模擬電路基礎(chǔ) 晶體三極管

1、1-4 1-4 晶體三極管晶體三極管（Bipolar Junction Transistors,BJT）簡介：1. 三極管的歷史2. 電路符號、結(jié)構(gòu)剖面圖、結(jié)構(gòu)原理圖 NPNE(emitter)C(collector)B(base)PNPBCE小功率型小功率型 中功率型中功率型 大功率型大功率型集電區(qū)集電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)NN+集電極集電極C基極基極B發(fā)射極發(fā)射極EPECB符號符號結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ： 1.1.發(fā)射區(qū)重?fù)诫s發(fā)射區(qū)重?fù)诫s2.2.基區(qū)做的很薄基區(qū)做的很薄3.3.集電區(qū)收集面積大集電區(qū)收集面積大集電區(qū)集電區(qū)EBC發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)基區(qū)平面型晶平面型晶體管的結(jié)

2、體管的結(jié)構(gòu)示意圖構(gòu)示意圖集電區(qū)集電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)CBEN集電極集電極C發(fā)射極發(fā)射極E基極基極BNPP+NEBCN區(qū)(重)N區(qū)（輕）P 區(qū)（中）1-4-1 1-4-1 晶體三極管的工作原理晶體三極管的工作原理IEICIBIEP工作在工作在放大區(qū)放大區(qū)的晶體三極管：的晶體三極管：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏VBBVCCIENICBOIBNICN+uo-RLui電流關(guān)系ICBO is the Collector to Base current when the emitter are left Open.CBECBOCNCCBOEPBNBEPENEII

3、IIIIIIIIIII1-4-1 1-4-1 晶體三極管的工作原理晶體三極管的工作原理共基極放大電路的電流分配關(guān)系什么是共*極？即以*為輸入輸出的參考點(diǎn)。發(fā)射結(jié)回路為輸入回路，集電結(jié)回路為輸出回路。發(fā)射結(jié)回路為輸入回路，集電結(jié)回路為輸出回路?；鶚O是兩個回路的公共端，稱這種接法為基極是兩個回路的公共端，稱這種接法為共基極共基極接法。接法。 CIEIReRcVEEVCC共基極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù)ECECBOCECNIIIIIII1-4-1 1-4-1 晶體三極管的工作原理晶體三極管的工作原理CIEIReRcVEEVCCBICIuo晶體管的晶體管的共射極共射極接法接法EBCVBBV

4、CCRCRBICIEIBVCCVBB定義定義CBII(1)CCNCBOECBOIIIIICEOBBCE)1(IIIII BICIVCCVBB各電極電流之間的關(guān)系各電極電流之間的關(guān)系1(2)ECBIII()CBCCBOIIII(1)CBCBOIII111CBCBOIII(1)CBCBOIIICEOBCIII ICEO稱為穿透電流稱為穿透電流 1 1或或的關(guān)系的關(guān)系0.95 0.99520020 一般情況一般情況與EBCVBBVCCRCRBICIEIB當(dāng)輸入回路電壓當(dāng)輸入回路電壓U UBEBE變化變化U BE =UBE+ +UBE那么那么I B =IB+ +IBI C =IC+ +ICI E =I

5、E+ +IE定義定義ECII BCII 為共為共基基極交流電流放大系數(shù)極交流電流放大系數(shù) 為共為共射射極交流電流放大系數(shù)極交流電流放大系數(shù) TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE放大原理放大原理uBE = ube + UBEiB = ib + IBiC = ic + ICuCE = uce + UCEuce = icRC其中其中UCE = VCC ICRC1-4-2 1-4-2 晶體三極管的伏安特性曲線晶體三極管的伏安特性曲線ICmA AVVVCEVBEIBECEB測試共射測試共射BJT特性曲線的電路：特性曲線的電路：共射輸入特性曲線族共射輸入特性曲線族1-4-2 1-

6、4-2 晶體三極管的伏安特性曲線晶體三極管的伏安特性曲線輸入特性輸入特性: :UCE 1VIB( A)VBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE =0.5V死區(qū)電壓，死區(qū)電壓，硅管硅管0.5V0.5V，鍺管鍺管0.2V0.2V。IC(mA )1234VCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A IB=0, IC=ICEO,稱為截止區(qū)。稱為截止區(qū)。1. 截止區(qū)截止區(qū)集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏二、共射輸出特性曲線三極管輸出特性上的三個工作區(qū)三極管輸出特性上的三個工作區(qū) IC / mAUCE /V0IB= 0 A20A40 A截止區(qū)截止區(qū)飽和

7、區(qū)飽和區(qū)60 A80 AUB=UC2. 飽和區(qū)飽和區(qū)集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏I(xiàn)C(mA )1234VCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿足此區(qū)域滿足IC IB稱為線稱為線性區(qū)（放大性區(qū)（放大區(qū)）。區(qū)）。3. 放大區(qū)放大區(qū)當(dāng)當(dāng)VCE大于一定大于一定的數(shù)值時，的數(shù)值時，IC主主要與要與IB有關(guān)，有關(guān)，IC IB。發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏晶體管的某一電極開路時，另外兩個電極間所允許加的最晶體管的某一電極開路時，另外兩個電極間所允許加的最高反向電壓即為反向擊穿電壓。高反向電壓即為反向擊穿電壓。UCBO是發(fā)射極開路時集電極是發(fā)射極

8、開路時集電極-基極間的反向擊穿電壓，是基極間的反向擊穿電壓，是集電結(jié)所允許加的最高反向電壓。一般為幾十到上千伏。集電結(jié)所允許加的最高反向電壓。一般為幾十到上千伏。UCEO是基極開路時集電極是基極開路時集電極-射極間的反向擊穿電壓，此射極間的反向擊穿電壓，此時集電結(jié)承受的反向電壓。一般為幾十到上千伏。時集電結(jié)承受的反向電壓。一般為幾十到上千伏。UEBO是集電極開路時發(fā)射極是集電極開路時發(fā)射極-基極間的反向擊穿電壓，基極間的反向擊穿電壓，是發(fā)射結(jié)所允許加的最高反向電壓。一般為一伏以下到是發(fā)射結(jié)所允許加的最高反向電壓。一般為一伏以下到幾伏。幾伏。共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（

9、ICICEO）/IBIC / IB vCE=const共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) = IC/ IB vCE=const60A0 20A1.52.3在輸出特性上求在輸出特性上求 , =IC IB =2.31.5(mA)60 40(A)= 40設(shè)設(shè)UCE=6V, IB由由40A加為加為60A 。IC / mAUCE /VIB =40A6 = IC IB =1.5mA40A= 37.5共基極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE 共基極交流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù) = IC/ IE VCB=const當(dāng)當(dāng)ICBO和和ICEO很小時，

10、很小時， 、 ，可以不加區(qū)分。，可以不加區(qū)分。基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)（基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)（厄爾利厄爾利效應(yīng)）：效應(yīng)）： vCE變化引起集電結(jié)反偏電壓變變化引起集電結(jié)反偏電壓變化，導(dǎo)致集電結(jié)寬度變化，引起基化，導(dǎo)致集電結(jié)寬度變化，引起基區(qū)有效寬度變化，導(dǎo)致基區(qū)的復(fù)合區(qū)有效寬度變化，導(dǎo)致基區(qū)的復(fù)合電流變化，引起集電極電流變化。電流變化，引起集電極電流變化?？紤]基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)后的集電極電流方程：考慮基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)后的集電極電流方程：)1 (expACETBESCVvVvIi式中：式中：VA 表示表示厄爾利電壓厄爾利電壓，典型值為：，典型值為：100V式中：式中：VA 表示表示厄爾利電壓厄爾利電壓，典型值

11、為：，典型值為：100V一、一、 極限參數(shù)極限參數(shù)1. 集電極最大允許電流集電極最大允許電流 ICM2. 集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗 PCM集電結(jié)允許的集電結(jié)允許的最大耗散功率最大耗散功率3. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 V(BR)V(BR)EBO: 集電極開路，發(fā)射結(jié)反偏時較低電壓可擊穿；集電極開路，發(fā)射結(jié)反偏時較低電壓可擊穿；V(BR)CEO: 基極開路，集電極發(fā)射極反向擊穿電壓。一基極開路，集電極發(fā)射極反向擊穿電壓。一般為幾十伏。般為幾十伏。1-4-3 1-4-3 三極管的參數(shù)三極管的參數(shù)mm32CiCMI 集電極電流集電極電流IC 流過三極管，流過三極管， 所發(fā)出的焦耳所發(fā)出的

12、焦耳 熱為：熱為：PC =ICVCE 必定導(dǎo)致結(jié)溫必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICVCEICVCE=PCMICMV(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)11極間反向電流極間反向電流CBOCEOII)1 (式中：式中：ICEO 表示基極開路，集電極發(fā)射極反向飽和電流；表示基極開路，集電極發(fā)射極反向飽和電流； ICBO 表示發(fā)射極開路，集電極基極反向飽和電流。表示發(fā)射極開路，集電極基極反向飽和電流。1-4-3 1-4-3 三極管的參數(shù)三極管的參數(shù)一、溫度對一、溫度對I ICBOCBO影響影響 對于硅管和鍺管，可近似認(rèn)為：每溫對于硅管和鍺管，可近似認(rèn)為：每溫升升1010o oC C， I ICBOCBO增大一倍增大一倍 10)(12122)()(TTCBOCBOTITI1-4-4 1-4-4 三極管的溫度特性三極管的溫度特性二、溫度對發(fā)射結(jié)正向偏壓二、溫度對發(fā)射結(jié)正向偏壓 的影響的影響 正偏發(fā)射結(jié)，若保持正向電流正偏發(fā)射結(jié)，若保持正向電流 不變，則正不變，則正偏電壓應(yīng)減小偏電壓應(yīng)減小2-2.5mv三、溫度對三、溫度對 的影響的影響 即每溫升即每溫升1oC，晶體管的，晶體管的 值增加自身的值增加自身的EiBEuCdTdo/)%15.0()%15 . 0(1-4-4 1-4-4 三極管的溫度特性三極管的溫度特性例