第四章 雙極型三極管及放大電路

第四章雙極型三極管及放大電路第一頁，共六十頁，2022年，8月28日4.1半導體三極管4.1.1BJT的結構簡介4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理4.1.3BJT的V－I特性曲線4.1.4BJT的主要參數(shù)4雙極結型三極管及放大電路基礎第二頁，共六十頁，2022年，8月28日(d)4.1.1BJT的結構簡介(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管4雙極結型三極管及放大電路基礎第三頁，共六十頁，2022年，8月28日BJT外形圖4雙極結型三極管及放大電路基礎第四頁，共六十頁，2022年，8月28日

半導體三極管的結構示意圖如圖所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。(a)

NPN型管結構示意圖4雙極結型三極管及放大電路基礎(b)

PNP型管結構示意圖(c)

NPN

管的電路符號(d)

PNP

管的電路符號第五頁，共六十頁，2022年，8月28日集成電路中典型NPN型BJT的截面圖(了解)4雙極結型三極管及放大電路基礎第六頁，共六十頁，2022年，8月28日

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(xiàn)出來的。放大狀態(tài)下BJT的工作原理發(fā)射結正偏4雙極結型三極管及放大電路基礎1.內部載流子的傳輸過程（以NPN為例）

發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子外部條件：集電結反偏NNPecbReVEEReVCC集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子

IeIcIb由于三極管內有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導電，故稱為雙極型三極管或BJT(BipolarJunctionTransistor)。

IC=InC+ICBOIE=IB+IC第七頁，共六十頁，2022年，8月28日2.電流分配關系根據(jù)傳輸過程可知

IC=InC+ICBO通常

IC>>ICBO

為電流放大系數(shù)。它只與管子的結構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。一般

=0.90.99

。IE=IB+IC(放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過程)發(fā)射極注入電流設=α傳輸?shù)郊姌O的電流即EI=αnCICEII?α

則有4雙極結型三極管及放大電路基礎第八頁，共六十頁，2022年，8月28日

是另一個電流放大系數(shù)。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。一般

>>1。根據(jù)IE=IB+ICIC=InC+ICBO且令ICEO=(1+)ICBO（穿透電流）ααβ-=1

又設EnCII=α

BCEOCIII-=

則bCEOCII>>

時，當4雙極結型三極管及放大電路基礎BCII?b第九頁，共六十頁，2022年，8月28日3.三極管的三種組態(tài)共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示。共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示；共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；（BJT的三種組態(tài)）4雙極結型三極管及放大電路基礎（圖b）（圖a）（圖c）第十頁，共六十頁，2022年，8月28日4.放大作用若vI=20mV電壓放大倍數(shù)使iE=-1mA，則iC=iE=-0.98mA，vO=-iC?

RL=0.98V，當=0.98時，4雙極結型三極管及放大電路基礎（共基極放大電路）第十一頁，共六十頁，2022年，8月28日

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，然后到達集電極而實現(xiàn)的。4雙極結型三極管及放大電路基礎實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：

（1）內部條件：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。

（2）外部條件：發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置。第十二頁，共六十頁，2022年，8月28日共射極連接4.1.3BJT的V-I

特性曲線(2)當vCE≥1V時，

vCB=vCE-vBE>0，集電結已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復合減少，同樣的vBE下IB減小，特性曲線右移。(1)當vCE=0V時，相當于發(fā)射結的正向伏安特性曲線。1.輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）

iB=f(vBE)

vCE=const討論4雙極結型三極管及放大電路基礎第十三頁，共六十頁，2022年，8月28日2.輸出特性曲線

iC=f(vCE)

iB

=const討論4雙極結型三極管及放大電路基礎飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內，一般vCE＜0.7V

(硅管)。此時，發(fā)射結正偏、集電結正偏或反偏電壓很小。輸出特性曲線的三個區(qū)域:截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。此時，

vBE小于死區(qū)電壓，或發(fā)射結反偏、集電結反偏。放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結正偏、集電結反偏。共射極連接第十四頁，共六十頁，2022年，8月28日1.電流放大系數(shù)

4.1.4BJT的主要參數(shù)（2）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

4雙極結型三極管及放大電路基礎（1）

共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)b（IC－ICEO）/IB≈IC/IB

vCE=constb==IC/IBvCE=const（與iC的關系曲線）

b第十五頁，共六十頁，2022年，8月28日

（4）

共基極交流電流放大系數(shù)α4雙極結型三極管及放大電路基礎αα=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

α=IC/IEvCB=const

當ICBO和ICEO很小時，≈、≈，可以不加區(qū)分。aab第十六頁，共六十頁，2022年，8月28日

2.極間反向電流（1）

集電極基極間的反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時，集電結的反向飽和電流。

4雙極結型三極管及放大電路基礎（2）集電極發(fā)射極間的反向飽和電流

ICEOICEO=（1+）

bICBO

ICEO與ICBO關系第十七頁，共六十頁，2022年，8月28日（1）

集電極最大允許電流

ICM（2）

集電極最大允許功率損耗

PCM

PCM=ICVCE

3.極限參數(shù)4雙極結型三極管及放大電路基礎第十八頁，共六十頁，2022年，8月28日（3）

反向擊穿電壓

V(BR)CBO

—發(fā)射極開路時的集電結反向擊穿電壓。V(BR)EBO

—集電極開路時發(fā)射結的反 向擊穿電壓。

V(BR)CEO—基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關系：

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO4雙極結型三極管及放大電路基礎第十九頁，共六十頁，2022年，8月28日4.1.5溫度對BJT參數(shù)及特性的影響（1）溫度對ICBO的影響溫度每升高10℃，ICBO約增加一倍。（2）溫度對

的影響溫度每升高1℃，

值約增大0.5%~1%。

（3）溫度對反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響溫度升高時，V(BR)CBO和V(BR)CEO都會有所提高。

1.溫度對BJT參數(shù)的影響4雙極結型三極管及放大電路基礎第二十頁，共六十頁，2022年，8月28日2.溫度對BJT特性曲線的影響（1）對輸入特性的影響T1T2溫度升高時，BJT共射極連接時的輸入特性曲線將向左移，vBE隨溫度變化的規(guī)律與二極管正向導通電壓隨溫度變化的規(guī)律一樣，即溫度每升高10C，vBE減小2mV～2.5mV。（2）對輸出特性的影響溫度升高時，BJT的ICBO、ICEO、

b都將增大，結果導致BJT的輸出特性曲線向上移動，而且各條曲線間距離加大。T2>T1這說明在iB相同的條件下，vBE將減小。4雙極結型三極管及放大電路基礎第二十一頁，共六十頁，2022年，8月28日4.2共射極放大電路的工作原理4.2.1基本共射極放大電路的組成（基本共射極放大電路）

4雙極結型三極管及放大電路基礎第二十二頁，共六十頁，2022年，8月28日基本共射極放大電路的工作原理1.靜態(tài)(直流工作狀態(tài))

輸入信號vi＝0時，放大電路的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)或直流工作狀態(tài)。

（直流通路）

VCEQ=VCC－ICQRc

4雙極結型三極管及放大電路基礎第二十三頁，共六十頁，2022年，8月28日（交流通路）2.動態(tài)

輸入正弦信號vs

后，電路將處在動態(tài)工作情況。此時，BJT各極電流及電壓都將在靜態(tài)值的基礎上隨輸入信號作相應的變化。

4雙極結型三極管及放大電路基礎第二十四頁，共六十頁，2022年，8月28日4.3放大電路的分析方法4.3.1圖解分析法4.3.2小信號模型分析法1.靜態(tài)工作點的圖解分析2.動態(tài)工作情況的圖解分析3.非線性失真的圖解分析4.圖解分析法的適用范圍1.BJT的H參數(shù)及小信號模型2.用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路3.小信號模型分析法的適用范圍4雙極結型三極管及放大電路基礎第二十五頁，共六十頁，2022年，8月28日4.3.1圖解分析法1.靜態(tài)工作點的圖解分析

采用該方法分析靜態(tài)工作點，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。

（共射極放大電路）4雙極結型三極管及放大電路基礎第二十六頁，共六十頁，2022年，8月28日

首先，畫出直流通路列輸入回路方程

4雙極結型三極管及放大電路基礎列輸出回路方程（直流負載線）

cCCCCERiV-=v（直流通路）

1.靜態(tài)工作點的圖解分析第二十七頁，共六十頁，2022年，8月28日在輸入特性曲線上，作出直線

，兩線的交點即是Q點，得到IBQ。bBBBBERiV-=v4雙極結型三極管及放大電路基礎在輸出特性曲線上，作出直流負載線，與IBQ曲線的交點即為Q點，從而得到VCEQ

和ICQ。cCCCCERiV-=vIBQQVBEQQICQVCEQ第二十八頁，共六十頁，2022年，8月28日4雙極結型三極管及放大電路基礎

根據(jù)vs

的波形，在BJT的輸入特性曲線上畫出vBE、iB的波形。2.動態(tài)工作情況的圖解分析第二十九頁，共六十頁，2022年，8月28日2.動態(tài)工作情況的圖解分析

根據(jù)iB的變化范圍，在輸出特性曲線上畫出iC和vCE的波形。4雙極結型三極管及放大電路基礎第三十頁，共六十頁，2022年，8月28日

共射極放大電路中的電壓、電流波形4雙極結型三極管及放大電路基礎第三十一頁，共六十頁，2022年，8月28日4雙極結型三極管及放大電路基礎3.靜態(tài)工作點對波形失真的影響即工作點靠下，會出現(xiàn)截止失真的波形

第三十二頁，共六十頁，2022年，8月28日即工作點靠上，會出現(xiàn)飽和失真的波形

4雙極結型三極管及放大電路基礎故Q點應選在直線的中央（稍靠下）第三十三頁，共六十頁，2022年，8月28日4.圖解分析法的適用范圍幅度較大而工作頻率不太高的情況優(yōu)點：

直觀、形象。有助于建立和理解交、直流共存，靜態(tài)和動態(tài)等重要概念；有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設置靜態(tài)工作點的重要性。能全面地分析放大電路的靜態(tài)、動態(tài)工作情況。缺點：

不能分析工作頻率較高時的電路工作狀態(tài)，也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)性能指標。4雙極結型三極管及放大電路基礎第三十四頁，共六十頁，2022年，8月28日4.3.2小信號模型分析法1.

BJT的H參數(shù)及小信號模型建立小信號模型的意義建立小信號模型的思路

當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三極管小范圍內的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處理。

由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設計。4雙極結型三極管及放大電路基礎第三十五頁，共六十頁，2022年，8月28日H參數(shù)的引出在小信號情況下，對上兩式取全微分得用小信號交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce

對于BJT雙口網(wǎng)絡，已知輸入輸出特性曲線如下：iB=f(vBE)vCE=const可以寫成：iC=f2(iB，vCE)vBE=f1(iB，vCE)iC=f(vCE)iB=const4雙極結型三極管及放大電路基礎（BJT雙口網(wǎng)絡）第三十六頁，共六十頁，2022年，8月28日輸出端交流短路時的輸入電阻；輸出端交流短路時的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)；輸入端交流開路時的反向電壓傳輸比；輸入端交流開路時的輸出電導。其中：四個參數(shù)量綱各不相同，故稱為混合參數(shù)（H參數(shù)）。vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce4雙極結型三極管及放大電路基礎第三十七頁，共六十頁，2022年，8月28日H

參數(shù)小信號模型根據(jù)可得小信號模型（BJT的H參數(shù)模型）vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce（BJT雙口網(wǎng)絡）4雙極結型三極管及放大電路基礎第三十八頁，共六十頁，2022年，8月28日

H參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。

H參數(shù)與工作點有關，在放大區(qū)基本不變。

H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流信號的分析。

受控電流源hfeib，反映了BJT的基極電流對集電極電流的控制作用。電流源的流向由ib的流向決定。

hrevce是一個受控電壓源。反映了BJT輸出回路電壓對輸入回路的影響。4雙極結型三極管及放大電路基礎第三十九頁，共六十頁，2022年，8月28日小信號模型的簡化

hre和hoe都很小，常忽略它們的影響。

BJT在共射連接時，其H參數(shù)的數(shù)量級一般為[]ú?ùê?éW=ú?ùê?é=---S101010~101052433oefereieehhhhh4雙極結型三極管及放大電路基礎第四十頁，共六十頁，2022年，8月28日H參數(shù)的確定

一般用測試儀測出；rbe

與Q點有關，可用圖示儀測出。rbe=rbb’+(1+

)re其中對于低頻小功率管

rbb’≈200

一般也用公式估算

rbe

′（忽略re

）(T=300K)

而er==VT)mV(26)mV(EQI)mA(EQI)mA(則

)mV(26)1(200)mA(EQIber++W?b4雙極結型三極管及放大電路基礎（適用范圍為

0.1mA＜IE＜5mA）第四十一頁，共六十頁，2022年，8月28日2.用H參數(shù)小信號模型分析基本共射極放大電路（1）利用直流通路求Q點

（共射極放大電路）一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V，

已知。4雙極結型三極管及放大電路基礎第四十二頁，共六十頁，2022年，8月28日（2）畫小信號等效電路（H參數(shù)小信號等效電路）4雙極結型三極管及放大電路基礎在交流通路基礎上畫小信號等效電路第四十三頁，共六十頁，2022年，8月28日（3）求放大電路動態(tài)指標根據(jù)則電壓增益為（可作為公式）①

電壓增益（H參數(shù)小信號等效電路）vi=ib(Rb+rbe)ic=βibvo=-ic(Rc//RL)4雙極結型三極管及放大電路基礎第四十四頁，共六十頁，2022年，8月28日②輸入電阻③輸出電阻Ro=Rc

所以=Rb+rbe

Riib(Rb+rbe)=ib令vi=0

vi

ii=vi

ib=ib=0

4雙極結型三極管及放大電路基礎Ri第四十五頁，共六十頁，2022年，8月28日3.小信號模型分析法的適用范圍

放大電路的輸入信號幅度較小，BJT工作在其V－T特性曲線的線性范圍（即放大區(qū)）內。H參數(shù)的值是在靜態(tài)工作點上求得的。所以，放大電路的動態(tài)性能與靜態(tài)工作點參數(shù)值的大小及穩(wěn)定性密切相關。優(yōu)點：

分析放大電路的動態(tài)性能指標（Av、Ri和Ro等）非常方便，且適用于頻率較高時的分析。缺點：

在BJT與放大電路的小信號等效電路中，電壓、電流等電量及BJT的H參數(shù)均是針對變化量（交流量）而言的，不能用來分析計算靜態(tài)工作點。4雙極結型三極管及放大電路基礎第四十六頁，共六十頁，2022年，8月28日（共射極放大電路）（1）放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（2）當Rb=100k時，放大電路的Q點。此時BJT

工作在哪個區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）解：（1）靜態(tài)工作點為Q（40A，3.2mA，5.6V），例題

放大電路如圖所示。已知BJT的

?=80，

Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：VCEQ=VCC-Rc·ICQ=12V-2KΩ×3.2mA=5.6VICQ=β·IBQ=80×40μA=3.2mA4雙極結型三極管及放大電路基礎BJT工作在放大區(qū)。第四十七頁，共六十頁，2022年，8月28日（2）當

Rb=100k時，其最小值也只能為

0，所以BJT工作在飽和區(qū)。VCE不可能為負值，此時，Q（120uA，6mA，0V），（共射極放大電路）由于β·IBQ>ICM

，VCEQ=VCC-Rc·ICQ=12V-2KΩ×9.6mA=-2.7V即

IC的最大電流為：4雙極結型三極管及放大電路基礎第四十八頁，共六十頁，2022年，8月28日4.4放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題4.4.1溫度對靜態(tài)工作點的影響4.4.2射極偏置電路1.基極分壓式射極偏置電路2.含有雙電源的射極偏置電路3.含有恒流源的射極偏置電路4雙極結型三極管及放大電路基礎第四十九頁，共六十頁，2022年，8月28日4.4.1溫度對靜態(tài)工作點的影響

節(jié)討論過，溫度上升時，BJT的反向電流ICBO、ICEO及電流放大系數(shù)或都會增大，而發(fā)射結正向壓降VBE會減小。這些參數(shù)隨溫度的變化，都會使放大電路中的集電極靜態(tài)電流ICQ隨溫度升高而增加（ICQ=

IBQ+ICEO），從而使Q點隨溫度變化。

要想使ICQ基本穩(wěn)定不變，就要求在溫度升高時，電路能自動地適當減小基極電流IBQ。4雙極結型三極管及放大電路基礎第五十頁，共六十頁，2022年，8月28日4.4.2射極偏置電路（1）穩(wěn)定工作點原理

目標：溫度變化時，使IC維持恒定。

如果溫度變化時，b點電位能基本不變，則可實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。T

穩(wěn)定原理：

IC

IE

VE、VB不變

VBE

IBIC（反饋控制）1.基極分壓式射極偏置電路(a)原理電路(b)直流