模電-第三章1修

4.1半導(dǎo)體三極管4.2共射極放大電路4.3圖解分析法4.4小信號(hào)模型分析法4.5放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題4.6共集電極電路和共基極電路4.7放大電路的頻率響應(yīng)第四章半導(dǎo)體三極管及其放大電路本章內(nèi)容作為放大電路基礎(chǔ)，具有極其重要的意義。掌握了本章的基本分析方法，就容易在今后的學(xué)習(xí)中觸類旁通，舉一反三。主要內(nèi)容與重、難點(diǎn)主要內(nèi)容：半導(dǎo)體三極管（BJT）的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線和主要參數(shù)BJT放大電路的分析方法：圖解法和小信號(hào)模型法BJT放大電路的三種組態(tài)及其特點(diǎn)重點(diǎn)：BJT電壓放大電路、分析方法、主要技術(shù)指標(biāo)（AV、Ri、Ro、BW）難點(diǎn)：BJT放大電路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析與計(jì)算§4.1半導(dǎo)體三極管(BipolarJunctionTransistor)一、結(jié)構(gòu)三極管通常又稱為晶體管，是通過一定的工藝將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起的器件。按結(jié)構(gòu)分：NPN型，PNP型按功率分：小、中、大功率管按頻率分：高頻管、低頻管按半導(dǎo)體材料分：鍺(Ge)管、硅(Si)管

c：集電極b：基極e：發(fā)射極bbcec

eNPNPNP常見三極管外形常見的BJT外形如圖所示圖幾種半導(dǎo)體三極管的外形圖幾種半導(dǎo)體三極管的外形圖晶體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)

發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射極

e基極b集電極c發(fā)射區(qū)面積小摻雜濃度高基區(qū)厚度薄摻雜濃度最低集電區(qū)面積大摻雜濃度低三極管的三種組態(tài)共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;要使三極管正常工作，要加上合適的外加電壓，稱為偏置。以NPN管為例，為使發(fā)射區(qū)發(fā)射電子，集電區(qū)收集電子，必須具備的條件是：發(fā)射結(jié)上加上正向電壓（正向偏置）0V<VBE<1V集電結(jié)上加上反向電壓

(反向偏置)VCC約為幾伏～幾十伏二、偏置三、三極管的電流分配關(guān)系由發(fā)射區(qū)來的電子注入基區(qū)后由濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散，并與基區(qū)空穴復(fù)合，形成基極電流IB集電結(jié)反偏，其勢(shì)壘由V0增加到V0+VCC，該勢(shì)壘可使電子很快地漂移過集電結(jié)為集電區(qū)所收集，形成集電極電流IC

發(fā)射結(jié)正偏，使勢(shì)壘電壓V0減小到V0－ＶBB,使發(fā)射區(qū)多數(shù)載流子不斷通過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，形成發(fā)射極電流IE

VO+VCCVO-VBBNPN+由此可見三極管的三個(gè)區(qū)的作用是：

發(fā)射區(qū)——向基區(qū)注入電子

基區(qū)——傳送和控制電子

集電區(qū)——收集電子三、三極管的電流分配關(guān)系VO+VCCVO-VBBNPN+根據(jù)傳輸過程可知IC=INC+ICBO通常

IC>>ICBO為電流放大系數(shù)。它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般

=0.90.99

。IE=IB+IC放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過程動(dòng)畫演示

是另一個(gè)電流放大系數(shù)。同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般

>>1。根據(jù)IE=IB+ICIC=INC+ICBO且令I(lǐng)CEO=(1+)ICBO，則IC=βIB+ICEO（穿透電流）注：α，β有直流和交流兩種，但通常情況下可以通用可得：IC=βIB+

(1+)ICBO1．器件內(nèi)部條件：在制造工藝上要求發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)很薄且雜質(zhì)濃度低；集電區(qū)面積大，且摻雜濃度不高。2．外部電路條件：要使發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。以共基電路為例，外加電壓如圖所示。圖中VEE使發(fā)射結(jié)正偏，VCC使集電結(jié)反偏。BJT工作于放大狀態(tài)的條件：IEICVEEVCCReRc1、共基極當(dāng)α=0.98時(shí)因四、放大原理2、共射極當(dāng)α=0.98時(shí)因1、共射極電路特性曲線輸入特性曲線五、特性曲線動(dòng)畫演示共射極連接基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)輸出特性曲線輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):(1)放大區(qū)

BE結(jié)正偏，BC結(jié)反偏，IC=IB,且

IC=

IB(2)飽和區(qū)(發(fā)射有余，收集不足)

BE結(jié)正偏，BC結(jié)正偏，即UCE≤UBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)(BE結(jié)反偏，BC結(jié)反偏)

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO0

動(dòng)畫演示對(duì)于NPN型三極管共射極連接BJT特性曲線的獲得

管子的特性曲線和參數(shù)是根據(jù)需要選用三極管的主要依據(jù)。各種型號(hào)三極管的特性曲線可以從半導(dǎo)體器件手冊(cè)查得。不過由于器件的分散性，即使是同一型號(hào)的BJT，特性曲線可能也有一定差異。

如欲測試某管子的特性曲線，除了逐點(diǎn)測試以外，還可以利用專用的晶體管特性圖示儀，它能夠在熒光屏上完整地顯示三極管的特性曲線族。

三極管的參數(shù)是用來表征其性能和適用范圍的,也是評(píng)價(jià)三極管質(zhì)量以及選擇三極管的依據(jù)。常用的主要參數(shù)有:1）電流放大系數(shù)

2）反向飽和電流ICBO

3）穿透電流ICEO

4）集電極最大允許電流ICM5）集電極—發(fā)射極間的擊穿電壓U（BR）CEO

6)集電極最大耗散功率PCM

集電極最大耗散功率是指三極管正常工作時(shí)最大允許消耗的功率。六、三極管的主要參數(shù)一）電流放大系數(shù)

1.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)β

和β分別由式(4.1.11)、(4.1.13)定義，其數(shù)值可以從輸出特性曲線上求出。

2.共基極直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)由式(4.1.12)定義，而定義為，uCB為常數(shù)時(shí)，集電極電流變化量ΔIC與發(fā)射極電流變化量ΔIE之比，即(4.1.14)

由于ICBO、ICEO都很小，在數(shù)值上β≈,α≈。所以在以后的計(jì)算中，不再加以區(qū)分。應(yīng)當(dāng)指出，β值與測量條件有關(guān)。一般來說，在iC很大或很小時(shí)，β值較小。只有在iC不大、不小的中間值范圍內(nèi)，β值才比較大，且基本不隨iC而變化。因此，在查手冊(cè)時(shí)應(yīng)注意β值的測試條件。尤其是大功率管更應(yīng)強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)。

二）極間反向電流

1.ICBO

ICBO指發(fā)射極開路時(shí)，集電極—基極間的反向電流，稱為集電極反向飽和電流。

2.ICEO

ICEO指基極開路時(shí)，集電極—發(fā)射極間的反向電流，稱為集電極穿透電流。

3.IEBO

IEBO指集電極開路時(shí)，發(fā)射極—基極間的反向電流。

三）晶體管的極限參數(shù)1.反向擊穿電壓

U(BR)CBO指發(fā)射極開路時(shí)，集電極—基極間的反向擊穿電壓。

U(BR)CEO指基極開路時(shí)，集電極—發(fā)射極間的反向擊穿電壓。U(BR)CEO<U(BR)CBO。

U(BR)EBO指集電極開路時(shí)，發(fā)射極—基極間的反向擊穿電壓。普通晶體管該電壓值比較小，只有幾伏。2.集電極最大允許電流ICM

β與iC的大小有關(guān)，隨著iC的增大，β值會(huì)減小。ICM一般指β下降到正常值的2/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的集電極電流。當(dāng)iC>ICM時(shí)，雖然管子不致于損壞，但β值已經(jīng)明顯減小。因此，晶體管線性運(yùn)用時(shí)，iC不應(yīng)超過ICM

。3.集電極最大允許耗散功率PCM

晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，c結(jié)承受著較高的反向電壓，同時(shí)流過較大的電流。因此，在c結(jié)上要消耗一定的功率，從而導(dǎo)致c結(jié)發(fā)熱，結(jié)溫升高。當(dāng)結(jié)溫過高時(shí)，管子的性能下降，甚至?xí)龎墓茏樱虼诵枰?guī)定一個(gè)功耗限額。

PCM與管芯的材料、大小、散熱條件及環(huán)境溫度等因素有關(guān)。一個(gè)管子的PCM如已確定，則由PCM=iC·uCE可知，PCM在輸出特性上為一條IC與UCE乘積為定值PCM的雙曲線，稱為PCM功耗線，安全工作區(qū)過損耗區(qū)極限損耗線PCM=iC·uCE

三、溫度對(duì)晶體管特性曲線的影響

溫度對(duì)晶體管的uBE、ICBO和β有不容忽視的影響。其中，uBE

、ICBO隨溫度變化的規(guī)律與PN結(jié)相同，即溫度每升高1℃，uBE減小2~2.5mV；溫度每升高10℃，ICBO增大一倍。溫度對(duì)β的影響表現(xiàn)為，β隨溫度的升高而增大，變化規(guī)律是：溫度每升高1℃，β值增大0.5%~1%(即Δβ/βT≈(0.5~1)%/℃)。小練習(xí)：根據(jù)參數(shù)選擇管子Answer：應(yīng)選用β=100，ICEO=10μA的管子。因?yàn)棣轮颠m中，ICEO小，溫度穩(wěn)定性好。Questiong：有兩只晶體管，一只的β=200，ICEO=200μA；另一只的β=100，ICEO=10μA，其他參數(shù)大致相同。你認(rèn)為應(yīng)該選用哪只管子？為什么？

三極管的型號(hào)一般由五大部分組成,如3AX31A、3DG12B、3CG14G等。下面以3DG110B為例說明各部分的命名含義。1．三極管型號(hào)的意義七、三極管的判別及手冊(cè)的查閱方法

(1)第一部分由數(shù)字組成，表示電極數(shù)。“3”代表三極管。

(2)第二部分由字母組成，表示三極管的材料與類型。如A表示PNP型鍺管，B表示NPN型鍺管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。

(3)第三部分由字母組成，表示管子的類型，即表明管子的功能。

(4)第四部分由數(shù)字組成,表示三極管的序號(hào)。

(5)第五部分由字母組成,表示三極管的規(guī)格號(hào)。

1）三極管手冊(cè)的基本內(nèi)容

(1)三極管的型號(hào);(2)電參數(shù)符號(hào)說明;(3)主要用途;(4)主要參數(shù)。2）三極管手冊(cè)的查閱方法（1）已知三極管的型號(hào)查閱其性能參數(shù)和使用范圍。（2）根據(jù)使用要求選擇三極管。2．三極管手冊(cè)的查閱方法

(1）根據(jù)三極管外殼上的型號(hào),初判其類型。

(2）根據(jù)三極管的外形特點(diǎn),初判其管腳

3．判別三極管的管型和管腳

典型三極管的管腳排列圖bcbc從外觀判斷三極管電極小功率三極管從外觀判斷三極管電極大功率三極管（金屬封裝）

三極管基極的測試(3)用萬用表判別三極管的管腳及管型。

①基極的判別?；鶚O的判別原理及方法

判別原理：對(duì)于PNP型三極管，C、E極分別為其內(nèi)部兩個(gè)PN結(jié)的正極，B極為它們共同的負(fù)極，而對(duì)于NPN型三極管而言，則正好相反：C、E極分別為兩個(gè)PN結(jié)的負(fù)極，而B極則為它們共用的正極，根據(jù)PN結(jié)正向電阻小反向電阻大的特性就可以很方便的判斷基極和管子的類型。

判別方法：將萬用表撥在R×100或R×1K檔上。黑筆接觸某一管腳，用紅表筆分別接另外兩個(gè)管腳，這樣就可得到三組（每組兩次）的讀數(shù)，當(dāng)其中一組二次測量都是幾百歐的低阻值時(shí)，則黑表筆所接觸的管腳就是基極，且三極管的管型為NPN型；

如用上述方法測得的一組二次都是幾十至上百千歐的高阻值時(shí)，則黑表筆所接觸的管腳即為基極，且三極管的管型為PNP型。

測量極間電阻

(以PNP為例)將萬用表置于R×100或R×1K擋，紅表筆基極b，用黑表筆分別接觸另外兩個(gè)管腳時(shí)，所測得的兩個(gè)電阻值會(huì)是一個(gè)大一些，一個(gè)小一些。在阻值小的一次測量中，黑表筆所接管腳為集電極；在阻值較大的一次測量中，黑表筆所接管腳為發(fā)射極。

(3)用萬用表判別三極管的管腳及管型。

②集電極和發(fā)射極的判別方法一：(3)用萬用表判別三極管的管腳及管型。

②集電極和發(fā)射極的判別方法二：因?yàn)槿龢O管發(fā)射極和集電極正確連接時(shí)β大（表針擺動(dòng)幅度大），反接時(shí)β就小得多。NPN型管為例，將萬用表撥在R×1K檔上。用手將基極與另一管腳捏在一起（注意不要讓電極直接相碰），為使測量現(xiàn)象明顯，可將手指濕潤一下，相當(dāng)于在b、c之間通過人體接入偏置電阻。將黑表筆接在與基極捏在一起的管腳上，紅表筆接另一管腳，注意觀察萬用表指針向右擺動(dòng)的幅度。然后將兩個(gè)管腳對(duì)調(diào)，重復(fù)上述測量步驟。比較兩次測量中表針向右擺動(dòng)的幅度，找出擺動(dòng)幅度大的一次。（對(duì)PNP型三極管，則將紅表筆接在與基極捏在一起的管腳上，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，找出表針擺動(dòng)幅度大的一次），這時(shí)黑表筆接的是集電極，紅表筆接的是發(fā)射極。

(3)用萬用表判別三極管的管腳及管型。

②集電極和發(fā)射極的判別方法二：這種判別電極方法的原理：利用萬用表內(nèi)部的電池，給三極管的集電極、發(fā)射極加上電壓，使其具有放大能力。有手捏其基極、集電極時(shí)，就等于通過手的電阻給三