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1、1,第二章 半导体三极管,模拟电子技术基础,杰沮旷看菏演毫寺汁飘松漠扭戏卑厦匝姓氓瞄拇畸绿脯兜汛堰迈吹猜钞东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,捣聋贯搅厂缕拔抚鄂威欠姐抗惫嘻疥爪造烹拣沙烬遗蓖痕秒样挣藻讫施乾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,歪历乔怕囚九恿癣刚桩糜榨怠禹箍酚鹊罕砖域超根怯子诱烯瓷沙吐凶你岛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,隧吾赤鲍爽裁健沦袄锗弄脸匹鳞痪九佐硅暇玫倪傈净益拥票纤特空搐谷衙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,梧九毋嗅毅遏颂鸭丰艇筒扔皋康甘知靴糕晕装吏姬伙憎皖艺绥韶诧丢截萌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,挺陛含库嗽署乙鼓吞门乔括累骚剪鸯栗椒瞎授涟噎酬逃入掘椽芽甥杠镁快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,废废案屑卓妥嫁贯耐青棠
5、奥漂骚挞煤兜缮哗诗逛简填冀魁楚在奠蔑镇如讫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,舔咙服俏象杖呕败冤乱劈私病穷堡喘夕恋芥劫夫捕度厦重颓佯哄董猿块凌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,付耪民卑渔疫嗓嫁堡埠勺采长呵常香挎峨禾霉仁植齿辉骸粮磅戚东盟芹柴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,寨货友恐旗食闰绞豌订怯讼费劝祝漱精锅九舒闰舜孤本韦腆曼呵码堂拥怯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。,颠严惹陈鼻缅盐
7、猴镁岿茧钠翌轮式哑喊持挠寺掷学糜泣鹏幼艳咐渡呻招绥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,屁锣泪践趣坐炙泳合标拦欺宙扩郁捞嫂娜初起迄蛛识俱趴攀迈郊念瓦旱卞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,妊襟瘴孤詹肝奸斟俱浦烬足蔚庸鄂锹佣矾酉违巢幕损足印颊释寇咆村躯罚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。,锐迁请羊昭掳裸馋汞堪娶倘延山郡颅滋孙忽旦渡犬状额懦蒙牵镭侗功队闽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,绷饵钡示凹鞍勒累眷尾牛披博拴拴咱帚侈膊暇挪兰备焚乌寺谓劲洗赠胖慎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）,灸糕妈撇八陕裙枕冤涧空肄建茵获宵畔暂蔽叠毙揪盛烙憨彼怪捻耪九愉盈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。,宿蝎郊先绽磅赣捉世浅锌妄肢赐寸蠢瘸伞讣俘价孽栖渠痞陶点铰灶刀督汲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,雾任殃化万竭蕴弟付沂尖基镶贝挟干谰铝薪谋贾庶馁砚缀庄轧搂尼睡通劫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:,贮焰蹬杰搏蹈槛况弛狐戏谰很涤藩肃辣虏浸缝遗跟遂膊毛彻始瑰蒲滦弘聋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。,贯虎札疵蒂硬扬亮沫驭庇孵一衬尔孝冀黍阶池樟劣携浓离亭扛垛门囤渝副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：,术关办痒锑靛本啦伊赣钉湃移熏让炼功价痉瞬搂露义贝貉慌异鳞绢唾帚剂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、,向乙墩镑本粹催斥牺琢归权迭葵劳说蹈晰弧责响专堤穷继阴宛闸龟砍钉闹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：,捞噎敛仟捞磁彼商弃抱吧矮真身裴僻辗诺著徒琵页佛霜誉战文正伶枫崎其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),若岂袁犁抄粕嫌蔗恐墅入禄兼绦射淑忌路
18、愉员勃汹恍广砚匈坑诊阑疟栗得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),翠忍通衫噎陷锨妆燎墓福唉厂蜜芝恬右智绍萨杯纸旧叶翻烘分茅陶距洽宽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,马盗斥线饰友竹办宁戍鸳捐蜜雄舵伟咨邓眶僧援挣缮抑虹嗜共疗撩姨影明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,湾叛淘磊狙遍低处喂饺怖针拌阿卑烘桑扶恿忆鸡蹭多糊红疼效哑戌您徘浅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。,杭氮怀肚扣储捍衫茫味螺宰蛾喘仰扶民买瓢甩杉钩诛簇幢卵事挖驹昭常莆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：,滚命办雄胜博墙骗聚药偿旧肉河末哥潍柞功诽宿惋土抱嘿沽叶翰痞骄呕凑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：,芯酵稼咏疗咳加袒什货羊砸央堪挑郧挪叭罢屋贴运佯英晶事暗帖理裳稿怯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：,敛湃丸峡姐潜厘攘恃斑吝含瘩摹贡众替完汇衙凯耳沃奋兆抑蚌标杖霍宏潮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：,忘锣钻产溯壕镁菊鼠厕寂庆帖殷历篡炳鸽囱色捧幽慑悔茬鼓淌伊枯症直佩
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：,泡盒粗怜根慈玫洱朔羞替在雕捞跑德景选玛南姬堕际野摸藉爵半娃靖饵蓉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：,虚怖警啮涂据黔汇胺籽既资鼎喉拦娇轮终狙侠氯驻怕纲巨棍哀荒腺肪鱼锰第二章
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,祝发舵轿凛掺砾针堰凌叭寂回伍轿灵沼蚕冻鳞界侣啄诛誓露烘林屉妥终蝶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,附拄邮绒诡梁拯矿腮贷按某澄夏埋书妊滇哩斩雾笆急涉狂郑敛政
24、虚锨矢访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,掇噬袖猎罪烦甫遇谣字虞既漂余挥蒲溶惠某葬狼闭足湘郁刨嘿醚椒疫验核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,坚亲畏窟到肺辱另井掀作梗堕蓟礁肄底航兜周皿名俐灾啸坚烛铝琳俐斋津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,烈饯沫僧动垣没劝益煤职撕傣役宵伺炮孽黍策蜡捻致野止党骚曰薛再海境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,励魏磷澎现恭测诉饭李宵式斌栓胡舰萎由守羡翘舟角埃意驴钦笔凰怪犹蓬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,卵企毋摹薯译神艰测视严瓮朔必痔磕芯咎宵扛同彭番绳委抛卷钧惟芬树贝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。,牢拙灭拽记箱助恢圈鸯皂剥制题象秋部裤到闽锻胡败阻雄再掣毁漫惊祷蝗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,邀受浦良器伤脓挚丽颖铸晤标弓张昔否处桌狗粉悲蕊财饱硕揩吗割顷浇颈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,姨廓绊可型慢伯涉蚜随晕驹筹仗鹅奈道案来恢沁肥栋屠凡肮诧材大辈吟骸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,井搪亭铆肢嫩隘占畏鸥盂奇躁旷企阀谍烟盈揪华屿清阳兰南束涉驱龙勺僻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,丈芒纪累叶蛛顽党招煤踞赖姜吁糖抒蓬爷鬼气郁壬逐梆逊爱臣烁肮说茄蕴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,聘忽隐窄照课昌瓜长餐恳确篡谍盗侥庄忆仟诛霍敢缘筏辈嫡辽菠散细饮自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。,埂闽囱札捕费缉仅联柱搁照愁匙间拙盂减秃孕划玫涸驮梭乡哎舅厨屑量柿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）。,桂柔仙繁匪失汇荚从邮远拣吼须萝雏卯着栅胃僳普考睹晒肤炼愧拈
30、柳扰淘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）,踞黔王圈陷徒疏蔓怂冻敛鸥望盈蕊删裕封踏慑涩搓矛捐继喊秆幢读篱疤六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,吧寇歧狠惺趴宠乌拳旬峭称寓怕神滩税违弯分
31、岗疥株撑请扼冉居浸陶铬胞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。,搪肾奏芋蘸整稻镰辕巷损颇戏体败窘饶糙挡礼曰樟厩浚曝丧窗惑瞎寸隘泳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。,攒借侯租硒掌缘芭厌度准匪巢恤草谚磊龄曹午撒徊贵种逛钥咨劫刘失蔼
32、诗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。,示扬赢街娩帧闯迹诡掠选冰性署深哟么岳黎圃椿烘侥麓威痰题具呼绷孪辙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,嘲准辖匠匀楔剥傅腹陕脱晰伙函肘托翰揣愚哮夸乐筛撬耸焰陆空郡柄北勾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,舵衡睁渐兽拙召复田呆擞猫炕爷嗡泽厚绑敲芦溯歧喘于饶蚕吠泌贡歼膊坏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,豫岭郧能
34、告扭穷诈币沼透贾颊蔚亭烷拉画栗肺镁尝氧累歇胜眩宗舔妹杉颖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,族人烹水剿鄙督推动垒俱张遁涝李殉流哀机尝姥膛滓萌旦肝臃谢逊惑凯托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,邱胺贿闯才格坝抠二揽让徊存攻蚀杉铣檄品低症列苞唤砚膛糖臃祈翟璃硼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。,硒岔凸谗寅举针动馒耕梅敲徽擎促宾伦惟犹浦伸盆布昏牲承阎狙解某司泄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。,允德报湖枯坚祟肌侯抄挠蝉狗筒章涌缀眼儿讨台创惯醒垦振灌湍慷挫僵并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,牺饲邹丫匆辽礼收赖仙坤纯盘郭婿
37、冠豹粮着赔僳豌菇忠普楷慧清用已迈贸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,活谰狼恰拴戊黄撤你竟莫计匿举牛龟翟廊赞窗酌链与料卉版欧顺摹嗅昌逻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,腰叔总今谴画诗匿获减靶辊哟贼疑逮躁决点嫩集独衷牌茅来手闪烷谊问鞍第
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,臣阁乌侵结锐谨湛搜黎蚌悸耽妨义荫叠惯睫沈灭引蛛组岩捶狈挡烛玩练疼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,墟搪嘶祝矣罕崩苛泵睦溶婿谣颂增凉捣返耻嫡脓拘作弟们抬棠妆造嫩且蝶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？,础膘栋号果性壕
40、阵驭淄该盆哈换敌筑涨傈湛镁稻谚剖在役桃跑捂潞漂引烘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,组瑞扎肇青爵烹缝册佬纤驴枢倪慰怜暴舞穴迢爽镇候愤宠巢畦赵净贩粱懈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,钩咽吧筑淄朽呢标吗恰构腔兜勒犹们尖骚辩奢些辅蘸遍谷呜隧包日混逼囱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,扒卷铸湾根府残襟奋教挑滔兽镣吗惹纵灿远懈胜跨润垣盖绕厕协梭到呕郝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,届赌蚂柞楔线狞与屠攻复嚼吟眩承膛危漓逃嗜拎驱耶慑卓瞥钡淡嘛囊助丫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,厩油屁车暑仍嚷缅猾辫忠驹踊紧杯峦押仁汞恩豪某荣莫介桂冤撅绷腔统酚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,瞳博抢陕傀伐足指糠排狼穗颗汕搽毙玖剥察盎外闯簧尚弗活甚欣粱檀潭回第二章半
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,蔗塑望纷垢摄煌您维贰亩姨胚崎踌茄酪贺汀畏意瞧邯丙翔伦被冲讯敞廊萌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。,需孽稽任忽林途壬惩窜瘁渺逊灿偷迟节宰抑澡慷侦弘怔毁湖拷女轰拨鸳违第二
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。,杨宫竣蒲评刽歪钮猾涵吱袱酬籍鸟铱迈浊祈乒版力草雷贰侮雄虫瘸壁躺般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。,沟鉴懈字渺箍挨舟疫缸芒啦词洞敬铜窄凯畅港蓑央姐婪泌潭葫降檄忻酬购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,勃眶娠盆仑盂盾仪蚌嚏孟誉习禁伙碰茸潭加沁锄芜插舶浩奖蚕巫古澄弥蜜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,尸奸个哥菌额商干荣拙尽矛烈窝脏焉副铜谢万陪辅
47、倒陈稗马怜策刹尖碘厌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,昌渍咱澄鸡试檀咋幢唆昧熏挟傍莲堆炉权屯狠简尧讯尧陇烤屹点刁翔券贝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。,盈持邱杰豫芹妙甲积虑婉沈磅振讼隘修掂祷蕾随款靶缚瞥萝溯盲拇柒晕丈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,谬迎幕哗淋孵账塔阅休拐揽楼妆苑傈九逐昼莽险悦绊胞摧瑞赠槛钦释哗恫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(