。循序渐进，逐 渐深入的方法。
半导体三极管的结 构示意图如图所示。 它有两种类型:NPN型 和PNP型。 (a) NPN型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图 (c) NPN管的电路符号 (d) PNP管的电路符号
9
Байду номын сангаас
（3）理性上认识三极管
a：内部载流子的传输过程 （以NPN为例） IE=IB+ IC
放大状态下BJT中载流子的传输过程
iB=f(vBE) vCE=const.
b. 三极管的三种组态
强调如何判断呢？
BJT的三种组态
(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示； (b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； (c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。
引出：强调三极管是一个双端口网络具 有输入端和输出端对应着两条特性曲线 c: 输入特性曲线
来描述。
iB=f(vBE) vCE=const.
iC=f(vCE) iB=const.
15
6、教学效果
（1）通过前面讲述，学生能从感性上和理性上认识三极管； （2）通过这节课的学习，能在仿真软件熟练绘出实际电路， 并查看仿真结果； （3）学生知道实际生活中三极管的应用。
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•
谢谢！
3
2、教学目标
（1）了解三极管的结构、工作原理； （2）熟练掌握三极管的输入输出特性曲线； （3）熟练掌握三极管三种接法的判断； （4）了解三极管的应用.
重点和难点
4
3、教学方法
采用课堂讨论法、多媒体课件及动画相结合、实 验仿真的教学方法，让学生认识三极管及其用途。
通过复习以前的知识引入新内容的介绍，从感 性认识到理性认识，到实际中应用。循序渐进，逐 渐深入的方法。
半导体三极管的结 构示意图如图所示。 它有两种类型:NPN型 和PNP型。 (a) NPN型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图 (c) NPN管的电路符号 (d) PNP管的电路符号
9
Байду номын сангаас
（3）理性上认识三极管
a：内部载流子的传输过程 （以NPN为例） IE=IB+ IC
放大状态下BJT中载流子的传输过程
iB=f(vBE) vCE=const.
模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路基础
本章主要内容
4.1 三极管的结构及类型 三极管的电流放大作用
三极管的共射特性曲线
三极管的主要参数
4.2 放大电路基本概念
共射放大电路
1
4.3 图解分析方法 小信号模型分析法
4.4 放大电路的工作点稳定问题 4.5 共集电极电路和共基极电路 4.6 放大电路的频率响应 4.7 多级放大电路
2
一、晶体三极管的结构和类型
温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。
24
2）. 温度升高，输出特性曲线向上移。 iC T2 > T1
O
iiiBBB=== 000uCE
温度每升高 1C， (0.5 1)%。
输出特性曲线间距增大。
25
四、晶体管的主要参数
1、电流放大系数
4 iC / mA 50 µA
1）. 共发射极电流放大系数
特点：
IB = 0 6 uCE /V
水平、等间隔
21
iC / mA 4饱
和 3区
放大区
2
I1CEO
截止区
O24
8 临界饱和时：
uCE = uBE
饱和区：
50 µA
uCE u BE
40 µA 30 µA 20 µA
uCB = uCE u BE 0
条件：两个结正偏
10 µA 特点：IC IB
IC mA +
A
+
+
V UCE
EC
RB
V UBE 输入回路
输出回路 –
+– –
–
EB 共发射极电路
发射极是输入回路、输出回路的公共端
16
1.输入特性
iB f (uBE) uCE常数
4.1 三极管的结构及类型 三极管的电流放大作用
三极管的共射特性曲线
三极管的主要参数
4.2 放大电路基本概念
共射放大电路
1
4.3 图解分析方法 小信号模型分析法
4.4 放大电路的工作点稳定问题 4.5 共集电极电路和共基极电路 4.6 放大电路的频率响应 4.7 多级放大电路
2
一、晶体三极管的结构和类型
温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。
24
2）. 温度升高，输出特性曲线向上移。 iC T2 > T1
O
iiiBBB=== 000uCE
温度每升高 1C， (0.5 1)%。
输出特性曲线间距增大。
25
四、晶体管的主要参数
1、电流放大系数
4 iC / mA 50 µA
1）. 共发射极电流放大系数
特点：
IB = 0 6 uCE /V
水平、等间隔
21
iC / mA 4饱
和 3区
放大区
2
I1CEO
截止区
O24
8 临界饱和时：
uCE = uBE
饱和区：
50 µA
uCE u BE
40 µA 30 µA 20 µA
uCB = uCE u BE 0
条件：两个结正偏
10 µA 特点：IC IB
IC mA +
A
+
+
V UCE
EC
RB
V UBE 输入回路
输出回路 –
+– –
–
EB 共发射极电路
发射极是输入回路、输出回路的公共端
16
1.输入特性
iB f (uBE) uCE常数
第4章半导体三极管及放大电路基础
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模拟电子技术基础
（3 ）共基极(Common base)放大作用
IE
VBE
T
IC
输出回路
IB
VCB
输入回路
RE VEE
VCC
RC
发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。 基极是两个回路的公共端，称这种接法为共基极接法。
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模拟电子技术基础
共基极放大作用
在输入回路上加一 待放大的信号ΔvI
iC I C iC
vBE vI VBB
iE I E iE
vo
iB I B iB
T
RL
iB (1 α )iE I B iB iC α iE I C ic
vI
VBB iE I E iE
iB f (vBE ) vCE一定
iB
vBE
iC
NPN型
iE
vCE
硅BJT
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模拟电子技术基础
输入特性的特点
(1)输入特性是非线性的，有死区。 死区电压Vth硅管0.5 V，锗管0.1V。 (2) 当vCE>0时，特性右移，(因集 电结开始吸引电子)。 (3) 当vCE≥1V，输入特性曲线 几乎重合在一起，（电流分配 关系决定的）。
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模拟电子技术基础
结构、符号
NPN型 符号
C
B E 箭头表示发射结加正偏电压时， 发射极电流的实际方向。
集电极 C (collector) 集电结 N — 集电区 — 基区 — 发射区
基极 B
模拟电子技术基础
（3 ）共基极(Common base)放大作用
IE
VBE
T
IC
输出回路
IB
VCB
输入回路
RE VEE
VCC
RC
发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。 基极是两个回路的公共端，称这种接法为共基极接法。
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模拟电子技术基础
共基极放大作用
在输入回路上加一 待放大的信号ΔvI
iC I C iC
vBE vI VBB
iE I E iE
vo
iB I B iB
T
RL
iB (1 α )iE I B iB iC α iE I C ic
vI
VBB iE I E iE
iB f (vBE ) vCE一定
iB
vBE
iC
NPN型
iE
vCE
硅BJT
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模拟电子技术基础
输入特性的特点
(1)输入特性是非线性的，有死区。 死区电压Vth硅管0.5 V，锗管0.1V。 (2) 当vCE>0时，特性右移，(因集 电结开始吸引电子)。 (3) 当vCE≥1V，输入特性曲线 几乎重合在一起，（电流分配 关系决定的）。
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模拟电子技术基础
结构、符号
NPN型 符号
C
B E 箭头表示发射结加正偏电压时， 发射极电流的实际方向。
集电极 C (collector) 集电结 N — 集电区 — 基区 — 发射区
基极 B
4-1、双极结型三极管及放大电路基础
要求导通电压低时，可选锗管。
4、对于同一型 号管子，优先选反向电流
小的，而 值不宜太大。
28
&1
4.2 共射极放大电路的工作原理
4.2.1 基本共射极放大电路的组成
图4.2.1 基本共射极放大电路
29
4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理
1. 静态(直流工作状态)
输入信号vi＝0时， 放大电路的工作状态称为
18
4.1.4 BJT的主要参数
1、 电流放大系数 ⑴ 直流电流放大系数
① 共发射极直流电流放大系数
=（IC－ICEO）/IB≈IC / IB IC＞＞ ICEO
不是常数
பைடு நூலகம்
与iC的关系曲线
19
② 共基极直流电流放大系数
=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE IC＞＞ ICBO
又设 1
根据 IE=IB+ IC
IC= ICN+ ICBO
ICN
IE
且令 (1+ ) ICBO =ICEO （穿透电流）
IC
IE
则 IC ICEO
IB
当
IC
ICEO 时，
IC IB
是另一个电流放大系数。同样，它也只与管
子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。
列输出回路方程（直流负载线） VCE=VCC－iCRc
直流通路
34
作出直线 vBE VBB iB Rb ，它与输入特性曲线的交点即是Q点， 得到IBQ。
在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCC－iCRc，与IBQ曲 线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。
模拟电子技术第2章双极型三极管及其放大电路
•
17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。上 午10时1 2分21 秒上午1 0时12 分10:12: 2121.7. 12
• 2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年六月十七日2021年6月17日星期四
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。21.7. 1221.7. 1210:12 :2110:1 2:21Jul y 12, 2021
•
14、谁要是自己还没有发展培养和教 育好， 他就不 能发展 培养和 教育别 人。202 1年7月 12日星 期一上 午10时 12分21 秒10:1 2:2121. 7.12
生一个变化电压 ΔvO ,若RL 取1kΩ，
vI 20mV
则ΔvO=ΔIC×RL=0.98V。 • ΔvO随时间的变化规律与ΔvI 相 同，但幅度却大了许多倍。所增大
的倍数称为电压增益，即
图1-19 简单的放大电路
AV
vO vI
0.98V 20mV
49
BJT 的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线，它是 BJT内 部载流子运动的外部表现。工程上最常用到的是它的输入特性曲线和输出 特性曲线。
•
5、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Thursday, June 17, 2021June 21Thursday, June 17, 20216/17/2021
双极型三极管及其放大电路
C
集电区 基区 发射区 收集载流子——空穴 空穴 收集载流子 传输载流子——空穴 空穴 传输载流子 向基区发射多子——空穴 空穴 向基区发射多子
c b e
P B N P E
作用
作用
作用
模拟电子技术基础
三极管的放大原理
1. 放大的条件 为保证BJT能放大需满足内部和外部条件 为保证 能放大需满足内部和外部条件 1). BJT放大的内部条件 放大的内部条件
晶体管工作在放大状态时， 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅 决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 模拟电子技术基础 控制的电流源i 控制的电流源 C 。
温度对晶体管特性的影响
T (℃) ↑→ I CBO ↑→ I CEO ↑ →β ↑ → uBE不变时iB ↑ ，即iB不变时uBE ↓
& Uo & Aui = & Ii
& Io & Aiu = & Ui
模拟电子技术基础
电压放大倍数是最常被研究和测试的参数
放大电路
2. 输入电阻和输出电阻
从输入端看进去的 等效电阻
Ui Ri = Ii
输入电压与 输入电流有 效值之比。 效值之比。
U −Uo U Ro = = ( − 1) RL Uo Uo RL
小功率管
中功率管
大功率管
模拟电子技术基础
c
三极管的结构
集电结 基极 base
C
b
箭头的方向是发射结 正偏时， 正偏时，电流的方向
集电极 collector e 集电区 基区 发射区
作用
N B P N
发射极 emitter
收集载流子——电子 电子 收集载流子 传输载流子——电子 电子 传输载流子 向基区发射多子——电子 电子 向基区发射多子
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26
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4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
2. 输出特性曲线 iC=f(vCE) iB=const.
每个IB对应一条曲线 反映IB对IC的控制 此时曲线应为集电PN 结反向饱和曲线 所以有恒流特性 输出特性曲线三个区域分析
27
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 *4.8
BJT 基本共射极放大电路 放大电路的分析方法 放大电路静态工作点的稳定问题 共集电极放大电路和共基极放大电路 组合放大电路 放大电路的频率响应 单级放大电路的瞬态响应
1
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32
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BJT放大过程总结 用电压（电流）调节发射结电场，导致通过反射结 的电子量变化。利用PN结的正向调节作用 将基极做的很薄，使发射结过来的电子大部分被集 电结收集。旁路作用分离被控量 由于集电结流过的是反向饱和电流，电流有一定 的恒定性质，不随集电结电压变化。恒流作用保 持被控量不变。 充分利用PN结正向时的电阻调节作用和反向的电流恒 定作用。设计的三极管结构将控制量与被控量分开。
基本要求（本章重点） 了解半导体三极管的工作原理、特性曲线及主要参 数 了解静态工作点与非线性失真的关系 熟练掌握放大电路静态工作点的设置和估算，以及 用小信号模型分析法求解放大电路的动态指标 掌握BJT 放大电路三种组态的结构及性能的特点 掌握放大电路的频率响应的基本概念 了解各元件参数对放大电路的频率响应性能的影响 学时数 15
两种类型 NPN型 PNP型 集电区 基区 发射区 三个极 集电极（C极）
三个区
基极（B极）
发射极（E极） 集电结 发射结
两个结
箭头表示发射 结正偏时。发 射结电流实际 方向 8
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BJT结构特点
集电区掺杂浓度低于发射区
不对称结构
发射区发射的电子有一个发射到基区 就有个电子到达集电区 电流放大 IB控制IC 牢牢记住！
21
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BJT放大的核心表达式！
基极像一个闸门控制由集电极流向 发射极电流的大小
22
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1
发射结、集电结均正偏 100A IB=IC的关系不成立 UCE 0.3V 且小于UBE 80A 称为饱和区。
60A
40A 20A IB=0
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3
6
9
12
UCE(V)
29
三极管截止区的特性
IC(mA ) 4
截止区：iC接近零的区域，相当iB=0 的曲线的下方。此时， vBE小于死区 电压。
基极
集电极
发射极
放大 截止 饱和
IB 0 IB 0
I B I BS 0
I C I B IC 0 I C I B
I E (1 ) I B
IE 0
I E (1 ) I B
饱和时IB上升速率大于IC上升速率，此 时集电结反压小，收集电子能力较差。
集电区： 面积较大 B 基极
C N P N E
集电极
基区：较薄， 掺杂浓度低
发射区：掺
发射极
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杂浓度较高
9
NPN型BJT与PNP型BJT的异同：
特性基本一样只有以下两点不同 1.电源电压的极性相反 2.产生的电流方向相反 关于NPN型BJT的讨论同样适用于PNP型 BJT，只用作以上两项修改 本课程仅讨论NPN型BJT
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
1. 内部载流子的传输过程（以NPN为例）
对电流而言：
集电区：流进基区的电流 基区：基区电流会同集电区电流共同流进发射区 发射区：汇集基区和 集电区电流
反着理解
正着使用
14
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ICBO集电结反向饱和电流
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综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠 它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集 电极而实现的。 实现这一传输过程的两个条件是：
（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区
杂质浓度，且基区很薄。
（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反
19
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2. 电流分配关系
根据 IE=IB+ IC
IC= ICN+ ICBO
I CN IE
得：
1 IC IB I CBO 1 1 1 令 I CEO I CBO （穿透电流） 1 1
Ic I B ICEO
IC 当 I C I CEO 时， IB
得：
I C I CEO 则 IB
20
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2. 电流分配关系
IC IB
是另一个电流放大系数。同样，它也只与管
子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。 一般 >> 1 。
3. 三极管的三种组态
BJT的三种组态
(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示； (b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； (c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。 以那个极为关于输入输出公共点，就是共那个极。
23
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PN结 工作状态 放大 截止 饱和
发射结 正偏：UBE>0 反偏：UBE≤0 正偏：UBE>0
集电结 反偏：UBC<0 反偏：UBC<0 正偏：UBC≥0
倒置
反偏：UBE<0
正偏：UBC>0
31
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2 .极电流判别法
极
电流 工作状态
主要内容 〃半导体三极管的结构及工作原理，及其构成放大 电路的三种组态 〃放大电路的静态（直流工作状态）与动态（交流 工作状态） 〃静态工作点对非线性失真的影响 〃用H 参数小信号模型计算共射极放大电路的主要 性能指标 〃共集电极电路和共基极电路的分析计算 〃三极管放大电路的频率响应
2
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IC=ICE+ICBO ICE C B RB EB
ICBO
ICE N P IBE N IE
Ec
E
18
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2. 电流分配关系
根据传输过程可知 IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO
集电中受发射结 电压控制的电流 集电结反向 饱和电流
(2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开
始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。
工作压降 硅管 0.6~0.7V 锗管 0.2~0.3V
共射极连接
死区电压 : 硅管 0.5V, 锗管0.2V
曲线受Vce的影响很小
曲线可用一条曲线表示
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
1. 内部载流子的传输过程（以NPN为例）
ICBO集电结反向饱和电流 不关联载流子
对电子而言：（注意与电流方向相反）
发射区：发射载流子 基区：传送和控制载流子 集电区：收集载流子
红色箭头是关联载流子
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向偏置。（集电极电位＞基极电位 ＞发射极电位）
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（以共射极放大电路为例） 1. 输入特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const.
(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 两结都正偏
4.1.1 BJT的结构简介
集成电路中典型NPN型BJT的截面图
• 管芯结构剖面图
在一个晶片（硅或锗）生成三个杂质半导体区
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该结构与原理结构类似
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4.1.1 BJT的结构简介
100A
3
此区域对应于 IB< 0的部分 2 1
发射结、集电结均反偏 IB=0, IC=ICEO U BE< 死区电 60, A 压称为截止区 40A 20A IB=0
80A
3
6
9
12
UCE(V)
30
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三极管的工作状态判别 1 .结电压判别法
4.1.1 BJT的结构简介
(a) 小功率管
(b) 小功率管
(c) 大功率管
(d) 中功率管
中国俗称：三极管
管的外面伸出三个电极
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)。
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4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
1. 内部载流子的传输过程（以NPN为例）