模擬電子技術ch4-1

1、4.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介4.1 三極管（三極管（BJT）4.1.2 放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJT的工作原理的工作原理4.1.3 BJT的的V-I 特性曲線特性曲線4.1.4 BJT的主要參數的主要參數4.1.5 溫度對溫度對BJT參數參數及特性的影響及特性的影響4.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介 三極管（三極管（BJTBJT）又稱為晶體管。）又稱為晶體管。三極管的外形三極管的外形 按材料：硅三極管、鍺三極管按材料：硅三極管、鍺三極管 按用途：高頻管、低頻管、功率管、開關管按用途：高頻管、低頻管、功率管、開關管 按結構：可分為按結構：可分為NPNNPN型和型和PNPPNP型兩種類

2、型型兩種類型小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管半導體三極管圖片半導體三極管圖片半導體三極管圖片半導體三極管圖片NPN型三極管的結構和符號型三極管的結構和符號4.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介4.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介BECNNP基極基極（Base）發(fā)射極發(fā)射極（Emitter）集電極集電極（Collector）NPN型型PNP型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極CEB 三極管在結構上的特點三極管在結構上的特點（內部條件）：（內部條件）： 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大； 基

3、區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。摻雜濃度最低。注意：不是對稱結構，發(fā)射極和集電極不能注意：不是對稱結構，發(fā)射極和集電極不能 顛倒使用。顛倒使用。4.1.1 BJT的結構簡介的結構簡介1. 1. BJT內部載流子的傳輸過程內部載流子的傳輸過程 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現出來的。過載流子傳輸體現出來的。 外部條件：外部條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏。發(fā)射結正偏，集電結反偏。（BJTBJT的工作的工作條件條件, ,對于對于NPN管三個電極電位滿足：管三個電極電位滿足

4、：VCVBVE ，對于對于PNP管三個電極電位滿足：管三個電極電位滿足：VCVB ICBOECII 則有則有 稱為共基極稱為共基極電流放電流放大系數，大系數，它只與管子的結它只與管子的結構尺寸和摻雜濃度有關，構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關與外加電壓無關。一般。一般 = 0.9 0.99。 因因 IC= InC+ ICBO2.2.BJT的電流分配關系的電流分配關系（3 3）共發(fā)射極電流放大系數）共發(fā)射極電流放大系數 發(fā)射區(qū)每向基區(qū)供給一個復合用的載流子，就發(fā)射區(qū)每向基區(qū)供給一個復合用的載流子，就要向集電區(qū)供給要向集電區(qū)供給 個載流子個載流子, ,亦即亦即IC是是IB的的 倍。倍。 是另一個

5、電流放大系數，是另一個電流放大系數，同樣，它也只與管子同樣，它也只與管子的結構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。的結構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。一般一般 1，通常通常 為為20200。2.2.BJT的電流分配關系的電流分配關系BnCIICBOBCBOCIIII BCIICEOBCBOBC)(1IIIII穿透電流穿透電流 IC = InC+ ICBOIB = IB - ICBO由由CEi =i可得可得 CBi =i EBC i = i + i BE(1) i =- i和和所以所以（3 3）共發(fā)射極電流放大系數）共發(fā)射極電流放大系數 CEBE(1)1ii =i- i- 和和 的關系：的

6、關系： iC iB ， iC =iE 2.2.BJT的電流分配關系的電流分配關系1或EBCEB(1)I = I + II =+ IIC = IB一一組組公公式式IC =IE2.2.BJT的電流分配關系的電流分配關系BECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管兩種類型三極管各電極電流方向3.3.三極管的三種組態(tài)三極管的三種組態(tài)共集電極接法共集電極接法，集電極作為公共電極，用，集電極作為公共電極，用CC表示。表示。共基極接法共基極接法，基極作為公共電極，用基極作為公共電極，用CB表示表示;共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用，發(fā)射極作為公共電極，用C

7、E表示；表示；BJT的三種組態(tài)的三種組態(tài)RLecb1k 共基極放大電路共基極放大電路4.4.放大作用放大作用若若 vI = 20mV使使當當則則電壓放大倍數電壓放大倍數4920mVV98. 0IOV vvAVEEVCCVEBIBIEIC+- vI+ vI vO+-+ iC+ iE+ iB iE = -1 mA， iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V， = 0.98 時，時，Re+-bceRL1k共射極放大電路共射極放大電路共射極放大電路Rb+-VBBVCCVBEIBIEIC+- vI+ vI vO+-+ iC+ iE+ iB vI = 20mV 設

8、設若若則則電壓放大倍數電壓放大倍數OVI-0.98V= -4920mVvAv iB = 20 uA vO = - iC RL = -0.98 V = 0.98CBB10.98mAi = i =i- = 使使4.4.放大作用放大作用VCE+vo 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達集它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達集電極而實現的。電極而實現的。三極管能起放大作用的條件是：三極管能起放大作用的條件是：（1）內部條件：內部條件：發(fā)射區(qū)雜質濃度遠大于基區(qū)雜發(fā)射區(qū)雜質濃度遠大于基區(qū)雜質濃度，且基區(qū)很薄。質濃度，且基區(qū)

9、很薄。（2）外部條件：外部條件：發(fā)射結正向偏置，集電結反向發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置。偏置。4.1.2 放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJT的工作原理的工作原理 對于對于共射極電路，共射極電路，是以基極電流是以基極電流 iB作為輸作為輸入控制電流，研究其放大過程主要是分析入控制電流，研究其放大過程主要是分析集電集電極電流極電流 iC（輸出電流）（輸出電流）與基極電與基極電 流流 iB（輸入電（輸入電流）之間的關系。若能設法改變流）之間的關系。若能設法改變 iB ，就能控制就能控制iC，這就是三極管，這就是三極管“以弱控制強以弱控制強”的電流放大的電流放大作用。三極管屬電流控制器件。作用。三極管屬電流

10、控制器件。 共射極電路共射極電路不但能得到電壓放大，而且還不但能得到電壓放大，而且還可得到電流放大，所以共射極電路是目前應用可得到電流放大，所以共射極電路是目前應用最廣泛的一種組態(tài)。最廣泛的一種組態(tài)。 4.1.2 放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJT的工作原理的工作原理 iB=f (vBE) vCE=常數常數1.1.輸入特性曲線輸入特性曲線4.1.3 BJT的的V-I 特性曲線特性曲線（以共射極放大電路為例）（以共射極放大電路為例）RcVCCiBiERb+vBE +vCE VBBcebiC+ + 0CEv與二極管正向特性相似與二極管正向特性相似iBRb+vBE VBB+ BEvBiO0CEvV 1CEv

11、0CEvV 1CEv特性基本特性基本重合重合( (電流分配關系確定電流分配關系確定) )特性右移特性右移( (因集電結開始吸引電子因集電結開始吸引電子) )VBB+ Rb輸入特性曲線的三個部分輸入特性曲線的三個部分死區(qū)死區(qū) 死區(qū)電壓：硅管死區(qū)電壓：硅管0.5V0.5V 鍺管鍺管0.1V0.1V非線性區(qū)非線性區(qū) 線性區(qū)線性區(qū) IB在很大范圍內變化，在很大范圍內變化，VBE基本不變（恒壓）?；静蛔儯ê銐海?.1.輸入特性曲線輸入特性曲線VBE稍有變化，稍有變化， IB變化變化很大，要串限流電阻。很大，要串限流電阻。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲線特性曲線導通壓降導通壓降 VBE硅管硅管:

12、 (0.6 0.8) V鍺管鍺管: (0.2 0.3) V取取 0.7 V取取 0.2 V飽和區(qū)：飽和區(qū)：iC明顯受明顯受vCE控控制的區(qū)域，該區(qū)域內，制的區(qū)域，該區(qū)域內，一般一般vCE0.7V(硅管硅管)。此時，此時，發(fā)射結正偏，集發(fā)射結正偏，集電結正偏。電結正偏。iC=f (vCE) iB=常數常數2.2.輸出特性曲線輸出特性曲線（動畫）（動畫）輸出特性曲線的三個區(qū)域輸出特性曲線的三個區(qū)域:放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于vCE軸軸的區(qū)域，曲線基本平行的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，等距。此時，發(fā)射結正發(fā)射結正偏，集電結反偏。偏，集電結反偏。截止區(qū)：截止區(qū)：iC接近零的接近零的區(qū)域，即區(qū)域

13、，即iB=0的曲線的曲線的下方。此時，的下方。此時，發(fā)射發(fā)射結反偏或正向電壓小結反偏或正向電壓小于死區(qū)電壓。于死區(qū)電壓。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲線特性曲線RcVCCiBiERb+vBE +vCE VBBcebiC+ + + iC/mA1234vCE/V36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A 此區(qū)域中此區(qū)域中VCE VBE（過飽和）（過飽和）, 集電結正集電結正偏，偏， IC IB ，飽和壓，飽和壓降：降：VCES 0.3V（硅）（硅）臨界飽和臨界飽和: VCE = VBE2.2.輸出特性曲線輸出特性曲線飽和區(qū)飽和區(qū)iC/mA1234vCE/V36912IB=0

14、20 A40 A60 A80 A100 AI IC C只與只與I IB B有關有關，滿，滿足足I IC C= = I IB B ，是放大是放大器的工作區(qū)域。器的工作區(qū)域。 當當v vCECE大于一定值大于一定值時，運動到集電結的時，運動到集電結的電子基本上都被集電電子基本上都被集電區(qū)收集，此后區(qū)收集，此后v vCECE再增再增加，電流加，電流i iC C也不明顯也不明顯增加了，特性曲線與增加了，特性曲線與橫軸基本平行，呈現橫軸基本平行，呈現出恒流特性。出恒流特性。2.2.輸出特性曲線輸出特性曲線放大區(qū)放大區(qū)iC/mA1234vCE/V36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A

15、2.2.輸出特性曲線輸出特性曲線截止區(qū)截止區(qū)ICEO 此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB0, IC=ICEO0 , VBE 死死區(qū)電壓，或反偏區(qū)電壓，或反偏4.1.4 BJT的主要參數的主要參數1.1.電流放大系數電流放大系數 (1) 共發(fā)射極電流放大系數共發(fā)射極電流放大系數 iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321 直流電流放大系數直流電流放大系數BCBCEOCIIIII 交流電流放大系數交流電流放大系數 BiiC一般為幾十一般為幾十 幾百幾百(2)共基極電流放大系數共基極電流放大系數 11BCCECIIIII 1 一般在一般在 0.

16、98 以上。以上。 Q82A1030A1045. 263 80108 . 0A1010A10)65. 145. 2(63 988. 018080 和和都可在輸出特性曲線上求取。都可在輸出特性曲線上求取。CEOBCIII (2) 集電極發(fā)射極反向飽和電流集電極發(fā)射極反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 2.2.極間反向電流極間反向電流ICEO (1) 集電極基極反向飽和電流集電極基極反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開發(fā)射極開路時，集電結的反向飽和電流。路時，集電結的反向飽和電流。 4.1.4 BJT的主要參數的主要參數 即輸出特性曲線即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對那條曲線所對應的應

17、的Y坐標的數值。坐標的數值。 ICEO也稱為集電極也稱為集電極發(fā)射極間穿透電發(fā)射極間穿透電流。流。+bce-uAIe=0VCCICBO+bce-VCCICEOuA當集電極電流增當集電極電流增加時，加時， 就要下就要下降，當降，當 值值下降下降到規(guī)定允許值時到規(guī)定允許值時所對應的集電極所對應的集電極電流稱為集電極電流稱為集電極最大允許電流最大允許電流ICM?？梢?，當可見，當ICICM時，并不表示三時，并不表示三極管會損壞。使極管會損壞。使用時，必須使用時，必須使ICICM。(1) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM(2) 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM PCM= iC

18、 vCE 3.3.極限參數極限參數4.1.4 BJT的主要參數的主要參數 是指集電是指集電結上允許損結上允許損耗功率的最耗功率的最大值。使用大值。使用時，必須使時，必須使vCEiCPCM(3) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 V(BR)CBO發(fā)射極開路時的集電結反發(fā)射極開路時的集電結反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR) EBO集電極開路時發(fā)射結的反集電極開路時發(fā)射結的反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR)CEO基極開路時集電極和發(fā)射基極開路時集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。極間的擊穿電壓。 幾個擊穿電壓有如下關系：幾個擊穿電壓有如下關系： V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO 3.

19、3.極限參數極限參數4.1.4 BJT的主要參數的主要參數 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。最大管耗線最大管耗線PCM=vCEiC使用時必須使用時必須 vCEiC iCvCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0溫度每升高溫度每升高 1 C， (0.5 1)%。輸出特性曲線間距增大。輸出特性曲線間距增大。O溫度每升高溫度每升高 1 C，VBE (2 2.5) mV。例題：例題：1、在放大電路中測得各三極管的電位如下圖所示，試判在放大電路中測得各三極管的電位如下圖所示，試判斷各管的管腳及類型（斷各管的管腳及類型（NPN或或PNP管，硅