第2章双极型晶体管及其放大电路解读
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第二章 双极型晶体管及其放大电路
0 U BE(on)
uBE
0 UCE(sat)
uCE b c iB e UCE(sat)
输入特性近似
输出特性近似
b
c
b
c iB e
放大状态模型
UBE(on) e
截止状态模型
βi B
UBE(on)
饱和状态模型
a.截止： UBE<UBE(ON) , iB≈0 , iC≈0 b.放大：UBE>UBE(ON) c.饱合：.UBE>UBE(ON)
∆i ∆iC =0 uCE一定 ∆ib
5
10
15
截止区
饱和压降: uces (or uce(sat))=0.3V 饱和: Saturation 4.击穿区：
三、温度对晶体管特性曲线的影响 温度对晶体管特性曲线的影响 uBE -(2~2.5)mv/℃ 2(T2-T1)/10 T iC 曲线上移 间隔加大(输出) 曲线左移 (输入)
双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有三个电极， 双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有三个电极， 又称半导体三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶体管。 又称半导体三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶体管。
小功率管
大功率管
大功率达林顿晶体管
2907A PNP 双极性晶体管
100 GHz 铟磷 钐铟砷异质 铟磷/钐铟砷异质 结双极性晶体管的电子扫 描显微图片
条件：三极管特点（e区重掺杂；b区薄；c区面积大）＋e结正偏＋c结反偏 利用两个特殊结构的PN结，将e结扩散电流“转化”为c 结漂移电流，使c 极出现受be结电压控制的较大电流。 对比：与变压器（杠杆、放大镜）的区别 IC ≈
β ΙΒ
电流控制型器件
uBE
0 UCE(sat)
uCE b c iB e UCE(sat)
输入特性近似
输出特性近似
b
c
b
c iB e
放大状态模型
UBE(on) e
截止状态模型
βi B
UBE(on)
饱和状态模型
a.截止： UBE<UBE(ON) , iB≈0 , iC≈0 b.放大：UBE>UBE(ON) c.饱合：.UBE>UBE(ON)
∆i ∆iC =0 uCE一定 ∆ib
5
10
15
截止区
饱和压降: uces (or uce(sat))=0.3V 饱和: Saturation 4.击穿区：
三、温度对晶体管特性曲线的影响 温度对晶体管特性曲线的影响 uBE -(2~2.5)mv/℃ 2(T2-T1)/10 T iC 曲线上移 间隔加大(输出) 曲线左移 (输入)
双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有三个电极， 双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有三个电极， 又称半导体三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶体管。 又称半导体三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶体管。
小功率管
大功率管
大功率达林顿晶体管
2907A PNP 双极性晶体管
100 GHz 铟磷 钐铟砷异质 铟磷/钐铟砷异质 结双极性晶体管的电子扫 描显微图片
条件：三极管特点（e区重掺杂；b区薄；c区面积大）＋e结正偏＋c结反偏 利用两个特殊结构的PN结，将e结扩散电流“转化”为c 结漂移电流，使c 极出现受be结电压控制的较大电流。 对比：与变压器（杠杆、放大镜）的区别 IC ≈
β ΙΒ
电流控制型器件
双极型晶体管及其放大电路
1
：共发射极直流电流放大 系数，一般为几十－几百
共集电极电流传输关系
共集电极 IE
E IE IC IB IC IB ICBO
B IB VBC
VEC
IC
IE (1 )IB ICEO (1 )IB
C 公共端
第 一 节 ： 双 极 型 晶 体 管
无论哪种连接方式，输入电流对 输出电流皆有正向控制作用，这 是能够实现信号放大的机理
个电极无交流信号输入时的电流大小及流
一 节
向如下图所示。求：
： 双
另一个电极电流，并标出实际方向
极
标出三个管脚各是什么管脚
型 晶
判断它们各是NPN型还是PNP型，并估算其 ,
体 管
0.1mA
0.1mA
5.1mA
4mA
晶体管的特性曲线
静态特性曲线：指各极电压与电流
第 一
之间的关系曲线。是晶体管内部载 流子运动的外部表现，故也称外部
型 晶
体
v4B' 0E vBE vCE 0.7V 40 0 WB' WvBBE /xV
管
vCE 10V
vBE / V
0 0.3 0.6 0.9
0 0.3 0.6 0.9
产生区别的原因在 于基区调宽效应
共发射极输出特性曲线-定义
B iB vBE
iC E
C vCE
以输入电压 vBE 或电 流 电极iB 电为流参变iC 量(输，出集电
节 ： 双
➢集成电路工艺制造出的电阻阻值受
极 型
限，应尽量避免使用高阻值电阻。常
晶 体
使用有源器件代替电阻，特别是大电 管
阻
➢无电感元件
➢不适于制造几十皮法以上的电容，
双极结型晶体管的放大条件
双极结型晶体管的放大条件
双极结型晶体管的放大条件是指在电路中如何实现对信号的放大。
双极结型晶体管是半导体器件中常见的一种，它由两个PN结组成的结构构成。
要实现双极结型晶体管的放大，需要满足以下条件：
1. 输入电流：在放大电路中，输入电流通过基极（B）流入晶体管。
为了确保双极结型晶体管正常工作，输入电流应当保持在一定的范围内。
通常情况下，基极电流应该远小于发射极电流，以确保晶体管处
于放大状态。
2. 偏置电压：为了确保双极结型晶体管在放大区域工作，需要为其
提供适当的偏置电压。
偏置电压可以通过合适的电阻网络和电源电压
来实现。
一般情况下，需要将基极的电压保持在负偏值，以确保晶体
管正常工作。
3. 输出电阻：在放大电路中，晶体管的输出信号需要传递给下一级
电路。
为了最大限度地传递信号功率，晶体管的输出电阻应该尽可能
地小。
这可以通过使用适当的负载电阻进行匹配来实现。
4. 负反馈：双极结型晶体管的放大电路中，负反馈可以在一定程度
上提高放大电路的线性度和稳定性。
通过合适的负反馈网络，可以减
小非线性失真、减小输入电阻和输出电阻等。
双极结型晶体管的放大条件需要满足适当的输入电流、偏置电压、
输出电阻和负反馈。
只有在这些条件的合理控制下，才能实现对信号
的有效放大，进而实现电路的正常工作。
双极型晶体管的电流放大作用原理
双极型晶体管的电流放大作用原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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第二章-晶体管
（1）共基直流放大系数 IC
IE
（2）共基交流放大系数
IC
I E
由于ICBO、ICEO 很小，因此 在以后的计算中，不必区分。
二、极间反向电流
1 ICBO
发射极开路时，集电极—基极间的反向电流，称为集 电极反向饱和电流。
2 ICEO
基极开路时，集电极—发射极间的反向电流，称为集 电极穿透电流。
T
( 0.5 ~ 1) / C
2.3.2 晶体管的主要参数 一、电流放大系数
1.共射电流放大系数
（1） 共射直流放大系数 反映静态时集电极电流与基极电流之比。
（2） 共射交流放大系数 反映动态时的电流放大特性。
由于ICBO、ICEO 很小，因此 在以后的计算中，不必区分。
2. 共基电流放大系数
a. 受控特性：iC 受iB的控制
uCE＝uBE 4
放
IB＝40μ A
iC iB
饱 和3
30μ A
区
大 20μ A
iC iB
2
区
10μ A
1
b. 恒流特性:当 iB 恒定时，
0
uCE 变化对 iC 的影响很小
0μ A iB＝－ICBO
5
10
15
uCE/V
截止区
即iC主要由iB决定，与输出环路的外电路无关。
iC主要由uCE决定 uCE ↑→ iC ↑
iC /mA
=80μA =60μA =40μA
=20μA
25℃
uCE /V
（3）当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，运动 到集电结的电子基本上都可以被集电区收集，
此后uCE再增加，电流也没有明显得增加，特 性曲线几乎平行于与uCE轴
微电子概论第二章微电子概论 第三节 双极型晶体管
1
1
iCBO ic
说明 > ，由于接近1，所以达
1
几十乃至上百。主要是由于输入端
由微弱的复合电流控制，而输出端
有大的漂移电流增强
➢穿透电流、注入效率与输运系数 (1) 穿透电流
iB
iCBO iCn
令 IC EO (1 ) IC B O
则 iC iB ICEO
当 iB=0 时， iC=ICEO
(2)注入效率
Rb
iB
iE
VBB
iE
称ICEO为穿透电流
发射区向基区注入电流的效率： = iEn/ie
(3)输运系数
基区向集电区电子输运的效率： = iCn/iEn 显然， = iCn/ie ≈
iC Rc
VCC
➢电压放大原理
N
共基极电压放大倍数GV及功率放大倍数GP
GV
iC RC iere
RC re
作业2
1. 已知：一只NPN型双极型晶体管共发射极 连接，测得其电压放大倍数为15，功率放 大倍数为930，基极电流Ib = 50 A，求解 以下问题：（1）画出电路图，并标出发射 极电流Ie、集电极电流Ic和基极电流Ib方向；
（2）求电流放大倍数；（3）求发射极电
流Ie、集电极电流Ic。
2. 能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什 么？
iB′ ic iE iB
共发射极 大
大 大
共基极 大
大
iCn iCBO
iB iE
iE
iC Rc VCC
iC Rc
VCC iB VBB
➢电流增益关系
iE iC iB iE iB iCn iC iCn ICBO iB iB ICBO
三极管及放大电路解析
基极开路时的击穿电压U(BR) CEO。
6. 集电极最大允许耗散功耗PCM PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。 PC PCM =IC UCE
硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。
由三个极限参数可画出三极管的安全工作区 IC
ICM
ICUCE=PCM
安全工作区 O
ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数
C IC
ICBO
N
ICE IB
P
EC
B
ICEICICBO IC
RB
IBE
N
IBE IBICBO IB
EB
E IE
IC IB ( 1)IC BO IB ICEO
若IB =0, 则 IC ICE0
集－射极穿透电流, 温度ICEO
忽 IC略 E ， O IC 有 IB (常用公式)
（3）通频带 衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。
由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降， 并产生相移。
下限频率
fbwfHfL
（4）最大不失真输出电压Uom：交流有效值。 （5）最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的主要指标参数
上限频率
二、基本共射极放大电路 1、基本放大电路组成及各元件作用
问题：
将两个电源合二为
1. 两种电源
一
2. 信号源与放大电路不“共地”
共地，且要使信号驮载在静 态之上
－＋ UBEQ
有交流损失
有直流分量
静态时(ui=0)，
UBEQURb1
动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回 路。
（2）阻容耦合放大电路
6. 集电极最大允许耗散功耗PCM PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。 PC PCM =IC UCE
硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。
由三个极限参数可画出三极管的安全工作区 IC
ICM
ICUCE=PCM
安全工作区 O
ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数
C IC
ICBO
N
ICE IB
P
EC
B
ICEICICBO IC
RB
IBE
N
IBE IBICBO IB
EB
E IE
IC IB ( 1)IC BO IB ICEO
若IB =0, 则 IC ICE0
集－射极穿透电流, 温度ICEO
忽 IC略 E ， O IC 有 IB (常用公式)
（3）通频带 衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。
由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降， 并产生相移。
下限频率
fbwfHfL
（4）最大不失真输出电压Uom：交流有效值。 （5）最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的主要指标参数
上限频率
二、基本共射极放大电路 1、基本放大电路组成及各元件作用
问题：
将两个电源合二为
1. 两种电源
一
2. 信号源与放大电路不“共地”
共地，且要使信号驮载在静 态之上
－＋ UBEQ
有交流损失
有直流分量
静态时(ui=0)，
UBEQURb1
动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回 路。
（2）阻容耦合放大电路
双极型三极管及其放大电路
上式中的后一项常用 ICEO 表示，ICEO 称穿透电流。 则
一般情况下， ICBO和ICEO很小可忽略 。可得
IC IB IC IB
电气与电子工程学院
第2章 双极型三极管及其放大电路
2.1.3 三极管的伏安特性曲线
三极管的伏安特性曲线是指三极管各电极电压与电流
之间的关系曲线，它是分析放大电路的重要依据。
因为输入回路和输出回路之间可以承受因为输入回路和输出回路之间可以承受几几千伏千伏的高压并且工作稳定无触点使用寿命长传的高压并且工作稳定无触点使用寿命长传输效率高现已广泛用于电气绝缘电平转换级间耦输效率高现已广泛用于电气绝缘电平转换级间耦合驱动电路开关电路斩波器多谐振荡器信号合驱动电路开关电路斩波器多谐振荡器信号隔离级间隔离脉冲放大电路数字仪表远距离信隔离级间隔离脉冲放大电路数字仪表远距离信号传输脉冲放大固态继电器号传输脉冲放大固态继电器ssrssr仪器仪表通仪器仪表通信设备及微机接口中
三极管电流测量数据
IB(mA) IC(mA) IE(mA) 0 <0.001 <0.001 0.02 0.70 0.72 0.04 1.50 1.54 0.06 2.30 2.36 0.08 3.10 3.18
由此实验及测量结果可得出如下结论： (1)观察实验数据中的每一列，可得
IE IC I B
当UBE<死区电压，UCE≤UBE，三极管处于放大状态。 当UBE<死区电压，UCE>UBE，三极管处于饱和状态。
电气与电子工程学院
第2章 双极型三极管及其放大电路
2.1.5 三极管的主要参数
三极管的连接方式
IC C1 IB + Rb T +C2 Rc VCC
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PNP
e
(a) NPN管的原理结构示意图 (b) 电路符号
图2.1.1 晶体管的结构与符号
2020年11月17日星期二
模拟电子技术
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集电 极
发射区 e
b
发射 结 集电 区
N＋
P
N型外 延 N＋衬底
绝S缘i O层 2
集电 结 基区
P
1.三区二结
c
结构特点
(c)
2.基区很薄（10-1μm～ 100μm）
2.5.2 放大电路的动态范围和非线性失真
2.5.3 晶体管的交流小信号模型 一、混合π型电路模型 二、低频H参数电路模型 2.5.4 等效电路法分析共射放大电路 2.5.5共射放大电路的设计实例
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4
2.6 共集放大电路
2.7共基放大电路
2.8 多级放大电路
2.8.1级间耦合方式
＋
iC mA
－
RB
iB
μA
＋＋
UCC
UBB
uBE V
V uCE
－－
图2.2.2共发射极特性曲线测量电路
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iC/mA
Saturation C结零偏压
uCE＝uBE
S
Active
C结反偏 C结正偏
0
Cutoff
E结零偏压
iB＝－ICBO
E结正偏
uCE/V E结反偏
b IBN
IB RB
IEP
P UCC N IEN
UBB
e IE
跨越两个PN节， 体现了放大作用。
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1.直流电流放大系数
IC
c
ICBO
ICNBiblioteka Nb IB RBUBB
IBN
IEP e
P
N IEN IE
共基直流电流放大系数
发射区发射效率
基区传输效率
RC UCC
ICN
第2章 双极型晶体管及其放大电路 2.1 双极型晶体管的工作原理
2.1.1 双极型晶体管的结构 2.1.2 双极型晶体管的工作原理 一、放大状态下晶体管中载流子的运动 二、 电流分配关系
2.2 晶体管特性曲线 2.2.1共射极输出特性曲线 2.2.2 共射极输入特性曲线
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2.8.2级联放大器的性能指标计算
2.8.3 常见的组合放大器
一、CC―CE组合放大器
二、CE―CC组合放大器
三、CE―CB组合放大器
作业
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第2章 双极型晶体管及其放大电路
（1）掌握双极型晶体管的工作原理、特性和参数。 （2）掌握双极型晶体管的大信号和小信号模型。了解模型参 数的含义。 （3）掌握晶体管基本放大器的组成、工作原理及性能特点。 （4）掌握静态工作点的基本概念和偏置电路的估算。 （5）掌握图解分析方法和小信号等效电路分析方法，掌握动 态参数（Au、Ri、Ro、Uom ）的分析方法。 （6）掌握多级放大电路动态参数的分析方法。
2.3.5 直流通路和交流通路
2.4 放大电路的静态分析和设计
2.4.1晶体管的直流模型及静态工作点的估算
2.4.2 静态工作点的图解分析法
2.4.3 晶体管工作状态的判断方法
2.4.4 放大状态下的直流偏置电路
一、固定偏流电路
二、分压式电流负反馈偏置电路
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2.5 放大电路的动态分析和设计 2.5.1交流图解分析
(Common Emitter) (Common Collecter) (Common Base)
输入回路（接信号源，加入信号）；
输出回路（接负载，取出信号）；
图2.2.1晶体管的三种基本接法（组态）
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2.2.1共射极输出特性曲线
RC
iC f (uCE ) iB 常数
2.电子在基区中边扩散边复合；
RC
3.扩散到集电结的电子被 集电区收集。
15V
UCC 基区从厚变薄，两个PN 结演变为三极管，这是量
变引起质变的一个实例。
图2.1.3 晶体管内载流子的运动和各极电流
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二、 电流分配关系
IC
IC
c
ICBO
ICN
IB
IE
N RC
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2.1 双极型晶体管的工作原理
2.1.1 双极型晶体管的结构
BJT(Bipolar Junction Transistor)，简称晶体管或三极管。
c
发射结
集电结
b NPN
e N+
P
Nc
e
发射极 发射区 基区 集电区 集电极
c
Emitter
Collector b b 基极 Base
图2.2.3 共射输出特性曲线
1
2.2.3温度对晶体管特性的影响 2.2.4 晶体管的主要参数 一、电流放大系数 二、极间反向电流 三、极限参数
2.3 晶体管放大电路的放大原理 2.3.1 放大电路的组成 2.3.2 静态工作点的作用 2.3.3 晶体管放大电路的放大原理
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2.3.4 基本放大电路的组成原则
3.e区重掺杂、 c区轻掺杂、 b区掺杂最轻
图2.1.2 平面管结构剖面
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4.Sc结>Se结
8
2.1.2 双极型晶体管的工作原理
一、放大状态下晶体管中载流子的运动
IC
c
ICBO
ICN
N
b IBN
IB RB
IEP
P N IEN
UBB
e IE
1.发射区向基区注入电子；
IB ICBO IBN
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共射、共基直流电流放大系数 、 间关系
ICN IE IE ICN IE IE 1
ICN
ICN
IE (1 )ICN 1
1
1
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2.IC、IE、IB、三者关系
IC I CBO
IB ICBO
若忽略 ICBO , 则
IC ICBO
IE
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2.2 晶体管特性曲线
全面描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。
iB
b 输入 回路
iC
c
输出 回路
iB b
iE
e
iE
e
iC c
e
c
b
(a)共发射极
(b)共集电极
(c)共基极
IE
ICN IEN IEN IE
BE
IC ICBO ICN
IE
IEN
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c IC
ICBO
ICN N
RB UBB
b IBN
IB
IEP e
P
N IEN IE
共射直流电流放大系数
RC ICN ICN
IE ICN IBN IEP
UCC
IC I CBO ICN