模拟电路基础 092 第七次课

1、chap2 双极型晶体三级管双极型晶体三级管（6学时，第七次课学时，第七次课）bjt内部结构及特点内部结构及特点nnpbec基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结集电区：面集电区：面积大；掺杂积大；掺杂浓度低于发浓度低于发射区射区基区：很基区：很薄，掺杂薄，掺杂浓度最低浓度最低发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高三极管内载流子的传输过程及内外部电流关系三极管内载流子的传输过程及内外部电流关系2.电子在基区中的扩散与复合电子在基区中的扩散与复合3.集电区收集扩散过来的电子集电区收集扩散过来的电子另外另外, 基区空穴向发射区扩散注入，形成空穴注基区空穴向发射区扩散注入，形成空

2、穴注入电流入电流iep；在集电结上存在基区集电区的少子；在集电结上存在基区集电区的少子漂移运动，由此形成电流漂移运动，由此形成电流icbo1.发射区向基区注入电子发射区向基区注入电子ie=ibicie=ieniepib=ibn iep icboic=icnicboien=ibnicn两个要点两个要点三极管的放大作用，主要是三极管的放大作用，主要是依靠它的依靠它的ie通过基区传输，通过基区传输，然后顺利到达集电极而实现然后顺利到达集电极而实现的。故要保证此传输，一方的。故要保证此传输，一方面要满足内部条件，即面要满足内部条件，即发射发射区掺杂浓度要远大于基区掺区掺杂浓度要远大于基区掺杂浓度，基区

3、要薄杂浓度，基区要薄；另一方；另一方面要满足外部条件，即面要满足外部条件，即发射发射结正偏，集电结要反偏结正偏，集电结要反偏。输入电压的变化，是通过其输入电压的变化，是通过其改变输入电流，再通过输入改变输入电流，再通过输入电流的传输去控制输出电压电流的传输去控制输出电压的变化，这就是传统的认为的变化，这就是传统的认为bjt是一种是一种电流控制器件电流控制器件的的观点。观点。1. 发射结正向电压发射结正向电压vbe对各极电流的控制作用对各极电流的控制作用bjt的正向控制作用的正向控制作用2.集电结反向电压集电结反向电压vcb对各极电流的影响对各极电流的影响基区宽度调制效应基区宽度调制效应共射输入

4、特性曲线共射输入特性曲线 ( (输入端的电流与电压间的关系曲线输入端的电流与电压间的关系曲线) )ib=f(vbe) vce=const1.曲线的形状与曲线的形状与pn结正偏时的伏结正偏时的伏安特性曲线类似。安特性曲线类似。2.集电结反偏电压集电结反偏电压vce增大时，输增大时，输入特性曲线略为右移，这意味入特性曲线略为右移，这意味着当着当vbe不变时，不变时，vce增大会使增大会使ib因基区宽调效应而减小。因基区宽调效应而减小。 放大区放大区vce对对ib的的影响甚小，输入特性影响甚小，输入特性曲线族会密集在一起，曲线族会密集在一起，因此，工程上往往将因此，工程上往往将输入特性曲线族近似输入

5、特性曲线族近似为一条曲线。为一条曲线。输入特性曲线有以下两个特点：输入特性曲线有以下两个特点：共射输出特性曲线共射输出特性曲线图图2.6 npn管输出特性曲线管输出特性曲线输出特性曲线的四个区域，输出特性曲线的四个区域，对应于对应于bjt的四种工作状态。的四种工作状态。放大区：放大区：ic平行于平行于vce轴的轴的区域，曲线基本平行等距。区域，曲线基本平行等距。饱和区：饱和区：ic明显受明显受vce控控制的区域，该区域内，制的区域，该区域内，一般一般vce0.3v。截止区：截止区：ic接近零的区域，接近零的区域，相当相当ib=0的曲线的下方。的曲线的下方。此时，此时，ic=iceo 0。)21

6、. 2(cmv)5 . 22(dtdvbe温度对温度对bjt特性及参数的影响特性及参数的影响(1)ceocboii由于由于，iceo随温度的变化与随温度的变化与icbo类似类似:3. 温度对输出特性曲线的影响温度对输出特性曲线的影响2. 温度对输入特性曲线的影响温度对输入特性曲线的影响)22. 2(%15 . 0cdtd)20. 2(2)()(1000cttceoceotiti1. 温度对温度对icbo 和和iceo 的影响的影响温度每温度每升高升高10, icbo 增加约一倍增加约一倍；反之，温度减低时减小。；反之，温度减低时减小。直流参数直流参数u 直流电流放大系数直流电流放大系数 和和u

7、 极间反向电流极间反向电流icbo和和iceo交流参数交流参数 u 交流电流放大系数交流电流放大系数和和 u 频率参数频率参数f和和ft极限参数极限参数p 集电极最大允许电流集电极最大允许电流icmaxp 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗pcmaxp 反向击穿电压反向击穿电压 bjt主要参数主要参数一般作近似处理：一般作近似处理： = =（2） 集电结反向穿透电流集电结反向穿透电流iceoiceo是是bjt在共发射极应用且基极开在共发射极应用且基极开路，外加电压极性如图所示时，流过路，外加电压极性如图所示时，流过集电极与发射极间的穿透电流。此时，集电极与发射极间的穿透电流。此时，集电结被加

8、上反向电压，而发射结被集电结被加上反向电压，而发射结被加上的是正向偏压。加上的是正向偏压。becnnpicboiceoie= (1+ )ib当集电结被加上反向偏压时，流过集电结的当集电结被加上反向偏压时，流过集电结的反向饱和电流是由空穴进入基极和自由电子反向饱和电流是由空穴进入基极和自由电子离开基极形成的。离开基极形成的。由于基极开路，只能由从发射区越过发射结由于基极开路，只能由从发射区越过发射结扩散到基区的自由电子，来补充源源不断进扩散到基区的自由电子，来补充源源不断进入集电区的自由电子，并中和进入基区的空入集电区的自由电子，并中和进入基区的空穴，其效果是相当于给基极提供了大小等于穴，其效果

9、是相当于给基极提供了大小等于icbo的基极电流。根据：的基极电流。根据：iceo= ie= (1+ )icbou bjt是一种复杂的是一种复杂的非线性器件非线性器件u 三种截然不同的工作状态三种截然不同的工作状态： 放大放大-模拟放大电路模拟放大电路 截止截止-数字电路数字电路 饱和饱和-数字电路数字电路u 工作状态的分析方法工作状态的分析方法 图形分析法图形分析法输入和输出特性曲线及负载线输入和输出特性曲线及负载线 模型分析法模型分析法bjt的直流模型的直流模型2.4 bjt简化直流模型及工作状态分析简化直流模型及工作状态分析静态工作点静态工作点外电路偏置下的晶体管，其各极直外电路偏置下的晶

10、体管，其各极直流电流和极间电压将对应于伏安特性曲线上的点。流电流和极间电压将对应于伏安特性曲线上的点。简称简称q点。点。 输入、输出输入、输出特性曲线特性曲线简化的输简化的输入、输出入、输出特性曲线特性曲线线性化线性化简化的直简化的直流模型流模型模型化模型化2.4.1 bjt的直流简化模型的直流简化模型图图2.9 晶体管晶体管伏安特性曲线伏安特性曲线的折线近似的折线近似特点特点：ib=0，ic=0，三个电极间均开路。，三个电极间均开路。条件条件：e结反偏，结反偏， c结反偏结反偏时，晶体管处于截止状态。时，晶体管处于截止状态。1. 截止状态模型截止状态模型 图图2.10 截止截止状态模型状态模

11、型对于对于npn管，由于管，由于vbe0 ，vbc0 ，vbc0，则基极电位最高。，则基极电位最高。条件条件：e结、结、 c结均正偏。结均正偏。()0.7 ()0.3 ()cesbe onv sivvv gec结正偏时，结正偏时，bjt处于深度饱和状态，此时饱和压降处于深度饱和状态，此时饱和压降 0.3 ( )0.1 ()cesv sivv ge对于对于npn管，由于管，由于vbe0 ，vbc0，则基极电位最高；，则基极电位最高； 对于对于pnp管，由于管，由于vbe0 ，vbc0，则基极电位最低。，则基极电位最低。2. 饱和状态模型饱和状态模型特点特点：c结零偏时，即结零偏时，即vbc=0，

12、临界饱和压降，临界饱和压降图图2.14 饱和饱和状态模型状态模型()0.7v( )0.3v()bebe onsivvgec、e极间接有一个极间接有一个受受ib控制的电流源控制的电流源 ib3. 放大状态模型放大状态模型图图2.11 放大放大状态模型状态模型条件条件：e结正偏，结正偏，c结反偏结反偏特点特点：当外电路使：当外电路使e结正偏结正偏 导通时，导通时，cbevvvcbevvvnpn管要求管要求:pnp管要求管要求: :npn管的直流电流是管的直流电流是从基极、集电极流入，发射极流出从基极、集电极流入，发射极流出pnp管的直流电流是管的直流电流是从发射极流入，基极、集电极流出从发射极流入

13、，基极、集电极流出 放大状态下，放大状态下，bjt管的外加偏压极性与电流方向管的外加偏压极性与电流方向0, 0bcbevv0, 0bcbevv0.70.3ibevsvvvge（1）根据管脚电位，判别管脚的极性）根据管脚电位，判别管脚的极性。 中间电位对应的管脚是基极中间电位对应的管脚是基极b； 与中间电位相差约一个导通电压与中间电位相差约一个导通电压vbe(on)的管脚是发射极的管脚是发射极e。（2）根据基极）根据基极b与发射极与发射极e的电位差，判断三极管的材料。的电位差，判断三极管的材料。（3）根据各极电位，判断三极管的类型）根据各极电位，判断三极管的类型npnebcvvv三个电极的电位从

14、低到高依次排序；三个电极的电位从低到高依次排序；pnpebcvvv判断三极管的电极、材料和管型的方法判断三极管的电极、材料和管型的方法cbevvvcbevvv例例2.2 在电子设备中测得某只放大管三个管脚对机壳在电子设备中测得某只放大管三个管脚对机壳的电压如图的电压如图2.13所示。所示。0.680.7ibevvvs解解：（1 1）判断管脚的极性）判断管脚的极性。11.5v（3脚）脚）0.1v（1脚）脚）0.78v（2脚）脚）基极基极发射极发射极集电极集电极（2 2）判断三极管的材料。）判断三极管的材料。（3 3）判断三极管的类型。）判断三极管的类型。pnpebcvvvbjt的工作状态的分析方

15、法的工作状态的分析方法：发射结发射结正偏正偏截止截止截止状态截止状态放大状态放大状态饱和状态饱和状态临界饱和假定法临界饱和假定法放大状态假定法放大状态假定法2.4.2 bjt工作状态分析工作状态分析假定假定bjt处于放大状态处于放大状态vbe=vbe(on)， ic = ib计算计算vce 、vcb集电结反偏集电结反偏集电结正偏集电结正偏放大状态放大状态饱和状态饱和状态放放大大状状态态假假定定法法发发射射结结正正偏偏假定假定bjt处于临界饱和状态处于临界饱和状态vbe=vbe(on)，vces=vbe(on)计算临界饱和电流计算临界饱和电流ics和和ibsibs = ics/ ibibs放大状

16、态放大状态饱和状态饱和状态ib=ibs临界饱和状态临界饱和状态临临界界饱饱和和假假定定法法发发射射结结正正偏偏(a)(b)(c)(d)例例2.3 已测得电路中已测得电路中bjt各电极对地电位，判断各管的工作状态。各电极对地电位，判断各管的工作状态。vcb= -3.8v，即即c c结反偏，则该管处于放大状态。结反偏，则该管处于放大状态。（a）3ad6：gepnp，vbe= -0.2v，即，即e结正偏，结正偏，（b）3dg6：sinpn，vbe= -0.7v，即，即e结反偏，结反偏，vcb= 5.7v，即即c c结正偏，则该管处于截止状态。结正偏，则该管处于截止状态。（c）3cg2：sipnp，v

17、be= 0v，即，即e结零偏，结零偏，ib 0， ie 0 ，表明表明e e结短路，该管已损坏。结短路，该管已损坏。（d）3bx1：genpn，vbe= 0.2v，即，即e结正偏，结正偏，vcb=0v， 即即c结零偏，表明该管处于临界饱和状态。结零偏，表明该管处于临界饱和状态。分析：分析：国产三极管的命名方式国产三极管的命名方式3 d g 6三三极极管管表表示示器器件件材材料料和和极极性性高频管高频管设计序号设计序号a：pnp锗材料锗材料b：npn锗材料锗材料d：npn硅材料硅材料c：pnp硅材料硅材料解解：由图可知，：由图可知，bjt的的e结正偏且导通。结正偏且导通。例例2.4 如图如图2.16所示电路中，已知所示电路中，已知bjt 的的 =50，vbe=0.7v。 试分析电路中试分析电路中bjt的工作状态。的工作状态。()120.70.11(ma)(1)10051 0.1ccbe onbbevvirr50 0.115.5(ma)cbiicebecbvvvv， 由于由于即即c结反偏，说明假设正确，即结反偏，说明假设正确，即bjt处于放大状态。处于放大状态。方法方法1:假定放大状态法假定放大状态法假设假设bjt处于放大状态，则处于放大状态，则 v2 . 3) 1 .