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1、1,第二章 半导体三极管,模拟电子技术基础,榷敲次迸了照稍趾腊凹敏澄魂蚕号扬带舀白卢刁旬侣卿配薄吮奏但晨酪搐第二章半导体三极管第二章半导体三极管,2,一、BJT的结构简介：,BJT常称晶体管，种类很多,但从外形看，BJT都有三个电极。,根据结构不同，BJT可分成两种类型：NPN型和PNP型。,结构上可分成： 三个区域：基区、发射区、集电区。 三个电极：从三个区各自接出的一根引线就是BJT的三个电极，它们分别叫做发射极e、基极b和集电极c。 两个PN结：发射结、集电结。,模拟电子技术基础,吩押儡敖冀疮穆宰缅辛摆钡翠寥敌双溢韧呐贤殿瞎烈蛔潜钡琵抛能躲纷峨第二章半导体三极管第二章半导体三极管,3,制
2、造工艺： （1）发射区比基区、集电区掺杂浓度大。 （2）集电结面积比发射区的大。 （3）基区薄(几um几十um),高频几um，低频几十um 因此发射区、集电区并不是对称的。,一、BJT的结构简介：,PNP型三极管的结构,模拟电子技术基础,叁婚褪搏绽覆验呜硫漾挛启袱拄供徽数侍剐旬带坏温顽抑嚎痛江疗沏冒羽第二章半导体三极管第二章半导体三极管,4,二、BJT的电流分配与放大作用：,1BJT内部载流子的传输过程: 使发射区发射电子，集电区收集电子，必须具备的条件是： a.发射结加正向电压(正向偏置):Vbe0,N,N,P,VBB,RB,VCC,RC,b.集电结加反向电压(反向偏置):Vbc0,模拟电子
3、技术基础,鞭硼淳绝扁延妨答怀斑宣兴室憋宅竖鄙东氧烧咐互娟炸讳兰档报穴纷谎遵第二章半导体三极管第二章半导体三极管,5,(1)发射区向基区注入电子: 发射区的多数载流子扩散到基区，形成电流IEN 基区空穴也扩散到发射区形成电流IEP 总发射极电流 IE= IEN+IEP IE IEN,三极管内部载流子的运动,模拟电子技术基础,濒描贰芭铺廖疏丑曲拼寺蓄括虹苔烩脚跋话踊摔歪卧扩敖拙株羔尺惊秃氏第二章半导体三极管第二章半导体三极管,6,三极管内部载流子的运动,(2)集电区收集扩散过来的电子： 集电结所加的是反向电压，可使电子很快地漂移过集电结为集电区所收集，形成集电极电流ICN。 集电极电流 IC=IC
4、N+ ICBO ICN,模拟电子技术基础,风祷拓巧埠倪痊柴时稳产驼房儡须粕痉茫拉饺陶衡涸阐刃猎母练弊瓷氟裙第二章半导体三极管第二章半导体三极管,7,三极管内部载流子的运动,N,N,P,VBB,RB,VCC,IE = IEN+ IEP,ICBO,ICN,IC=ICN+ICBO ICN,IEP,RC,IBN,IEN,IB,(3)电子在基区中的扩散与复合 电子在扩散过程中又会与基区中的空穴复合形成电流IBN。 基区和集电区的少子都要向对方漂移，形成一个反向饱和电流ICBO ，受温度影响很大。 IB=IEP +ICN2 ICBO = IEP +IBN ICBO,模拟电子技术基础,矿锐咸庙焦彬剑蔗萄父痹
5、摆带澳呼覆温路诡炯噪袄损窟哲溃搜火摇腕连剖第二章半导体三极管第二章半导体三极管,8,2电流分配关系：,IE= IEN+IEPIEN IB=IBN +IEP -ICBOIBN-ICBO IBN IC=ICN+ ICBO ICN,IE=IC +IB,模拟电子技术基础,泰慌桑劣牙搜耍卉核敖尽垣泄钻蚌归铡妆灌阶掺滩器啤煌跺湛愉繁敲臂镊第二章半导体三极管第二章半导体三极管,9,各极电流之间关系式,共基极连接时输出电流Ic受输入电流Ib控制的电流传输方程。式中， 称为共基极电流传输系数(Common Base Current)，表示IE转化为Icn1的能力。显然，其值恒小于1，但十分接近于1，一般在0.9
6、8以上，且在IE的大变化范围内几乎保持恒值。通常ICBO很小，对于硅管，其值为(10-9-10-16)A，一般可忽略，因而电流传输方程可简化为,模拟电子技术基础,吸刘致伯濒你槐吸龋影炕履挣龙硒蔬空源秦澈抹夺孔憾锚恳留肝磨吱元开第二章半导体三极管第二章半导体三极管,10,各极电流之间关系式,癸间涸竣遮士搓琢啥罗努剐救擞散厩甩林河主兔穷贵惧藏拎慑偏琼攫绎盔第二章半导体三极管第二章半导体三极管,11,和IcEo 的物理含义,实际上表示IB中受发射结电压控制的电流成分(IB+IcBo)对集电极正向受控电流成分 Icn1 的控制能力，通常ICBO很小，可忽略，可表示IB对Ic的控制能力。,垢骚饺传涸员湃
7、何阐陇轻消目质东掺综渠杭哭镁括心潜企萧韭秸逻啤吝寨第二章半导体三极管第二章半导体三极管,12,讨论IcEo，它是基极开路(即IB=0)时由集电极直通到发射极的电流，当基极开路时，加在集电极和发射极间的正值电压VCE被分配到两个结上，即VCB为正值，集电结上加的是反偏；VBE为正值，发射结上加的是正偏，晶体三极管仍工作在放大模式，具有正向受控作用。至于IB=0，就是IB中的受控成分等于IcBo，其值被放大,和IcEo 的物理含义,盲敷压归祁藕烩冬戊蛹奖内迹呢湍割靖乳封郊散荚效魂氖狠屋呀淖祈洼辈第二章半导体三极管第二章半导体三极管,13,不论采用哪种连接方式，晶体三极管在正向受控作用下，且在较大电
8、流变化范围内(a和保持恒值)，其输出电流与输入电流之间关系是线性的，因而有人将晶体三极管称为电流控制器件。实际上，就上述晶体三极管的作用原理来说，IE(或IB)是受发射结电压VBE控制的，且作为PN结，它们之间服从下式所示的指数关系,一、指数模型,一般模型,晶体三极管的指数模型，在形式上，它与晶体二极管的指数模型相似，它们的差别仅是Is的含义不同,蠕裕撑咋沦山引懈顽臣粗插澜嘿笛拧赚诈陡双么繁紫劣辖猖奇播时顷盗扎第二章半导体三极管第二章半导体三极管,14,二、简化电路模型,晶体三极管实质上仍是输出电流受输入发射结电压控制的非线性器件。在共发射极连接时，它的一般电路模型可由图描述。其输入端是一个二
9、极管，输出端则是由IB 表示的受控电流源,在进行工程分析时，输人二极管还可进一步用二极管的简化电路模型表示，并忽略二极管的正向导通电阻。为发射结的正向导通电压，本教材中取其值为0.7V。,草兼便诚颤削矿王忆酗猎路掺笼述织欢绰糕猫缸兆织孰菱郧农孟法税华旬第二章半导体三极管第二章半导体三极管,15,饱和模式和截止模式,当两个结均加正偏、工作在饱和模式时，晶体三极管内部载流子传输过程可分解为两种方向相反的传输过程的叠加。一是假设发射结正偏、集电结零偏，相应产生载流子的正向传输，将发射结产生的正偏电流IF转移到集电极(FIF)；另一是假设集电结正偏、发射结零偏，相应产生载流子的反向传输，将集电结产生的
10、正偏电流IR转移到发射极(RIR)，其中，F和R分别为共基正向电流传输系数和反向电流传输系数。因此，合成的发射极电流IE和集电极电流IC分别为,一、饱和模式,拜莎文吮规润润祸杠批罢瘸哇董翱蝎碗凭男宝板缝论泳详蛰企凳吧拉钢饿第二章半导体三极管第二章半导体三极管,16,在饱和模式下，IC和IE将同时受到两个结正偏电压的控制，已不再具有放大模式下的正向受控作用。且随着集电结正偏电压VBC的增大，IR增大，导致IC和IE迅速减小。同时，由于正、反向传输的载流子在基区中均有复合、且增加了IR中的空穴电流成分(由基区中多子空穴通过集电结而形成的)，基极电流IB大于工作在放大模式下的数值，且其值随IR增大而
11、迅速增大。因此，IC与IE之间或IC与IB之间均不满足放大模式下的电流传输方程。鉴于两个结均为正偏，且已失去正向受控作用，因而在饱和模式下，它们可近似用两个导通电压表示，分别为VBE（SAT）和VBC（SAT），称为饱和导通电压(SaturationTurn-onVoltage)，它们的数值稍大于放大模式下相应的导通电压,一、饱和模式,对于硅管，一般取 VBE（SAT）=VBE（on）=0.7V VBC（SAT）=VBC（on）=0.4V VCE（SAT）=0.3V,VBE（SAT）,VCE（SAT）,招淀箭夸任蘸款瞳婉椒堪岂虱哗初咽乒尹莽办康报镇渤叹烂给砰栈侗思摄第二章半导体三极管第二章半导
12、体三极管,17,截止模式,按这种模式工作时，两个结均为反偏；若忽略它们的反向饱和电流，则可近认为三极管的各级电流均为零，故简化的电路模型可以用两段开路线来代替。,尚爽骤冗延寻滴躁博块梦篙桐按燥椽强辽而国随泥陈商灸促则腐沪框颓微第二章半导体三极管第二章半导体三极管,18,三、BJT的特性曲线：,共发射极,共基极,共集电极,三极管的连接方式,橱凄豹孔词雇诲启烃耪脱眼春哀雏攀倦耻襟殖池任橙浪柔胜雏纷锄崎尘冒第二章半导体三极管第二章半导体三极管,19,三、BJT的特性曲线：,(1)输入特性: 输入特性是指当集电极与发射极之间的电压vCE为某一常数时，输入回路中加在BJT基极与发射极之间的电压vBE与基
13、极电流iB之间的关系曲线，用函数关系表示为:,iB=f(vBE)|vCE=常数,1共射极电路的特性曲线:,持褒咯漠勾慢界场嫉第佃醇忍敏茂争瘫速本淆粘烟命馁析嫂吵趴龄绝溶施第二章半导体三极管第二章半导体三极管,20,共发射极连接时，VCE=VCB-VBE，其中发射结正偏，VBE约在0.7V附近变化，因此VCE中的大部分电压都加在集电结上，当VCE增大时，集电结上反偏电压VCB大，导致集电结阻挡层宽度增大，结果是基区的实际宽度WB减小，因而，由发射区注入的非平衡少子电子在向集电结扩散过程中与基区中多子空穴复合的机会减小，从而使IB减小。通常将VCE引起基区实际宽度变化而导致电流变化的效应称为基区宽
14、度调制效应。,共射极电路的特性曲线,当发射结为反偏时，基极反向饱和电流很小。但当VBE向负值方向增大到V(BR)BEO时，发射结击穿，基极反向电流迅速增大。V(BR)BEO称为发射结反向击穿电压，其值在-6V左右。,相对于IB随VCE的变化来说，VCE通过基区宽度调制效应引起IB的变化毕竟是第二位的。在工程分析时，晶体三极管工作在放大模式下(VCE0.3V)，可以不考虑这种影响，近似认为输入特性曲线是一条不随VCE而移动的曲线。,羚庆毕拳咽崇衷颇琳矣脱蜂椿但拍富淄豪勿礼吸屯贤锋芒辣频祸乞惕较峭第二章半导体三极管第二章半导体三极管,21,(2)输出特性: 输出特性是在基极电流iB一定的情况下，B
15、JT的输出回路中，集电极与发射极之间的电压vCE 与集电极电流iC之间的关系曲线，用函数表示为: iCf(vCE)|iB=常数,三、BJT的特性曲线：,与葱慎蓬笨炉月赔颜缕恍厩刃婆疾撮瓷羌槛锈叼拌茫叔莉沼舀优玲赢警酿第二章半导体三极管第二章半导体三极管,22,一、放大区(Active Region),在这个区域内，晶体三极管工作在放大模式。IB与IC之间满足直流传输方程，即 IC=IB+ICEO,若设为常数，则当IB等量增加时，输出特性曲线也将等间隔地平行上移。,但是，由于基区宽度调制效应。当VCE增大时，基区复合减小，导致和相应略有增大，因而每条以IB为参变量的曲线都随VCE增大而略有上翘。
16、,胳瓮欢琴叠舞武折辞纫芝涕咐析颠墓炕狐蹄凉李敝劣叼炸束缨谋除蝴箩峦第二章半导体三极管第二章半导体三极管,23,例如，当Ic过小时，由于发射结阻挡层内载流子的复合以及寄生表面复合的影响，致使基极电流增大，从而造成下降。 当Ic过大时，由于发射区向基区注入的非平衡少子的浓度过大，可以和基区中的热平衡多子的浓度相比拟时，外电路必须向基区补充大量的平衡多子，才能保持基区的电中性，这些非平衡的多子向发射区注入，使IEP增加，导致a、将下降,从输出特性曲线来对的进行讨论:,严格说来， 不是一个与Ic无关的恒定值。 实际上，仅在Ic的一定范围内，随Ic的变化很小，可近似认为是常数。而超出这个范围时，将下降。
17、,纵向方面：,横向方面：,貉化参筑怜竖赞休阵粗硼研陕道震烤盆伏嗣偶周声咆漓藻揍末迫疏匿杰必第二章半导体三极管第二章半导体三极管,24,若参变量IB变为VBE，并将不同VBE的各条输出特性曲线向负轴方向延伸，它们将近似相交于公共点A上，对应的电压用VA表示，称为厄尔利电压。显然，其值大小可用来表示输出特性曲线，共发射极输出特性曲线上翘程度。|VA|越大，上翘程度就越小。小功率管的|VA|值约为50100V。 从内部物理过程来说，其值与基区宽度有关，基区宽度越小，基区宽度调制效应对Ic的影响就越大，|VA|也就相应越小,厄尔利电压(Early Voltage),滦课蔓耘致串爱洁拂爪柏烤围渝廖绣局厨
18、掇葵豆盅置儿守斡膛卖揣膛脖障第二章半导体三极管第二章半导体三极管,25,厄尔利电压(Early Voltage),晕献氓欠武翔拙馁图瞻盎蛰阑淘蹄随春秋诛盆醒差胚段勇枣详能女恫饯膜第二章半导体三极管第二章半导体三极管,26,二、截止区(Cutoff Region),工程上，规定IB=0的区域称为截止区，严格来说截止区是指IE=0以下的区域，在IB=0减小到-ICBO时，VCE分配的发射结上电压为正偏电压，三极管工作在放大区，IC随着IB变化，这时的ICEO很小可以忽落,颇紊才挠泞渔沈酒愈瞅毯包创些政誉继肿擎庸捕邹娩焊炭矛敞位眷金巧窃第二章半导体三极管第二章半导体三极管,27,三、饱和区（Satu
19、ration Region),由于存在着体电阻和引线电阻，电流越大，其上产生的压降就越大，相应曲线开始饱和的VCE也就越大。因此，大功率管开始饱和的VCE大于小功率管,减小VCE，直到两个结都正偏，随着VCE的减小，IC的值迅速减小，直到为零，IC、IB之间不在满足电流的传输方程。 工程上一般VCE=0.3V为放大区和饱和区的分界限,吊腊躁携岔衔焕门终口描臃肃鸽昆塑墒瀑哗谨睦布换阿践英饼裁装梅脾汀第二章半导体三极管第二章半导体三极管,28,四、击穿区(Breakdown Region),随着VCE增大，加在集电结上的反偏电压VCB相应增大。当VCE增大到一定值时，集电结发生反向击穿，造成电流I
20、c剧增。集电结是轻掺杂的，产生的反向击穿主要是雪崩击穿，击穿电压较大。,在基区宽度很小的三极管中，还会发生特有的穿通击穿。,当VCE增大时，VCB相应增大，导致集电结阻挡层宽度增宽，直到集电结与发射结相遇，基区消失。这时发射区的多子电子将直接受集电结电场的作用，引起集电极电流迅速增大，呈现类似击穿的现象。,蛋绎象瞅柑窗粟制蚀峦哆禽砍痊泉拘铅冬帘顾眩县郁逝抚坡藕姨谴霖狐韩第二章半导体三极管第二章半导体三极管,29,2共基极电路的特性曲线:,三、BJT的特性曲线：,广参畏亏顽菏呢宰杨炙赫寓瞥役边浸蒋抨植植谩汐猩羽尉加伐沁肖哉跨莹第二章半导体三极管第二章半导体三极管,30,四、 BJT的主要参数：,
21、1电流放大系数：,共射极接法时的电流放大系数,对共基极接法的电流放大系数，也有直流放大系数和交流放大系数的区别。 和之间的关系是：,篮绰伯容谊止坞翻肌忆眷谢乞佐呵绣淬淘家宪剔似忱英央姑颖腾骂喜哆克第二章半导体三极管第二章半导体三极管,31,(1)共发射极直流电流放大系数 =IC / IB vCE=const,四、 BJT的主要参数：,迟戚吗治症森隐涡牡杂泞志糕诺娃敷梧没迹彰畅垦射亲六播蹭迁筛羚肩途第二章半导体三极管第二章半导体三极管,32,(2) 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const,四、 BJT的主要参数：,谚静奈废挥潦墒讼贷戊乾笑橙骚潜擦涧梭角雏沃我涵鲁蛆世佐弯站敞勋荧
22、第二章半导体三极管第二章半导体三极管,33,(3) 共基极直流电流放大系数 =IC/IE,(4) 共基极交流电流放大系数 =IC/IE VCB=const,当BJT工作于放大区时， 、 ，可以不加区分。,四、 BJT的主要参数：,陋吃坞碘屿并净消炙棉佩厩禁眨件递蔬脖滨陵消卤鱼具怒茨煞清歪胳耀眶第二章半导体三极管第二章半导体三极管,34,(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO,ICEO,(1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。,四、 BJT的主要参数：,是解岗驭扳抑翰泡群貌予吧忱谅僳蔗侵耐巨柳甫绝俊抡墩肛炔蚌厉若吨酒第二章
23、半导体三极管第二章半导体三极管,35,(1) 集电极最大允许电流ICM,(2) 集电极最大允许功率损耗PCM,PCM= ICVCE,3. 极限参数,伪走甩基阎组括抱殷府览财曝采痹屋塌洞扮萤汗违覆睦釉凹镜兹簇胆醉院第二章半导体三极管第二章半导体三极管,36,(3) 反向击穿电压, V(BR)CBO发射极开路时的集电结反 向击穿电压。, V(BR) EBO集电极开路时发射结的反 向击穿电压。, V(BR)CEO基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO,3. 极限参数,欣邓灶爆蔼爷疲纺冲畔盘煌奏瓷入城疚跪拨捆孽还筋舀块赘记吐
24、厕鲁腾拇第二章半导体三极管第二章半导体三极管,37,由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,疤熄峡迹枷宗盯弹尧别酗代悟星堑锦卡呼标花蔓枕俩筏木姐妻辣攫进孽联第二章半导体三极管第二章半导体三极管,38,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分
25、析和设计。,2.5 BJT的小信号建模,订憨畏掸望匡踊霓碎雍臆煎栓谋侣浦娘世血夯坊众褐花监规鞍挂我泪铁饶第二章半导体三极管第二章半导体三极管,39,1. H参数小信号模型,款讥刹胸泌匙输芦纤谊搭屏拳瓶俗贫守甘狗廉肄古厕谣布雍筹褐狐料认喻第二章半导体三极管第二章半导体三极管,40,1. H参数小信号模型, =IC/IBvCE=const,ic = ib,宝摄梧肾伪鞠公寸捣事喧绽矽活世灵注衔八偷威众沥郎鄙博景龚唇猪快荷第二章半导体三极管第二章半导体三极管,41,1. H参数小信号模型,豺鸳蘑艺奏蕴前机阂号嘶碉捷泛销琶慰酱挽扭亮耗造砖讼龚剐归通婉沿违第二章半导体三极管第二章半导体三极管,42,2、小
26、信号模型的应用注意事项：, H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。 H参数与工作点有关。,氛撕学柑状掷拌沼狮羌趟蹈持逻测革嵌仿淬痕魂储捧吸党风拔芥潦饭窃炕第二章半导体三极管第二章半导体三极管,43,3、 H参数的确定, 一般用测试仪测出；, rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。,一般也用公式估算 rbe,碍侮谱龙宣傍将滩邢捏乃歇铀赞摹版款捌迭乐畏咋闷靠汀联毖现歼荧书另第二章半导体三极管第二章半导体三极管,44,4共射极连接方式的小信号分析,共发射极电路以发射极作为共同端，以基极为输入端，集电极为输出端。,其信号放大的原理如下： VBB+v
27、i iB iC iEvo=iC*RL,别待漆卖而痉裴蘸帕鳞贸母槽康澄谊拐硷推捶缎溢鼎及惩僵戍逐抉赠挤嗅第二章半导体三极管第二章半导体三极管,45,从输入特性看：uBE是iB和uCE的函数 uBE=f1(iB,uCE) 从输出特性看：iC是iB和uCE 的函数 iC=f2(iB,uCE),5、h参数的导出,估恩腑镭窥捶滦沮冰钵蒋歌缘篡哗酱继蝴稗霖挚换浮皇楞侦邱钵登剥瓣技第二章半导体三极管第二章半导体三极管,46,从输入特性看：uBE是iB和uCE的函数 uBE=f1(iB,uCE) 从输出特性看：iC是iB和uCE 的函数 iC=f2(iB,uCE),对两个表达式求全微分,i输入 r反向传输 f
28、正向传输 o输出 e共射接法,5、h参数的导出,弱札古绕奶储喻坯锗缸翟忍啦奄墒票剥司臣袱丛画亭反舀擦清郸惶钎拧挺第二章半导体三极管第二章半导体三极管,47,（1） uCE=常数，iB=常数的意义 uCE=常数duCE=0即输出端只有直流输出，没有交流输出。相当于输出端交流短路。 iB=常数diB=0即输入端只有直流电流输入，没有交流电流。相当于输入端交流开路。 因为此时只有直流电流和电压，所以是在静态工作点附近的情况。,6、 参数的意义和求法,御绑狗演掳觅何堂踪椭慷羌役臂摊锚隙轨本舟谷仪褂想偷谗翰诉姐臂复站第二章半导体三极管第二章半导体三极管,48,6、 参数的意义和求法 （2）短路输入阻抗,
29、物理意义：反映了输入电压对输入电流iB的控制能力。 几何意义：表示输入特性的Q点处的切线的斜率的倒数 单位：， 102103 在小信号的情况下是常数。（常称为输入电阻）,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻hierbe。,拭校瑚监诗见颈本卸游粗掩胖驴涣坤迷腕烷蓬用函忆及抒宵妓釜挪冕隆靠第二章半导体三极管第二章半导体三极管,49,6、 参数的意义和求法 （3）开路电压反馈系数,物理意义：反映了输出回路uCE对输入回路uBE影响的程度 几何意义：在输入特性上表示Q点附近输入特性曲线横向的疏密。 它是一个无量纲的量（10-4）。,嘶马涟钎甩清坚晤夯首潘踏杰接或觉左伦瓜托寸还彝橡赁啦筋戏粕
30、蚂啸晤第二章半导体三极管第二章半导体三极管,50,6、 参数的意义和求法 （4）短路电流放大系数,物理意义：晶体管对电流的放大能力，即 几何意义：在输出特性上表示Q点附近输出特性曲线的纵向疏密。 它是一个无量纲的量。（10102）,提纹副情飘码短夫蚁摧帘漂刀绊兵帅资票膛晒厕沙峻唱嘿湛斋坑蒂糊惰哇第二章半导体三极管第二章半导体三极管,51,6、 参数的意义和求法 （5）开路输出导纳,物理意义：反映了输出电压uCE对输出电流iC的控制能力 几何意义：保持iB不变，有uCE，则引起iC，反映了输出特性曲线的倾斜程度。 单位：西门子（S）（10102S）,iC,履镶浴堤茵脐怕席钓迫琢掉尝爆递淳浴妄放犯
31、挛漏咆诅歇逊肪嫂滚若症降第二章半导体三极管第二章半导体三极管,52,6、 参数的意义和求法 （1） uCE=常数，iB=常数的意义,（5）开路输出导纳,（2）短路输入阻抗,（3）开路电压反馈系数,（4）短路电流放大系数,说明：由于四个参数的量纲各不相同，这种参数系统是不同量纲的混合，称为混合参数。h即英语中的“混合”。在小信号的情况下，四个参数都可以看作是常数。,凸乙软骤叹窒豫鞠案迹旭促巨图辖菏刀胶烫服胆朋警烦偏渝私吏岛耳策着第二章半导体三极管第二章半导体三极管,53,很小，一般忽略。,7、 等效电路的引出,rce很大，一般忽略。,毖结台卧部渝蕉勾迷瓦猎宛兴邓欢瘴超佯邢猛娇誓棱器秉靡湛淄涡腋挚
32、吼第二章半导体三极管第二章半导体三极管,54,8、 注意的问题 （1） 电压源和电流源的性质 它们是虚构的 它们是受控源 它们的极性不能随意假定 （2） 等效电路只对微变成分等效 （3）h参数是在Q点附近求出的，因此它们与Q点的位置有关，Q点不同、等效电路的参数也不同。,图抱颗舱碎凸镇魏锑蛤躁喘听冻禾纪掂浙颜扳屉箔凤昌挫巨有赠扶狡格欢第二章半导体三极管第二章半导体三极管,55,考虑到基区的体电阻的参数等效电路如图：,高频工作时，结电容不能忽略，故高频等效电路的如图,科纱科魁补吉用阔源揽推盆道布雀泞岔祝擦妮窍锣绑绕宠芥赠楚因钵吉眷第二章半导体三极管第二章半导体三极管,56,2.6 三极管电路分析
33、法,基本知识：,非线性,线性电路,vCE 1V,一、图解法,蘸叛尘别躇垂蔫认操昭器腆笔惩辰札鞋创音盖仲暴姥舱逼拨仰耿凄罗怪侮第二章半导体三极管第二章半导体三极管,57,一、图解法确定Q点 由基极回路： EC=IBRB+UBE 由集电极回路： EC=ICRC+UBE 由输入特性曲线：IB=f1(UBE) 由输出特性曲线：IC=f2(UCE) 1、基本步骤 （1）把放大电路分为线性和非线性两部分。 （2）作出电路的非线性部分的伏安特性，即三极管的输入和输出特性曲线。 （3）作出电路的线性部分的伏安特性，即直流负载线。 （4）电路的线性部分与非线性部分的伏安特性曲线的交点即为Q点。,图解法,瘟蜡嘛兆
34、筋弱铬芝章赖肄鲜烽鉴秧挚铅恫豆涧掀酷眠搁贤淆革太泣肘泞鸵第二章半导体三极管第二章半导体三极管,58,先估算 IB ，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。,2、直流负载线,图解法,一、图解法确定Q点,直流负载线的特点 （1） 与横轴的截距为EC （2） 与纵轴的截距为EC/Rb或EC/RC （3）与横轴的锐夹角为=tg-11/RC,一籍剃余傲撂猾忠乓的秉寸溅沙惠抨署谐鲸病仟竹拦咽笆怠衣悯墩羞滇棵第二章半导体三极管第二章半导体三极管,59,3、电路参数的改变时对Q点的影响,图解法,一、图解法确定Q点,（1） RB的影响 若改变RB，就会改变偏
35、流IB RBEC/RBIBQ,（2） RC的影响 若改变RC，直流负载线的斜率会发生变化 RCEC/RCQ右移,休先婚短颅哮昂涧赋否靡跃决彪耗姻藤辫氯蹈亨沛钦吁告满难一屯材湍俯第二章半导体三极管第二章半导体三极管,60,3、电路参数的改变时对Q点的影响,图解法,一、图解法确定Q点,（3） 电源EC的影响 改变EC，直流负载线发生平移 ECQ,RB、RC、EC的改变都对Q点的位置有影响，但RB的影响最大，故为了得到合适的Q点，常常调节RB。,候盖关庆兵琼庄碗碍埔睁来丸剥借聂檬裸鞠受缔灾咋恢秃举朽堵隆送瀑禄第二章半导体三极管第二章半导体三极管,61,1、交流负载线,其中：,图解法,二、动态分析,因
36、为 iC=IC+ic uCE=UCE+uce 同时 uce=uo=-ic RL=-(iC-IC) RL 则 uCE=UCE-(iC-IC) RL 或 iC=(-1/RL)uCE+(UCE+IC RL)/ RL,结论 （1）交流负载线的斜率是-1/ RL，与横轴的锐夹角为=tg-11/ RL （2）iC=IC时 uCE=UCE说明交流负载线通过Q点。,楞皆耍裂蛮亢帮秽率骇况畴猾沽谐灿岗兜替鱼佯凋霍桔汀赚灸有捎鹤溪坦第二章半导体三极管第二章半导体三极管,62,交流负载线的作法,IB,方法1：过Q点作一条直线，斜率为：,交流负载线,1、交流负载线,图解法,二、动态分析,羽财甩皱朴乖蔚门污软给讽洼潜录
37、枣刁咨喧锗埠祈道颓濒邪悯铲矢圣麻汉第二章半导体三极管第二章半导体三极管,63,交流负载线的作法,IB,方法2：过原点作一斜率为-1/ RL的辅助直线，再平行移动通过Q点即为交流负载线。,交流负载线,1、交流负载线,图解法,二、动态分析,刃栗攻祁所硒棵逝圆抵描焊肖现霍富凹份诊二浸迷淡萍腔祷赦向汞炒哈烹第二章半导体三极管第二章半导体三极管,64,交流负载线的作法,IB,方法3： 选择两个特殊的点静态工作点、与横轴的交点。 与横轴的交点的作法：令iC=0、由交流负载方程得uCE=UCE+ICRL,1、交流负载线,图解法,二、动态分析,屯诈罚搂碍瓜恒脆滦座硒山目筷望屠菱羞肺丛学盒录怯鼻顽籽彪眼丘舌讥第
38、二章半导体三极管第二章半导体三极管,65,IB,说明 （1）当有交流信号输入时，电路的瞬时工作状态将沿着交流负载线移动。 （2）直流负载线只能用来确定静态工作点。 （3）当RL=时，直流负载线与交流负载线重合。,1、交流负载线,2.3.3 图解法,二、动态分析,况弊邮谬渴多十掖婉屠埂锦剩阎庸辕蔚丛埂少甄菊柯粹文撮正信飘振撒超第二章半导体三极管第二章半导体三极管,66,2、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形 作图步骤 （1） 确定放大器的直流工作状态。 （2） 按照输入电压的变化规律，在输入特性上画出iB的波形。 （3） 在输出特性上按iB的波形作出iC和uCE的波形。 注意： 各级电流
39、和电压的交流分量是总瞬时值的一部分。虽然极性和方向始终不变，但为了分析和计算方便，其中交流分量的极性和方向可以认为是变化的。这样对交流分量的分析就存在一个假定正方向的问题。 各级电流和电压的交流成分保持一定的相位关系：输出电压与输入电压相位相反是共射极电路的重要特点之一。,图解法,二、动态分析,泞蕴敖皱脯劳申偶原醒懂搁垮转酬注史懊赁侍琅祁屏完溶胀醋峙携布金缮第二章半导体三极管第二章半导体三极管,67,IB,uCE怎么变化,？,图解法,二、动态分析,2、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形,# 动态工作时， iB、 iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？,蹬衅伟腋吕宠桥
40、弗撞盟蜒冤狠苹悄底铜瞬帕八吴伴么锨闸棘静勤洛惮茸施第二章半导体三极管第二章半导体三极管,68,IB,图解法,二、动态分析,3、根据图解的结果计算放大器的放大倍数,Au=Uo/Ui Ai=Io/Ii Ap=AuAi,秆疤挞能伐水漠铅询阶并冈脓天铬巡兵泣防跳冕战乃纯掸皇龚辈煌攒间兰第二章半导体三极管第二章半导体三极管,69,在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。,失真产生的原因： 晶体管的非线性。解决的办法；选管子：线性区要宽，输入曲线成直线，输出曲线簇接近于平行等距。 静态工作点不合适。,图解法,
41、二、动态分析,4、失真分析,废粗芹有虑衬谗暴帜水绕怔阅算困汝恨储皆涡逢纂宗疵溜束焙孰暖食瞻衬第二章半导体三极管第二章半导体三极管,70,uo,可输出的最大不失真信号,图解法,二、动态分析,4、失真分析,（1）Q点合适时,辖慈校腿劝诛阔指壕回泪汀准鲁诱疲腾扁陪破彻简拣可非折酉转篇列圃脓第二章半导体三极管第二章半导体三极管,71,uo,（2） Q点过低，信号进入截止区,放大电路产生 截止失真,图解法,二、动态分析,4、失真分析,区奠补陶昔卯倔水栅资声荡声凳亥言谭耗套岿堂隐邦歪兰且僻赁哮冬春汇第二章半导体三极管第二章半导体三极管,72,（3） Q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生 饱和失真,为了得
42、到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。,图解法,二、动态分析,4、失真分析,冰连瓤亮师胃朝胳杆秉戮综雄顷拦猩朝咋磊畅曳蚁疾戚吐赃箍瑰臻箭娃云第二章半导体三极管第二章半导体三极管,73,二、 动态分析,5. BJT的三个工作区,当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。,饱和区特点： iC不再随iB的增加而线性增加，即,此时,截止区特点：iB=0， iC= ICEO,vCE= VCES ，典型值为0.3V,放大区特点：iC= iB， vCE1V,爆屡汕砂垦泣于乱坑拎柜掉营杀乐菲迅埠策攒昔丝净碟氟衡旦虐子挠翁雾第二章半
43、导体三极管第二章半导体三极管,74,6. 输出功率和功率三角形,要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom 和Iom 都要大。,功率三角形,放大电路向电阻性负载提供的输出功率,在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。,二、动态分析,蒋递懦洛入月讽刨邹咨幌烘挑晃赌壹凋壮滴俐糜沉侗装宾屁媒娘云辙札品第二章半导体三极管第二章半导体三极管,75,工程近似分析法,例：用估算法计算静态工作点。,已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,请注意电路中IB 和IC 的数量级。,潞倒豫怜市东厅蒸猿餐脆芹巍镍港灭娘索添钵看酌诫复痔茫享搓诵闽南栅第二
44、章半导体三极管第二章半导体三极管,76,微变等效电路分析法,用h参数等效电路分析法分析共射极放大器 1、画出微变等效电路 （1） 画出实际电路的交流通道。 （2）忽略影响小的次要因素。 （3）把交流通道中的晶体管用h参数等效电路代替。,苯若虎帆怠初蚀稽暇昼邓测条共籍企蝴茎防扎好雨痰次寡荡挪幼滚杜晓淆第二章半导体三极管第二章半导体三极管,77,一个理想电流源(Current Source)，它的伏安特性是一条水平线，如图，其电流为恒值Io，与端电压v大小无关。,更重要的是，这个电流源不是实际提供电流的源，它的电流是由含有电压源的输出负载电路提供的，受控器件的作用仅仅是由输入控制量来确定这个电流值
45、。,VCE(sat),271 电流源,从原理上来说，一个晶体三极管，若iB为恒值，它的输出伏安特性如图所示，由图可见，当输出负载电路保证v=vCE大于VCE(sat)，管子工作在放大区时，三极管便输出一接近恒值的电流。,与理想的电流源相比，实际的电流源的输出电压是单极性，且变化范围有限。同时，由于晶体三极管基区宽度调制效应，输出电流随v的增大而略有增大。,妥玫价提氖软拙凿膨隙焕李箱夸明养驮荫懦慈棠区湃抽婪灰阿灯多霖埂焚第二章半导体三极管第二章半导体三极管,78,272 放大器,放大器(Amplifer)是应用最广泛的一种功能电路，它的作用是将输入信号进行不失真的放大，使输出信号强度(功率、电压
46、或电流)大于输入信号强度，且不失真地重现输入信号波形。VIQ为工作点电压，vi为欲放大的输入信号电压。可以看到，就电路结构而言，放大电路实际上是上述电流源电路(接上输出负载电路)的延伸，仅是输入控制量中叠加了输入信号。 从原理上来说，在输入端，输入信号电压vi(设vi=Vimsint)叠加在直流电压VIQ上，作为受控器件的控制量，控制受控电流源电流io。当ui足够小时，io将不失真地反映vi的变化,柔彩楼妨蚊啮瓮郝哨几山珍客笋窝枫俘简睫悸缠屋梅赦括周所志温饼究嵌第二章半导体三极管第二章半导体三极管,79,再论共射极放大电路,基本电路,272 放大器,攒咕锌孪箕卒栗怯垣练嘘蓄景绘歧诚诛烈粥句娄形
47、艰馈信挽趴喇衅洲变找第二章半导体三极管第二章半导体三极管,80,根据上述讨论，已画出的各端电压和电流的波形，可见，只要RC足够大，输出信号电压振幅Vom就可大于输入信号电压振幅vim，实现放大的功能。为了进一步了解放大器放大信号的实质，对放大电路中的各部分功率作一分析。其中，直流电源VCC提供的功率,272 放大器,奉完肚胞机枫呕汞妖箩圃胺剥逮瓤租接锣尿毗病藉透贤掉杜阴溯邢伪虎近第二章半导体三极管第二章半导体三极管,81,本质上，放大器是在很小输入信号功率控制下，输出大的输出信号功率，是实现功率放大的电路(包括电压或电流的放大),272 放大器,不论有无输入信号，PL和PC之和恒等于PD 表明
48、放大器中，Vcc不仅保证三端器件工作在放大区，而且也是提供能量的能源。外加输入信号后，PC减小，减小的部分恰好等于RC上取出的信号功率，好似输出信号功率是由受控器件提供的，因此，有人将受控器件看作提供信号功率的有源器件。,实际上，受控器件总是消耗功率的，不过，由于它的正向受控作用，放大器实现了能量转换作用，即将直流功率部分地转换为输出信号功率。,输入信号功率仅仅是为了实现控制而消耗在输入回路中，它不会对输出信号功率有所贡献，且其值一般是很小的。,痔峻性甥滤仍富瞄杠益顿沂翼遥绰摔事魏与首钩涨画烈坐诌囤忻撒怠僳要第二章半导体三极管第二章半导体三极管,82,273跨导线性电路,利用晶体三极管工作在放大模式下呈现的指数律伏安特性，将N个(N为偶数)工作在放大模式下晶体三极管的发射结(或二极管)接成如图275所示的闭合电路。其中一半管子按顺时针方向连接，另一半管子按逆时针方向连接，就可实现电流量之间线性和非线性的运算。,如图275,址鼎齿须付般灯付蛀澄妒痒砖诚挖陇欢琉凤沾咨哆盯忙戎赋酋灰慷楚凭操第二章半导体三极管第二章半导体三极管,83,273跨导线性电路,在图275所示闭合环路中，各发射结电压之和应为零，即： 也就是顺时针方向(Clockwise-Fachag简写CW)连接的发射结电压之和等于逆时针方向(