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1、2.2 晶体三极管的其它工作模式,2.4 晶体三极管伏安特性曲线,2.3 埃伯尔斯莫尔模型,2.7 晶体三极管的应用原理,2.1 放大模式下晶体三极管的工作原理,第二章 晶体三极管,2.5 晶体三极管小信号电路模型,2.6 晶体三极管电路分析方法,概 述,三极管结构及电路符号,发射极E,基极B,集电极C,发射极E,基极B,集电极C,发射结,集电结,三极管三种工作模式,发射结正偏，集电结反偏。,放大模式：,发射结正偏，集电结正偏。,饱和模式：,发射结反偏，集电结反偏。,截止模式：,注意：三极管具有正向受控作用，除了满足内部结构特点外，还必须满足放大模式的外部工作条件。,三极管内部结构特点,1）发
2、射区高掺杂。,2）基区很薄。,3）集电结面积大。,2.1 放大模式下三极管工作原理,内部载流子传输过程,IEn,IEp,IBB,ICn,ICBO,IE,IC,IB,发射结正偏：保证发射区向基区发射多子。,发射区掺杂浓度基区：减少基区向发射区发射的多子，提高发射效率。,基区的作用：将发射到基区的多子，自发射结传输到集电结边界。,基区很薄：可减少多子传输过程中在基区的复合机会，保证绝大部分载流子扩散到集电结边界。,集电结反偏、且集电结面积大：保证扩散到集电结边界的载流子全部漂移到集电区，形成受控的集电极电流。,三极管特性具有正向受控作用,即三极管输出的集电极电流IC，主要受正向发射结电压VBE的控
3、制，而与反向集电结电压VCE近似无关。,注意：NPN型管与PNP型管工作原理相似，但由于它们形成电流的载流子性质不同，结果导致各极电流方向相反，加在各极上的电压极性相反。,观察输入信号作用在那个电极上，输出信号从那个电极取出，此外的另一个电极即为组态形式。,2.1.2 电流传输方程,三极管的三种连接方式三种组态,（共发射极）,（共基极）,（共集电极）,放大电路的组态是针对交流信号而言的。,共基极直流电流传输方程,直流电流传输系数：,直流电流传输方程：,共发射极直流电流传输方程,直流电流传输方程：,其中：,若忽略ICBO，则：,ICEO的物理含义：,ICEO指基极开路时，集电极直通到发射极的电流
4、。,IB=0,IEp+(IEn-ICn)=IE-ICn=ICBO,因此：,即：,三极管的正向受控作用，服从指数函数关系式：,2.1.3 放大模式下三极管的模型,数学模型（指数模型）,IS指发射结反向饱和电流IEBS转化到集电极上的电流值，它不同于二极管的反向饱和电流IS。,式中：,放大模式直流简化电路模型,VBE(on)为发射结导通电压，工程上一般取：,三极管参数的温度特性,温度每升高1C，/增大（0.5 1）%,温度每升高1 C，VBE(on)减小（2 2.5）mV,温度每升高10 C，ICBO 增大一倍,2.2 晶体三极管的其它工作模式,饱和模式(E结正偏，C结正偏),-+,+-,结论：三
5、极管失去正向受控作用。,饱和模式直流简化电路模型,若忽略饱和压降，三极管输出端近似短路。,即三极管工作于饱和模式时，相当于开关闭合。,截止模式(E结反偏，C结反偏),若忽略反向饱和电流，三极管IB 0，IC 0。,即三极管工作于截止模式时，相当于开关断开。,截止模式直流简化电路模型,2.3 埃伯尔斯莫尔模型,埃伯尔斯莫尔模型是三极管通用模型，它适用于任何工作模式。,2.4 晶体三极管伏安特性曲线,伏安特性曲线是三极管通用的曲线模型，它适用于任何工作模式。,输入特性曲线,VCE一定：,类似二极管伏安特性。,VCE增加：,正向特性曲线略右移。,由于VCE=VCB+VBE,WB,注：VCE0.3V后
6、，曲线移动可忽略不计。,因此当VBE一定时：,VCEVCB,复合机会 IB 曲线右移。,输出特性曲线,饱和区（VBE 0.7V，VCE0.3V）,特点：,条件：,发射结正偏，集电结正偏。,IC不受IB控制，而受VCE影响。,VCE略增，IC显著增加。,输出特性曲线可划分为四个区域：,饱和区、放大区、截止区、击穿区。,放大区（VBE 0.7V，VCE0.3V）,特点,条件,说明,在考虑三极管基区宽度调制效应时，电流IC的,修正方程：,基宽WB越小调制效应对IC影响越大则VA越小。,考虑上述因素，IB等量增加时，,输出曲线不再等间隔平行上移。,截止区（VBE 0.5V，VCE 0.3V）,特点：,
7、条件：,发射结反偏，集电结反偏。,IC 0，IB 0,严格说，截止区应是IE=0即IB=-ICBO以下的区域。,因为IB 在0-ICBO时，仍满足,击穿区,特点：,VCE增大到一定值时，集电结反向击穿，IC急剧增大。,集电结反向击穿电压，随IB的增大而减小。,注意：,IB=0时，击穿电压为V(BR)CEO,IE=0时，击穿电压为V(BR)CBO,V(BR)CBO V(BR)CEO,三极管安全工作区,最大允许集电极电流ICM,（若ICICM 造成）,反向击穿电压V(BR)CEO,（若VCEV(BR)CEO 管子击穿）,VCEV(BR)CEO,最大允许集电极耗散功率PCM,（PC=IC VCE，若
8、PC PCM 烧管）,PCPCM,IC ICM,放大电路小信号运用时，在静态工作点附近的小范围内，特性曲线的非线性可忽略不计，近似用一段直线来代替，从而获得一线性化的电路模型，即小信号（或微变）电路模型。,2.5 晶体三极管小信号电路模型,三极管作为四端网络，选择不同的自变量，可以形成多种电路模型。最常用的是混合型小信号电路模型。,混合型小信号电路模型的引出,混合型小信号电路模型,若忽略rbc影响，整理即可得出混电路模型。,电路低频工作时，可忽略结电容影响，因此低频混电路模型简化为：,小信号电路参数,rbb基区体电阻，其值较小，约几十欧，常忽略不计。,rbe三极管输入电阻，约千欧数量级。,跨导
9、gm表示三极管具有正向受控作用的增量电导。,rce三极管输出电阻，数值较大。RL rce 时，常忽略。,简化的低频混小信号电路模型,由于,因此，等效电路中的gmvbe，也可用ib表示。,注意：小信号电路模型只能用来分析叠加在Q点上各交流量之间的相互关系，不能分析直流参量。,由于交流信号均叠加在静态工作点上，且交流信号幅度很小，因此对工作在放大模式下的电路进行分析时，应先进行直流分析，后进行交流分析。,2.6 晶体三极管电路分析方法,即分析交流输入信号为零时，放大电路中直流电压与直流电流的数值。,2.6.1 直流分析法,图解法,即利用三极管的输入、输出特性曲线与管外电路所确定的负载线，通过作图的
10、方法进行求解。,要求：已知三极管特性曲线和管外电路元件参数。,优点：便于直接观察Q点位置是否合适，输出信号波 形是否会产生失真。,（1）由电路输入特性确定IBQ,写出管外输入回路直流负载线方程(VBE IB)。,图解法分析步骤：,在输入特性曲线上作直流负载线。,找出对应交点，得IBQ与VBEQ。,（2）由电路输出特性确定ICQ与VCEQ,写出管外输出回路直流负载线方程(VCE IC)。,在输出特性曲线上作直流负载线。,找出负载线与特性曲线中IB=IBQ曲线的交点，即Q点，得到ICQ与VCEQ。,例1：已知电路参数和三极管输入、输出特性曲线，试求IBQ、ICQ、VCEQ。,Q,输入回路直流负载线
11、方程 VBE=VBB-IBRB,VBEQ,IBQ,输出回路直流负载线方程 VCE=VCC-ICRC,IB=IBQ,Q,ICQ,VCEQ,工程近似法-估算法,即利用直流通路，计算静态工作点。直流通路是指输入信号为零，耦合及旁路电容开路时对应的电路。,分析步骤：,确定三极管工作模式。,用相应简化电路模型替代三极管。,分析电路直流工作点。,只要VBE 0.5V（结反偏）,截止模式,假定放大模式，估算VCE:,若VE 0.3V,放大模式,若VE0.3V,饱和模式,例2 已知VBE(on)=0.7V，VCE(sat)=0.3V，=30，试 判断三极管工作状态，并计算VC。,解：,假设T工作在放大模式,因
12、为 VCEQ0.3V，所以三极管工作在放大模式。,VC=VCEQ=4.41V,例3 若将上例电路中的电阻RB 改为10k，试重新 判断三极管工作状态，并计算VC。,解：,假设T工作在放大模式,因为 VCEQ0.3V，所以三极管工作在饱和模式。,例4 已知VBE(on)=0.7V，VCE(sat)=0.3V，=30，试 判断三极管工作状态，并计算VC。,解：,所以三极管工作在截止模式。,VBE(on),2.6.2 交流分析法,小信号等效电路法(微变等效电路法),分析电路加交流输入信号后，叠加在Q点上的电压与电流变化量之间的关系。,在交流通路基础上，将三极管用小信号电路模型代替得到的线性等效电路即
13、小信号等效电路。利用该等效电路分析Av、Ri、Ro的方法即小信号等效电路法。,交流通路:,即交流信号流通的路径。它是将直流电源短路、耦合、旁路电容短路时对应的电路。,小信号等效电路法分析步骤：,画交流通路(直流电源短路，耦合、旁路电容短路)。,用小信号电路模型代替三极管，得小信号等效电路。,利用小信号等效电路分析交流指标。,计算微变参数 gm、rbe。,注意:,小信号等效电路只能用来分析交流量的变化规律及动态性能指标，不能分析静态工作点。,例5 已知ICQ=1mA,=100,vi=20sint(mV),试画出图示电路的交流通路及交流等效电路,并计算vo。,图解法,确定静态工作点(方法同前)。,
14、画交流负载线。,画波形，分析性能。,过Q点、作斜率为-1/RL的直线即交流负载线。,其中 RL=RC/RL,分析步骤:,图解法直观、实用，容易看出Q点设置是否合适，波形是否产生失真，但不适合分析含有电抗元件的复杂电路。同时在输入信号过小时作图精确度降低。,例6 输入正弦信号时，画各极电压与电流的波形。,IBQ,ICQ,VCEQ,Q点位置与波形失真：,由于PNP管电压极性与NPN管相反，故横轴vCE可改为-vCE。,消除截止失真 升高Q点:减小RB，增大IBQ,2.7 晶体三极管应用原理,电流源,利用三极管放大区iB恒定时iC接近恒流的特性，可构成集成电路中广泛采用的一种单元电路-电流源。,该电
15、流源不是普通意义上的电流源，因它本身不提供能量。电流源电路的输出电流IO，由外电路中的直流电源提供。,IO只受IB控制，与外电路在电流源两端呈现的电压大小几乎无关。就这个意义而言，将其看作为电流源。,放大器的作用就是将输入信号进行不失真的放大。,放大器,放大原理,利用ib 对ic的控制作用实现放大。,电源VCC提供的功率：,放大实质,三极管集电极上的功率：,负载电阻RC 上的功率：,注意：,放大器放大信号的实质：是利用三极管的正向受控作用，将电源VCC提供的直流功率，部分地转换为输出功率。,电源VCC 不仅要为三极管提供偏置，保证管子工作在放大区，同时还是整个电路的能源。,电源提供的功率PD 除了转换成负载上有用的输出功率PL 外，其余均消耗在晶体三极管上（PC）。,三极管仅是一个换能器。,顺时针与逆时针方向 三极管个数相等;,2.7.3 跨导线性电路,跨导线性环（TL环）,N个放大模式下工 作的三极管发射结 连成一闭合回路;,若各管发射结面积相等，则：,若各管发射结面积不等，则：,其中,跨导线性环应用电路,由图知：,由TL环知：,则：,例1：设各管发射结面积相等。,当iY为定值时，电路可实现对iX的平方运算。,由图知：,则：,例2：设各管发射结面积相等。,由TL环知：,若两输入电流中有一个恒定，则可实现对另一电流的平方根运算。,
