模拟电子技术基础 第4讲 晶体三极管
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模拟电子技术基础(第4版)ppt课件
多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
华成英 hchya@
二、晶体管的放大原理
（发射结正偏） uBE U on 放大的条件 （集电结反偏） uCB 0，即 uCE uBE
少数载流 子的运动 因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区 因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合 因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区 基区空穴 的扩散
华成英 hchya@
§1.3
晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响
五、主要参数
华成英 hchya@
一、晶体管的结构和符号
为什么有孔？
小功率管
中功率管
大功率管
华成英 hchya@
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。
指数曲线
若正向电压 UT，则i ISe u
u UT
若反向电压u UT，则i IS
2. 伏安特性受温度影响
反向特性为横轴的平行线
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ 增大1倍/10℃
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
华成英 hchya@
华成英 hchya@
《模拟电子技术》课件晶体三极管1-2.
凸片
凸 片 距 发 射 极 引 线 4 5 °角
e
凸片
焊接片
凸 片 距 发 射 极 引 线 4 5°角
e
c b
c
接管壳
c
b e
e
e
以色点辨认集电极
b
c b
b
c
e
c
b
b e
以色点辨认集电极
e c 接管壳
图2.10 典型三极管的管脚排列图
图2.11 光电耦合器电路
(a) LED+光敏电阻；
(a)
(b)
(b) LED+光电二极管
(c) LED+光电三极管;
(d) LED+光电池
(c)
(d)
光电耦合器的工作原理
光电耦合器的工作原理是以光信号作为媒体将输入的电 信号传送给外加负载4 ,实现了电—光—电的传递与转换。 光电耦合器主要用作高压开关、信号隔离器、电平匹 配等电路中,起信号的传输和隔离作用。
饱和电流。温度升高时，ICBO 急剧增大，温度每升高
ICBO
c
uA b
-+
e
VCC
10℃，ICBO 增大一倍。选管时应选ICBO 小且ICBO 受 温度影响小的三极管。
Ie=0
(2) 集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO 是指基
极开路时，集电极—发射极间的反向电流，也称集电结穿透电流。
它反映了三极管的稳定性，其值越小，受温度影响也越小，三极
. 0 U1 =0 --4 V
GND
AC1
+12 V
LP1 LAMP
2 20 V 5 0 Hz 1 2V 5A
D1
J1 IN4 0 07
(模拟电子技术基础)第4讲晶体三极管
输出
输入
回路
偏回路）
因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区
因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合
因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区
扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极 电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。
为简化分析，本讲解5 中省略了少子的运动。
ICm aV xC 2C R U c CE S(5 50)m A 1mA
1. 分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态； 2. 已知T导通时UBE＝0.7V， β=100，若uI=2V。分别求 Vcc=12V 和Vcc=5V 时的Ic值（设T饱和时UCES=0）。
12
讨论二
2.7
截止区
β是常数吗？ 通常，我们可以看成 8
晶体管的三个工作区域
状态 截止 放大 饱和
uBE ＜Uon ≥ Uon ≥ Uon
iC ICEO βiB ＜βiB
uCE VCC ≥ uBE ≤ uBE
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
ΔiC
PCMiCuCE
uCE=1V时的iC就是ICM
iC iB
UCE
U（BR）CEO
由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、β。
13
作业：
1、预习 4.2 2、教材习题，
P122：4.6 (a) (c) (e)
14
控制的电流源iC 。
9
四、温度对晶体管特性的影响
T(℃ ) ICEO
u B 不 E iB 变 ， i时 B 不 即 u 变 B E 时
高教社2024模拟电子技术教学课件4 三极管基础知识
（2）极间反向电流
集电极-基极间的反向电流ICBO：指发射极开路时，集电极—基极间的
反向电流，也称集电结反向饱和电流。当温度升高时， ICBO急剧增大，
温度每升高10℃， ICBO增大一倍。
集电极-发射极间的反向电流 ICEO：指基极开路时，集电极—发射极
间的反向电流，也称集电结穿透电流。它反映了三极管的稳定性，其
基极b、发射极e。P区靠背时构成NPN型，N区靠背时构成PNP型。
一、三极管结构
三极管的外形结构
常见三极管的外形结构
01
三极管结构
02
三极管特性
03
三极管参数
04
三极管分类
二、三极管的特性
1. 输入特性
输入特性是指当集电极与发射极之间的电压 为一
常数时，加在三极管基极与发射极之间的电压uBE
与基极电流iB之间的关系
三极管结构
02
三极管特性
03
三极管参数
04
三极管分类
三、三极管的参数
三极管常用参数：
（1）电流放大系数
直流电流放大系数 ：定义为三极管的集电极电流IC与基极电流IB之比，
即 =IC/IB。 有时用hFE表示。
交流电流放大系数β：定义为三极管的集电极电流ΔiC与基极电流ΔiB
之比，即β=ΔiC/ΔiB。β有时用hFE表示。
值越小，受温度影响也越小，三极管的工作就越稳定。
三、三极管的参数
三极管极限参数：
集电极最大允许电流ICM：集电极电流IC过大时，β将明显下降， ICM
为β下降到规定允许值（一般为额定值的1/2~2/3）时的集电极电流。
集电极最大允许功率损耗PCM ：管子工作时， UCE 的大部分降在集
集电极-基极间的反向电流ICBO：指发射极开路时，集电极—基极间的
反向电流，也称集电结反向饱和电流。当温度升高时， ICBO急剧增大，
温度每升高10℃， ICBO增大一倍。
集电极-发射极间的反向电流 ICEO：指基极开路时，集电极—发射极
间的反向电流，也称集电结穿透电流。它反映了三极管的稳定性，其
基极b、发射极e。P区靠背时构成NPN型，N区靠背时构成PNP型。
一、三极管结构
三极管的外形结构
常见三极管的外形结构
01
三极管结构
02
三极管特性
03
三极管参数
04
三极管分类
二、三极管的特性
1. 输入特性
输入特性是指当集电极与发射极之间的电压 为一
常数时，加在三极管基极与发射极之间的电压uBE
与基极电流iB之间的关系
三极管结构
02
三极管特性
03
三极管参数
04
三极管分类
三、三极管的参数
三极管常用参数：
（1）电流放大系数
直流电流放大系数 ：定义为三极管的集电极电流IC与基极电流IB之比，
即 =IC/IB。 有时用hFE表示。
交流电流放大系数β：定义为三极管的集电极电流ΔiC与基极电流ΔiB
之比，即β=ΔiC/ΔiB。β有时用hFE表示。
值越小，受温度影响也越小，三极管的工作就越稳定。
三、三极管的参数
三极管极限参数：
集电极最大允许电流ICM：集电极电流IC过大时，β将明显下降， ICM
为β下降到规定允许值（一般为额定值的1/2~2/3）时的集电极电流。
集电极最大允许功率损耗PCM ：管子工作时， UCE 的大部分降在集
模电晶体三极管及基本放大电路PPT学习教案
第21页/共27页
讨论四：基本共射放大电路的静态分析
80 rbb' 200
IBQ≈35μA
为什么用 图解法求解 IBQ和UBEQ？
Q
VBB小
UBEQ≈0.65V
ICQ IBQ 2.8mA
UCEQ VCC ICQ Rc 3.8V
第22页/共27页
讨论四：基本共射放大电路的动态分析（续）
可以写成 ： 在小信号 情况下 ，对上 两式取 全微分 得
用小信号 交流分 量表示
v =const iB=f(vBE)
CE
iB=const iC=f(vCE)
vBE f1(iB ,vCE )
iC f2(iB ,vCE ) BJT双口网络
dvBE
vBE iB
VCE
diB
vBE vCE
IB dvCE
IB
四个参数量纲各不相同，故称为混合 参数（ H参数 ）。
输出端交 流短路 时的输 入电阻 ； 输出端交 流短路 时的正 向电流 传输比 或电流 放大系 数；
输入端交 流开路 时的反 向电压 传输比 ； 输入端交 流开路 时的输 出电导 。
vbe= hieib+ hrevce
ic= hfeib+ hoevce
hie
uBE iB
U CE
rbe
b-e间的 动态电阻
hfe
iC iB
U CE
电流放大系数
第9页/共27页
hre
uBE uCE
IB
内反馈 系数
hoe
iC uCE
1 iB rce
c-e间的电导
1. BJT的 H参 数 及 小 信 号 模型
• 模型的简化 BJT在共射连接时，其H参数的数量 级一般 为
讨论四：基本共射放大电路的静态分析
80 rbb' 200
IBQ≈35μA
为什么用 图解法求解 IBQ和UBEQ？
Q
VBB小
UBEQ≈0.65V
ICQ IBQ 2.8mA
UCEQ VCC ICQ Rc 3.8V
第22页/共27页
讨论四：基本共射放大电路的动态分析（续）
可以写成 ： 在小信号 情况下 ，对上 两式取 全微分 得
用小信号 交流分 量表示
v =const iB=f(vBE)
CE
iB=const iC=f(vCE)
vBE f1(iB ,vCE )
iC f2(iB ,vCE ) BJT双口网络
dvBE
vBE iB
VCE
diB
vBE vCE
IB dvCE
IB
四个参数量纲各不相同，故称为混合 参数（ H参数 ）。
输出端交 流短路 时的输 入电阻 ； 输出端交 流短路 时的正 向电流 传输比 或电流 放大系 数；
输入端交 流开路 时的反 向电压 传输比 ； 输入端交 流开路 时的输 出电导 。
vbe= hieib+ hrevce
ic= hfeib+ hoevce
hie
uBE iB
U CE
rbe
b-e间的 动态电阻
hfe
iC iB
U CE
电流放大系数
第9页/共27页
hre
uBE uCE
IB
内反馈 系数
hoe
iC uCE
1 iB rce
c-e间的电导
1. BJT的 H参 数 及 小 信 号 模型
• 模型的简化 BJT在共射连接时，其H参数的数量 级一般 为
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。
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.
模拟电子技术-03.晶体三极管
晶体管的结构晶体管有三个极（发射极、基极、集电极）、三个区（发射区、基区、集电区）、两个PN结（发射结、集电结）。
以NPN型晶体管为例，发射区多子（自由电子）浓度高；基区多子（空穴）浓度低，且很薄；集电区面积大。
晶体管的放大原理放大条件：1.U BE>U on（发射结正向偏置）2.U CB≥ 0，即U CE≥U BE（集电结反向偏置）工作原理：基区->发射区：空穴的扩散运动，电流方向基区->发射区发射区->基区：自由电子扩散运动，电流方向基区->发射区在外电场作用下，扩散运动被加强。
基区很薄且多子浓度低，只有极少数来自发射区的自由电子与基区的空穴结合，难以形成空间电荷区，剩下的大部分自由电子向集电区移动。
基区->集电区：自由电子漂移运动（空穴的扩散运动被抑制），电流方向集电区->基区集电区->基区：空穴的漂移运动（自由电子的扩散运动被抑制），电流方向集电区->基区在外电场作用下，漂移运动被加强，自由电子从基区移动向集电区。
集电区面积较大，因而在容纳电子数目相同的情况下，自由电子的浓度更低，自由电子的扩散作用更弱。
从而在外加电场一定时，可以容纳更多的自由电子。
扩散运动形成发射极电流I E，复合运动形成基极电流I B，漂移运动形成集电极电流I C。
直流放大系数β=I C I B交流放大系数β=∆i CB穿透电流（基极开路时集电极与发射极之间的漏电电流）I CEO=(1+β )I CBOI CBO为集电结反向电流（发射极开路时，集电极与基极之间的反向电流）晶体管的共射输入特性和输出特性输入特性：i B=f(u BE)|UCE类似于PN结的伏安特性。
U CE增大则曲线右移，增大到一定值时右移便开始不明显。
对于小功率晶体管，U CE大于1V时的一条输入特性曲线可以取代所有大于1V的输入特性曲线。
输出特性：i C=f(u CE)|IB对应于一个I B就有一条i C随u CE变化的曲线。
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。
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为什么像PN结的伏安特性？ 为什么UCE增大曲线右移？ 为什么UCE增大到一定值曲 线右移就不明显了？
对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线 可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。
2. 输出特性 iC f (uCE ) IB
对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。 饱和区
iC
1.3 半导体三极管(BJT) 1.3.1 三极管工作原理
1.3.1.1 BJT内部载流子的传输过程(以NPN共基电路为例)
Je
Jc
工作条件(外部):
N+
P
N
Je正偏，vBE>VBE(th)>>VT ---- 发射载流子
iE
E
Re
iEn iEp
iBn
B
iCn1
iC
C
Jc反偏，vCB>0 ---- 吸收载流子 (1) E(B)区多子经Je注入B(E)区
第四讲 晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数
一、晶体管的结构和符号
为什么有孔？
小功率管
中功率管
大功率管
多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
二、晶体管的放大原理
放大的条件uBE uCB
U
（发射结正偏）
on
0，即uCE uB（E 集电结反偏）
少数载 流子的 运动
因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区
因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合
基区空穴 的扩散
因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区
扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极 电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。
IE－扩散运动形成的电流 IB－复合运动形成的电流 IC－漂移运动形成的电流
直流电流 放大系数
IC
IB
iC
iB
ICEO (1 )ICBO
交流电流放大系数
穿透电流 集电结反向电流
为什么基极开路集电极回 路会有穿透电流？
三、晶体管的共射输入特性和输出特性
1. 输入特性
iB f (uBE ) UCE
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 控制的电流源iC 。
四、温度对晶体管特性的影响(自学)
T (℃) ICEO
u
不变时
BE
iB
，即iB不变时uBE
五、主要参数
•
直流参数：
、 、ICBO、 ICEO
IC
IE
iC iE 1
放大区
为什么uCE较小时iC随uCE变 化很大？为什么进入放大状态
曲线几乎是横轴的平行线？
iB
iC iB
UCE 常量
截止区 β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ?
晶体管的三个工作区域
状态 截止 放大 饱和
uBE ＜Uon ≥ Uon ≥ Uon
iC ICEO βiB ＜βiB
uCE VCC ≥ uBE ≤ uBE
• 交流参数：β、α、fT（使β＝1的信号频率）
• 极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO
最大集电 极电流
c-e间击穿电压
最大集电极耗散功 率，PCM＝iCuCE
安全工作区
讨论一
通过uBE是否大于Uon判断管 子是否导通。
iB
uI U BE Rb
(5 0.7 )mA 100
43μA
iCm a x
(3) C极收集扩散载流子
从Je边缘→Jc边缘
(大部分)Jc边缘
Jc边缘 Jc反偏漂移 →C极吸收→icn1 (少部分)被 (捕获)复合 iBn
B区少子 →C区→ICn2
C区少子 →B区→ICP
ICBO=ICn2+IC～P JC(E极开路,iE=0时)反向饱和电流
iC=iCn1+ICBO
• 电流分配： IE＝IB＋IC
VCC Rc
(12 )mA 5
2.4mA
临界饱和时的 iCmax 56
iB
1. 分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态； 2. 已知T导通时的UBE＝0.7V，若uI=5V，则β在什么范围内T
处于放大状态?在什么范围内T处于饱和状态？
讨论二
2.7
ΔiC
PCM iCuCE
uCE=1V时的iC就是ICM
iC iB
U CE
U（BR）CEO
由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、β。
Icn2
E区大量电子 Je B区(成非平衡少子 )
ICP
Rc
电子电流iEn
B区少量空穴 Je E区(成非平衡少子 )
iE =iEn + iEp≈ iEn
空穴电流iEp
−+
−+
VEE
VCC
P16 图1-3-3 共基NPN BJT内载流子传输示意图
(2) 注入B区的(非平衡)少子的扩散与复合 非平衡少子(浓度梯度作用下)：