1、第第3 3章章 三极管放大电路基础三极管放大电路基础二极管二极管:D Diodeiode（晶体二极管晶体二极管、半导体二极管半导体二极管）主要特性是单向导通性；主要特性是单向导通性；二端器件，它不能对信号进行放大。二端器件，它不能对信号进行放大。三极管：三极管：Bipolar Junction Transistors(BJT)（晶体三极管晶体三极管、半导体三极管半导体三极管）三端器件，应用时易于控制；三端器件，应用时易于控制；用来实现受控源，它是放大器设计的基础。用来实现受控源，它是放大器设计的基础。第1页，共91页。第第3 3章章 三极管放大电路基础三极管放大电路基础 三极管是由三极管是由两
2、个两个靠得很近且背对背排列的靠得很近且背对背排列的PN结构结构成，它是由成，它是由自由电子自由电子与与空穴空穴作为载流子共同参与导电的，作为载流子共同参与导电的，因此三极管也称为因此三极管也称为双极型晶体管双极型晶体管(B Bipolar ipolar J Junction unction T Transistorsransistors)，简称，简称BJT。第2页，共91页。第第3 3章章 三极管放大电路基础三极管放大电路基础3.1 3.1 三极管的物理结构与工作模式三极管的物理结构与工作模式 3.2 3.2 三极管放大模式的工作原理三极管放大模式的工作原理 3.3 3.3 三极管的实际结构与
3、等效电路模型三极管的实际结构与等效电路模型 3.4 3.4 三极管的饱和与截止模式三极管的饱和与截止模式 3.5 3.5 三极管特性的图形表示三极管特性的图形表示3.6 3.6 三极管电路的直流分析三极管电路的直流分析3.7 3.7 三极管放大器三极管放大器3.8 3.8 三极管的交流小信号等效模型三极管的交流小信号等效模型3.9 3.9 放大器电路的图解分析放大器电路的图解分析 3.103.10三极管放大器的直流偏置三极管放大器的直流偏置 3.113.11三极管放大器电路三极管放大器电路 第3页，共91页。3.1.1 3.1.1 物理结构与电路符号物理结构与电路符号3.1 3.1 三极管的物
4、理结构与工作模式三极管的物理结构与工作模式根据根据PN结的排列方式不同，三极管有结的排列方式不同，三极管有NPN型型和和PNP型型两种。两种。qNPN型型三极管的物理结构和电路符号如图三极管的物理结构和电路符号如图3-1-13-1-1所示。所示。发射极（发射极（E E）集电极（集电极（C C）基极（基极（B B）发射结（发射结（EBJEBJ）集电结（集电结（CBJCBJ）金属接触金属接触 C B E(a)(b)基区基区 P P 型型 发射区发射区 N N+型型 集电区集电区 N N 型型 图图3-1-1 NPN3-1-1 NPN型型(a)(a)物理结构物理结构(b)(b)电路符号电路符号第4页
5、，共91页。3.1.1 3.1.1 物理结构与电路符号物理结构与电路符号3.1 3.1 三极管的物理结构与工作模式三极管的物理结构与工作模式qPNP型型三极管的物理结构和电路符号如图三极管的物理结构和电路符号如图3-1-23-1-2所示。所示。发射极（发射极（E E）集电极（集电极（C C）基极（基极（B B）发射结（发射结（EBJEBJ）集电结（集电结（CBJCBJ）金属接触金属接触 C B E(a)(b)基区基区 N N 型型 发射区发射区 P P+型型 集电区集电区 P P 型型 图图3-1-2 PNP3-1-2 PNP型型(a)(a)物理结构物理结构(b)(b)电路符号电路符号q结构特
6、点结构特点：基区的宽度很薄基区的宽度很薄(m(m级级)，发射区的掺杂浓度远大于基区，集，发射区的掺杂浓度远大于基区，集电结的面积大于发射结面积电结的面积大于发射结面积。第5页，共91页。3.1.2 3.1.2 三极管的工作模式三极管的工作模式3.1 3.1 三极管的物理结构与工作模式三极管的物理结构与工作模式 依据晶体管的发射结依据晶体管的发射结(EBJ)(EBJ)和集电结和集电结(CBJ)(CBJ)的的偏置偏置情况，晶体管的情况，晶体管的工作模式如表工作模式如表3-1-13-1-1所示：所示：表表3-1-1：晶体管的工作模式晶体管的工作模式工作模式工作模式发射结（发射结（EBJ）集电结（集电
7、结（CBJ）放大模式放大模式正偏正偏反偏反偏截止模式截止模式反偏反偏反偏反偏饱和模式饱和模式正偏正偏正偏正偏第6页，共91页。33.2.1 三极管内部载流子的传递三极管内部载流子的传递(以以NPNNPN为例为例)VBE VCB IB IC IE E B C N+N P IEN IB1 IB2 复复合合电电子子 IEP ICN1 ICN2 ICP ICBO 漂漂移移电电子子 漂漂移移空空穴穴 收收集集电电子子 扩扩散散电电子子 注注入入电电子子 注注入入空空穴穴 发发射射结结 集集电电结结 偏置电压偏置电压V VBEBE保证发射结正向偏置，偏置电压保证发射结正向偏置，偏置电压V VCBCB保证集
8、电结反向偏置，保证集电结反向偏置，放大放大模式时模式时晶体管内部的载流子运动如图晶体管内部的载流子运动如图3-2-1所示。所示。图图3-2-1第7页，共91页。3 VBE VCB IB IC IE E B C N+N P IEN IB1 IB2 复复合合电电子子 IEP ICN1 ICN2 ICP ICBO 漂漂移移电电子子 漂漂移移空空穴穴 收收集集电电子子 扩扩散散电电子子 注注入入电电子子 注注入入空空穴穴 发发射射结结 集集电电结结 q在发射结在发射结(正偏正偏)：由两边的多子通过发射结由两边的多子通过发射结扩散运动扩散运动而形成的电流。包括：而形成的电流。包括：发射区中的多子发射区中
9、的多子(自由电子自由电子)通过发射结注入到基区而形成的电子电流通过发射结注入到基区而形成的电子电流 IEN 基区的多子基区的多子(空穴空穴)通过发射结注入到发射区而形成的空穴电流通过发射结注入到发射区而形成的空穴电流 IEP(IB1)图图3-2-1注意：注意：注入到基区的自由电注入到基区的自由电子边扩散边复合，同时向集子边扩散边复合，同时向集电结边界行进。因基区很薄，电结边界行进。因基区很薄，绝大部分电子都到达了集电绝大部分电子都到达了集电结边界，仅有很小部分被基结边界，仅有很小部分被基区中的空穴复合掉（形成电区中的空穴复合掉（形成电流流 IB2）。第8页，共91页。3在集电结在集电结(反偏反
10、偏):):两边的少子通过集电结漂移而形成的。包括：两边的少子通过集电结漂移而形成的。包括：集电区中少子集电区中少子(空穴空穴)漂移而形成的漂移电流漂移而形成的漂移电流 ICP基区中少子基区中少子(自由电子自由电子)漂移而形成的漂移电流漂移而形成的漂移电流 ICN2发射区注入的大量自由电子经集电结被集电区收集而形发射区注入的大量自由电子经集电结被集电区收集而形成的电流成的电流 ICN1 VBE VCB IB IC IE E B C N+N P IEN IB1 IB2 复合电子复合电子 IEP ICN1 ICN2 ICP ICBO 漂移电子漂移电子 漂移空穴漂移空穴 收集电子收集电子 扩散电子扩散
11、电子 注入电子注入电子 注入空穴注入空穴 发射结发射结 集电结集电结 图图3-2-1第9页，共91页。3 VBE VCB IB IC IE E B C N+N P IEN IB1 IB2 复复合合电电子子 IEP ICN1 ICN2 ICP ICBO 漂漂移移电电子子 漂漂移移空空穴穴 收收集集电电子子 扩扩散散电电子子 注注入入电电子子 注注入入空空穴穴 发发射射结结 集集电电结结 说明：说明：q发射区为发射区为高掺杂浓度高掺杂浓度、基区为、基区为低掺杂的浓度低掺杂的浓度，因此有，因此有 IENIEPq集电区中因集电区中因ICN2、ICP 由少数载流子形成的，因此有由少数载流子形成的，因此有
12、 ICN1ICN2、ICP 图图3-2-1q正向受控的电流：正向受控的电流：发射区中的自由电子通过发射结注入、基区扩散发射区中的自由电子通过发射结注入、基区扩散(复合复合)和集电区收和集电区收集三个环节将发射区的注入电子转化为集电结电流，成为正向受控的电流，且其大小仅集三个环节将发射区的注入电子转化为集电结电流，成为正向受控的电流，且其大小仅受发射结的正向偏置电压受发射结的正向偏置电压VBE 控制，而几乎与集电结反向偏置电压控制，而几乎与集电结反向偏置电压VCB无关。无关。第10页，共91页。3q寄生电流寄生电流：其它载流子运动产生的电流其它载流子运动产生的电流对正向受控作用对正向受控作用都是
13、无用的，称为都是无用的，称为寄生电流。寄生电流。一般情况下，由少子形成的电流一般情况下，由少子形成的电流 ICP、ICN2（表示为（表示为ICBO）可忽略不）可忽略不计。但随着计。但随着温度升高温度升高，本征激发的增强，基区和集电区的少子剧增，则该，本征激发的增强，基区和集电区的少子剧增，则该电流显著增大。电流显著增大。VBE VCB IB IC IE E B C N+N P IEN IB1 IB2 复合电子复合电子 IEP ICN1 ICN2 ICP ICBO 漂移电子漂移电子 漂移空穴漂移空穴 收集电子收集电子 扩散电子扩散电子 注入电子注入电子 注入空穴注入空穴 发射结发射结 集电结集电
14、结 图图3-2-1第11页，共91页。33.2.2 三极管的各极电流三极管的各极电流 IC C N B2 ICN1 ICN2 ICP ICBO 收收集集电电子子 q集电极电流集电极电流 CI CBOCNCPCNCNCIIIIII 121CPCNCBOIII 2其中：其中：为为反向饱和电流反向饱和电流，常温下很小，可忽略不计。常温下很小，可忽略不计。但与温度密切相关，温度每升高但与温度密切相关，温度每升高1010度，度，约增大一倍。约增大一倍。因此，集电极的电流主要是因此，集电极的电流主要是 ，它主要受发射结正向偏置电压，它主要受发射结正向偏置电压VBE 影响。集电极的电影响。集电极的电流可表示
15、为：流可表示为：CBOI1CNITBEVVSCeII 其中其中I IS S 为饱和电流，与基区的宽度成反比，与发射结的面积成正比，也称为比例为饱和电流，与基区的宽度成反比，与发射结的面积成正比，也称为比例(刻度刻度)电流。典型范围为：电流。典型范围为：1010-12-121010-18-18A A。它也与温度有关，温度每升高它也与温度有关，温度每升高5 5度，约增大一倍。度，约增大一倍。第12页，共91页。33.2.2 三极管的各极电流三极管的各极电流 IB N P IB1 IB2 复复合合电电子子 ICN1 ICN2 ICP ICBO 漂漂移移电电子子漂漂移移空空穴穴 收收集集电电子子 扩扩
16、散散电电子子 注注入入电电子子 注注入入空空穴穴 集集电电结结 q基极电流基极电流 BI2121BBCBOBBBIIIIII 其中其中称为称为共发射极的电流放大系数共发射极的电流放大系数，反映了基极电流对集电极电流的控制能力。，反映了基极电流对集电极电流的控制能力。对于给定的晶体管，其对于给定的晶体管，其值为常数，一般在值为常数，一般在5050到到200200之间，但会受温度影之间，但会受温度影响。响。TBEVVSCBeIII 其中：其中：IB1是由基区注入到发射区的空穴产生的电流，是由基区注入到发射区的空穴产生的电流，IB2是基区中的空穴与发射区注入的自由电子复合引起的电流。是基区中的空穴与
17、发射区注入的自由电子复合引起的电流。两者均与两者均与 成比例关系。基极电流也与集电极电流成比例关系，它可表示成比例关系。基极电流也与集电极电流成比例关系，它可表示为：为：TBEVVe第13页，共91页。33.2.2 三极管的各极电流三极管的各极电流 q发射极电流发射极电流 EIEPENEIII CCCBEIIIII 11 其中其中为为共基极电流放大倍数共基极电流放大倍数，它反映了发射极电流，它反映了发射极电流 转化为集电极电流转化为集电极电流 的能力。其值一般的能力。其值一般小于约等于小于约等于1 1 。与与 的关系满足：的关系满足：或者或者注意：注意：PNP型晶体管的工作原理与型晶体管的工作
18、原理与NPN型晶体管对应，外部各极电流的大小与型晶体管对应，外部各极电流的大小与NPN型型一样，但其实际电流的一样，但其实际电流的流向流向则与则与NPNNPN型晶体管型晶体管相反相反。VBE VCB IB IC IE E B C N+N P IEN IB1 IB2 IEP ICN1 ICN2 ICP ICBO 收收集集电电子子 扩扩散散电电子子 注注入入电电子子 注注入入空空穴穴 1 1EICI 内部看内部看外部看外部看第14页，共91页。例例3 3.1 1 对于一个对于一个NPN型晶体管，当型晶体管，当 时，时，。求当。求当 和和 时，对应的时，对应的VBE分别为多少？分别为多少？解：解：m
19、AIC1 VVBE7.0 mAIC1.0 mAIC10 SCTBESCTBEVVSCIIVVIIVVeIITBE11ln,lnBECCTBECCTBEBEVIIVVIIVVV 1111lnlnmAIC1.01 VIIVVVCCTBEBE64.006.07.011.0ln267.0ln11 mAIC102 VIIVVVCCTBEBE76.006.07.0110ln267.0ln22 当当 时：时：则则当当 时：时：则则第15页，共91页。例例3.23.2 对某电路中对某电路中NPNNPN三极管测量三极管测量,其基极电流为其基极电流为14.46A14.46A，发射极电流为，发射极电流为1.46mA
20、1.46mA，发射结电压为，发射结电压为0.7V0.7V。求该条件下的。求该条件下的 、和和 解：解：mAAmAIIIBEC446.146.1446.1 1.46EImATBEVVSCeII 因为因为 则有则有所以所以因为因为有则有则 SIAIB 46.14 10046.14446.1 AmAIIBC 99.010011001 AeeIImVVVCSTBE15267.031094.210446.1 VVBE7.0 第16页，共91页。33.3.1 三极管的实际结构三极管的实际结构(以以NPNNPN为例为例)NPN型晶体管的横截面如图型晶体管的横截面如图3-3-1所示。所示。结构特点：结构特点：
21、集电区是包围着发射区的，所以集集电区是包围着发射区的，所以集电结比发射结有更大的结面积，这样使电结比发射结有更大的结面积，这样使得被注入到薄基区的自由电子很难逃脱得被注入到薄基区的自由电子很难逃脱被收集的命运。因此，被收集的命运。因此，就非常接近于就非常接近于1，非常大。非常大。图图3-3-1 BCENNP第17页，共91页。33.3.2 三极管的等效电路模型三极管的等效电路模型 在正偏电压在正偏电压VBE及反偏电压及反偏电压VCB作用下，集作用下，集电极电流为：电极电流为：并且与集电结反偏电压并且与集电结反偏电压VCB大小无关，大小无关，相当于一个受相当于一个受VBE控制的控制的压控电流源压
22、控电流源。等效电路模型如图等效电路模型如图3-3-23-3-2所示所示。该模型实际上是一个该模型实际上是一个非线性的电压控制非线性的电压控制电流源电流源。图图3-3-2 EBCBIEICITBEVVSeIBEVEDSSEIITBEVVSCeII 第18页，共91页。33.4.1 三极管的饱和模式三极管的饱和模式 饱和模式饱和模式：发射结与集电结电压均为发射结与集电结电压均为正偏正偏。内部多数载流子（自由电子）的传递如图内部多数载流子（自由电子）的传递如图3-4-1所示。所示。图图3-4-1载流子运动：载流子运动：v在发射结在发射结VBE正偏作用下：多子正正偏作用下：多子正向传递，将发射结的向传
23、递，将发射结的IEN1传递到集传递到集电结的电结的ICN1。v在集电结在集电结VBC正偏作用下：多子逆正偏作用下：多子逆向传递，将集电结的向传递，将集电结的ICN2传递到发传递到发射结的射结的IEN2。VBE VBC IB IC IE E B C N+N P IEN1 IEN2 ICN1 ICN2 注注入入空空穴穴 发发射射结结 集集电电结结 第19页，共91页。33.4.1 三极管的饱和模式三极管的饱和模式图图3-4-1发射极与集电极电流发射极与集电极电流：VBE VBC IB IC IE E B C N+N P IEN1 IEN2 ICN1 ICN2 注注 入入 空空 穴穴 发发 射射 结
24、结 集集 电电 结结 2121CNCNCENENEIIIIIIv各电流同时受各电流同时受VBE、VBC正偏作用控制，正偏作用控制，不具有不具有正向受控正向受控作用作用；v随随VBC的增大，的增大，ICN2增大，使得增大，使得IE、IC迅速减小；迅速减小；v基区复合增加，基区复合增加，基极电流基极电流I IB B比放大模式时增大；比放大模式时增大；各电流各电流不再满足放大模式下的各电流关系不再满足放大模式下的各电流关系：BCII 第20页，共91页。33.4.1 三极管的饱和模式三极管的饱和模式 图图3-4-2饱和模式等效电路模型饱和模式等效电路模型：如图：如图3-4-23-4-2在饱和模式下，
25、两个结均为正偏，近似用两个在饱和模式下，两个结均为正偏，近似用两个饱和导通电压饱和导通电压：表示表示。工程上取值工程上取值(硅晶体管硅晶体管)：则有：则有：satBCsatBEVV、satBEVsatCEVECB VVVVsatBCsatBE4.07.0 VVVVVVsatBCsatBEsatEBsatCBsatCE3.04.07.0 大小与掺杂浓度有关大小与掺杂浓度有关 第21页，共91页。33.4.2 三极管的截止模式三极管的截止模式 图图3-4-3截止模式等效电路模型截止模式等效电路模型：如图：如图3-4-33-4-3若忽略反向饱和电流，则各极电流均为零，可若忽略反向饱和电流，则各极电流
26、均为零，可用开路表示用开路表示 。0BIECB0 EI0 CI截止模式截止模式：发射结与集电结电压均为反偏。发射结与集电结电压均为反偏。第22页，共91页。3图图3-5-1伏安特性曲线伏安特性曲线：用曲线来描述晶体三极管各端的电流与电压关系。以用曲线来描述晶体三极管各端的电流与电压关系。以共发射共发射极极为例为例(如图如图3-5-1)3-5-1)输入特性曲线输入特性曲线：是以输出电压为参变量，描述输入端口的输入电流与输入电：是以输出电压为参变量，描述输入端口的输入电流与输入电压之间的关系曲线。即：压之间的关系曲线。即：vBE vCE iB iC 常数常数 CEvBEBvfi1输出特性曲线输出特
27、性曲线：以输入电流：以输入电流(有时也用输入电压有时也用输入电压)为参变量，描述输出端口的为参变量，描述输出端口的输出电流与输出电压之间的关系曲线。即：输出电流与输出电压之间的关系曲线。即：常数常数 BiCECvfi2第23页，共91页。3图图3-5-2 当参变量当参变量VCE增大时，曲线向右移动，或者当增大时，曲线向右移动，或者当vBE一定时，一定时，iB随随VCE的增的增大而减小。大而减小。3.5.13.5.1输入特性曲线输入特性曲线 当当VCE为常数时，输入特性曲为常数时，输入特性曲线是描述输入端口电流线是描述输入端口电流iB随端口随端口电压电压vBE变化的曲线。改变参变量变化的曲线。改
28、变参变量VCE的值，得到一组曲线的值，得到一组曲线,如图如图3-3-5-25-2所示。所示。vBE/V iB 0 0.5 vCE=0V 0.7 0.3V 10V 第24页，共91页。33.5.13.5.1输入特性曲线输入特性曲线q VCE在在0 00.3V0.3V内变化时，集电结正偏，内变化时，集电结正偏，BJTBJT工作在工作在饱和饱和模式。在模式。在vBE一一定时，随定时，随VCE减小，饱和程度加深，导致减小，饱和程度加深，导致iB迅速增大，即曲线迅速增大，即曲线向左移动向左移动较大较大。q VCE大于大于0.3V0.3V时，集电结反偏，时，集电结反偏，BJTBJT工作在工作在放大放大模式
29、。模式。iB几乎不随几乎不随VCE而而变化。实际上，变化。实际上，iB随随VCE增大而略有减小，即曲线向右略有移动。增大而略有减小，即曲线向右略有移动。vBE/V iB 0 0.5 vCE=0V 0.7 0.3V 10V 图图3-5-2第25页，共91页。3图图3-5-3它分为四个区域：它分为四个区域：v放大区放大区v截止区截止区v饱和区饱和区v击穿区击穿区3.5.2 3.5.2 输出特性曲线输出特性曲线 vCE iC 0 VCE(sat)V(BR)CEO AiB10AiB20AiB30AiB40AiB50AiB0放大区 截止区 Ci饱和区 当当iB为常数时，输出特性曲线是描述输出端口电流为常
30、数时，输出特性曲线是描述输出端口电流iC随端口电压随端口电压vCE变化的变化的曲线。改变参变量曲线。改变参变量iB的值，得到一组曲线的值，得到一组曲线,如图如图3-5-33-5-3所示。所示。第26页，共91页。3.5.2 3.5.2 输出特性曲线输出特性曲线理想情况：理想情况：放大区内放大区内iC的不随的不随vCE变化而变化的变化而变化的。实际器件：实际器件：外加电压外加电压vCE的变化导致基区的宽度发生变化，该效应称为基区的的变化导致基区的宽度发生变化，该效应称为基区的宽度调制效应宽度调制效应。当当vCE的增大时，基区中复合减少，的增大时，基区中复合减少，和和 略有增大，曲线略有上翘。略有
31、增大，曲线略有上翘。q放大区放大区 vCE iC 0 VCE(sat)V(BR)CEO AiB10AiB20AiB30AiB40AiB50AiB0放大区 截止区 Ci饱和区 区域区域：且且 特点特点：满足：满足 satCECEVv AiB 0 BCii 当当iB等量增加时，输出特性曲线也将等间隔地平行上移。等量增加时，输出特性曲线也将等间隔地平行上移。第27页，共91页。3q放大区放大区VVA10050 参变量由参变量由iB变为变为vBE，并反向延长相交于公共点，并反向延长相交于公共点A A上，如图上，如图3-5-43-5-4所示。对应所示。对应的电压表示为的电压表示为(VA)，称为，称为厄尔
32、利电压厄尔利电压。一般情况：一般情况：vCE iC 0 A vBE6vBE5 vBE1 VA 1BEv6BEv5BEv4BEv3BEv2BEv图图3-5-4第28页，共91页。TBEVvSCeIi ACEVv1常数常数 BEvCECovig集电极电流公式修正为：集电极电流公式修正为：输出电导为：输出电导为：输出电阻为：输出电阻为：其中其中 为静态工作电流。为静态工作电流。TBEQBEQBETBEVVSVvVvSCQeIeII CQAooIVgr 1q放大区放大区 vCE iC 0 A vBE6vBE5 vBE1 VA 1BEv6BEv5BEv4BEv3BEv2BEv图图3-5-4第29页，共9
33、1页。3 当当 时，晶体管的两个结均为正偏，晶体管工作在饱和时，晶体管的两个结均为正偏，晶体管工作在饱和模式。模式。随着随着 的减小而迅速减小。的减小而迅速减小。q截止区截止区AiB0 工程上规定工程上规定 以下的区域称为以下的区域称为截止区截止区。晶体管工作在截止模式时各极电流均为零，即：晶体管工作在截止模式时各极电流均为零，即：CEv工程上规定工程上规定：作为饱和区与放大区的分界线作为饱和区与放大区的分界线0 ECBiiiq饱和区饱和区 satCECEVv CiBCii VVsatCE3.0 第30页，共91页。3q击穿区击穿区CEv当当 增大到一定值时增大到一定值时 ，集电结发生反向击穿
34、，集电结发生反向击穿，导致集电极电流导致集电极电流 剧增，此现象称为剧增，此现象称为击穿击穿。击穿类型为击穿类型为雪崩雪崩击穿击穿。称为击穿电压。称为击穿电压。Ci CEOBRV CEOBRV第31页，共91页。3图图3-5-5晶体管安全工作区域：晶体管安全工作区域：q极限参数极限参数 vCE iC 0 ICM V(BR)CEO 安全区 PCM-最大允许集电极电流最大允许集电极电流 CMICMP-最大允许集电极耗散功率最大允许集电极耗散功率 CEOBRV-集电极反向击穿电压集电极反向击穿电压CECCMCCMBR CEOvViIPP且且第32页，共91页。3图图3-5-6转移特性曲线转移特性曲线
35、：是指将输入端口的控制变量：是指将输入端口的控制变量转移到输出端口的输出变量上。转移到输出端口的输出变量上。对于对于BJTBJT晶体管，即晶体管，即 关系，如图关系，如图3-5-6。当当 小于小于0.5V0.5V时，电流很小，可以忽略。时，电流很小，可以忽略。通常在通常在0.6V0.6V0.8V0.8V之间。之间。vBE vCE iB iC BECvi3.5.3 3.5.3 转移特性曲线转移特性曲线 TBEVvSCeIi vBE/V iC 0 0.5 0.7 工程估算时：工程估算时：一般取一般取 BEvBEv0.70.2BEEBVVNPNVVPNP第33页，共91页。33.6.1分析方法分析方
36、法 若若 ，则晶体管工作在截止模式，则晶体管工作在截止模式，依据电路情况进一步确定，依据电路情况进一步确定晶体管各极的电压；晶体管各极的电压；若若 ，假设晶体管工作在放大模式，则取，假设晶体管工作在放大模式，则取 ，计算晶体管的，计算晶体管的各极电压和电流；各极电压和电流；依据中各极的电压判断晶体管的工作状态。若依据中各极的电压判断晶体管的工作状态。若 ，则晶体，则晶体管工作在放大模式，假设正确，分析结束。若管工作在放大模式，假设正确，分析结束。若 ，则晶体管工，则晶体管工作在饱和模式，假设不正确，转入步骤；作在饱和模式，假设不正确，转入步骤；利用晶体管的饱和模型代入直流电路中晶体管，重新分析
37、晶体管的各利用晶体管的饱和模型代入直流电路中晶体管，重新分析晶体管的各极电压和电流。极电压和电流。分析方法分析方法(NPN(NPN型型)：导通电压：导通电压 ，饱和电压，饱和电压 分析目的分析目的：分析晶体管的各极电压，确定晶体管的各个结的偏置，：分析晶体管的各极电压，确定晶体管的各个结的偏置，进而确定晶体管的工作模式进而确定晶体管的工作模式。VVBE7.0 0 ECBIIIVVBE7.0 VVBE7.0 satCECEVV satCECEVV PNPPNP型型：仅将：仅将 、用分别代替用分别代替 、即可即可 BEVECV satECVEBVCEV satCEVVVBE7.0 VVsatCE3
38、.0 第34页，共91页。例例3.3 3.3 在图在图3-6-13-6-1所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的的电压和电流。假定晶体管的 图图3-6-1解：因为解：因为 ，发射极通过电阻发射极通过电阻 接地，因此，发射接地，因此，发射结正偏，结正偏，取取 ，则有：，则有：100 KRE3.3KRC7.4VVCC10VVB4CIEIBIB C E VVB4 VVBE7.0 VVVVBEBE3.37.04 mAKVRVIEEE13.33.3 mAIIIEEC99.01 AmAIIICEB 1001.099.01 VRIVVC
39、CCCC3.57.499.010 VVVVVVsatCEECCE3.023.33.5 判断判断：晶体管确实工作在放大模式，假设正确，则上述求得的各极电压、电流即为电晶体管确实工作在放大模式，假设正确，则上述求得的各极电压、电流即为电路的解路的解。ER第35页，共91页。例例3.4 3.4 在图在图3-6-23-6-2所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的的电压和电流。假定晶体管的 图图3-6-2解：因为解：因为 ，发射极通过电阻发射极通过电阻 接地，接地，因此发射结反偏，晶体管，因此发射结反偏，晶体管 工作在截止模式，则有
40、：工作在截止模式，则有：100 VVB0 VVBE7.0 KRE3.3KRC7.4VVCC10CIEIBIB C E ER0 ECBIIIVVE0 VRIVVCCCCC107.4010 第36页，共91页。例例3.5 3.5 在图在图3-6-3(a)3-6-3(a)所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的的电压和电流。假定晶体管的 图图3-6-3解：因为解：因为 ，假设放大模式，取，假设放大模式，取 ，则有：，则有：100 VVB6 VVBE7.0 VVVVBEBE3.57.06 mAKVRVIEEE61.13.33.5 判
41、断：判断：因此晶体管工作在饱和模式，采用饱和模型如图因此晶体管工作在饱和模式，采用饱和模型如图(b)(b)所示所示 KRE3.3KRC7.4VVCC10VVB6CIEIBIB C E KRE3.3KRC7.4VVCC10VVB6CIEIBIB C E VVsatBE7.0VsatVCE3.0(a)(b)mAIIIEEC59.11 VRIVVCCCCC53.27.459.110 satCEECCEVVVVV 77.23.553.2 VVVVsatBEBE3.57.06 mAKVRVIEEE61.13.33.5 VVVVsatCEEC6.53.03.5 mAKRVVICCCCC94.07.46.5
42、10 mAIIICEB67.094.061.1 注意：注意：以上三个例子的电以上三个例子的电路一样，但工作模路一样，但工作模式不一样。式不一样。第37页，共91页。例例3.6 3.6 在图在图3-6-43-6-4所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的各极的电压和电流。假定晶体管的 图图3-6-4解：假设晶体管工作在放大模式，取解：假设晶体管工作在放大模式，取 ，则有：，则有：100 VVBE7.0 假设正确假设正确(判断忽略判断忽略)。KRB100 KRC2VVCC10VVBB5CIEIBIB C E VVVBEB7.0 AK
43、RVVIBBBBB 431007.05 mAAIIBC3.443100 mAIIICBE343.4 VRIVVCCCCC4.13.4210 第38页，共91页。例例3.7 3.7 在图在图3-6-53-6-5所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的的电压和电流。假定晶体管的 图图3-6-5解：因为解：因为 ，发射极通过电阻发射极通过电阻 接正电源，因此，发接正电源，因此，发射结正偏，射结正偏，取取 ，则有：，则有：100 VVB4 VVEB7.0 ER KRE2 KRC1VVCC10VVEE10CIEIBIB C E VVV
44、VBEBE7.0 mAKRVVIEECCE65.427.010 mAIIIEEC6.41 mAIIICEB05.0 VRIVVCCEEC4.56.4110 第39页，共91页。KRB1001 KRC5VVCC15CIEIB C E KRE3BBR KRC5VVCC15BBVCIEIBIB C E KRE3VVCC15KRB502(a)(b)例例3.7 3.7 在图在图3-6-6(a)3-6-6(a)所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的的电压和电流。假定晶体管的 图图3-6-6解：将左边部分等效为戴维南形式，如解：将左边部
45、分等效为戴维南形式，如(b)图所示，其中：图所示，其中：100 VVRRRVCCBBBBB5155010050212 KRRRBBBB3.33/21EEBEBBBBBRIVRIV BEII 1 EBBBEBBBRRVVI 1 1BBEBEBBERRVVIAIB 8.12 mAIE29.1 mAIIBC28.1 VRIVEEE87.3 VVVVEBEB57.4 VRIVVCCCCC6.8 可求得：可求得：或者或者第40页，共91页。例例3.73.7说明说明 1BRCRCCVCIEIB C E ERBBRCRCCVBBVCIEIBIB C E ERCCV2BR(a)(b)EBBBEBBBRRVVI
46、 1 1BBEBEBBERRVVI发射极与基极的电阻可以发射极与基极的电阻可以互相折算互相折算：v计算基极的电流：将发射极的电阻计算基极的电流：将发射极的电阻 折算到基极中，其折算方法折算到基极中，其折算方法为乘上系数为乘上系数 ，即为，即为 ；v计算发射极电流：将基极的电阻计算发射极电流：将基极的电阻 折算到发射极中，其折算方法折算到发射极中，其折算方法为乘上系数为乘上系数 ，即为，即为 。ER 1 ER 1BBR 11 1BBR若若 足够大，则有足够大，则有 ，工程估算时方便。，工程估算时方便。EBEBBERVVI CEII 第41页，共91页。q放大对象放大对象交流信号的幅度；交流信号的
47、幅度；q晶体管工作模式晶体管工作模式放大模式放大模式需要直流偏置；需要直流偏置；q处理方式处理方式线性放大线性放大工作点应处在特性曲线的线性区域；工作点应处在特性曲线的线性区域；q实现方法实现方法v将晶体管偏置在关系曲线上相对比较直线的工作点将晶体管偏置在关系曲线上相对比较直线的工作点Q的位置上的位置上(对应对应的电压电流分别为的电压电流分别为VBEQ，ICQ)；v将要放大的交流信号将要放大的交流信号vbe叠加在直流电压叠加在直流电压VBEQ上，要求交流信号上，要求交流信号vbe的幅度足的幅度足够小，可认为晶体管被约束在特性曲线的一小段几乎是线性的线段上，够小，可认为晶体管被约束在特性曲线的一
48、小段几乎是线性的线段上，可以实现线性放大。可以实现线性放大。q注意变量符号区别注意变量符号区别交流量：交流量：小写符号小写下标，如小写符号小写下标，如直流量：直流量：大写符号大写下标，如大写符号大写下标，如总瞬时量：总瞬时量：小写符号大写下标，如小写符号大写下标，如3bbeivBBEIVBBEiv第42页，共91页。其中：其中：为待放大的交流小信号为待放大的交流小信号 为晶体管提供直流偏置电压，为晶体管提供直流偏置电压，保证晶体管工作在放大模式保证晶体管工作在放大模式33.7.1晶体管放大器的电路晶体管放大器的电路 图图3-7-1 BEQVCiEiBiB CCVbevBEvCvCRbevBEQ
49、VCCVq基本电路基本电路：如图：如图3.7.13.7.1 CRBEQVCQIEQIBQIB CCVCQVq直流分析直流分析：令：令 得直流通路，如下图所示，得直流通路，如下图所示，则有：则有：0 bevTBEQVVSCQeII CQEQII CQBQII CCQCCCEQCQRIVVV 直流通路直流通路第43页，共91页。33.7.2集电极电流与跨导集电极电流与跨导 当满足当满足 时，则有时，则有 集电极的总瞬时电流：集电极的总瞬时电流：基极与发射极之间总瞬时电压基极与发射极之间总瞬时电压：BEQVCiEiBiB CCVbevBEvCvCRbeBEQBEvVv TbeTbeTBEQTbeBE
50、QTBEVvCQVvVVSVvVSVvSCeIeeIeIeIi TbeVvcCQbeTCQCQTbeCQVvCQCiIvVIIVvIeIiTbe 1直流与交流叠加直流与交流叠加 bembeTCQcvgvVIi 其中其中TCQmVIg 称为称为跨导，跨导，将将 转化为转化为 的能力，它与的能力，它与 成正比关成正比关系。其单位为西门子系。其单位为西门子(S)(S)。bevciCQI-交流信号电流交流信号电流TBEQVVSCQeII-直流偏置电流直流偏置电流第44页，共91页。3跨导的图形求解跨导的图形求解 跨导是在跨导是在 特性曲线上对应的直流特性曲线上对应的直流工作点工作点Q Q处的斜率处的斜
