清华大学模拟电子技术基础精华版

2020/2/162.1.1结构与符号2.1.2工作原理2.1.3特性曲线2.1.4参数2.1.5工作状态及偏置电路2.1.6基本要求BipolarJunctionTransistor(BJT)2.1双极型晶体管三极管图片2907APNP双极性晶体管100GHz铟磷/钐铟砷异质结双极性晶体管的电子扫描显微图片大功率达林顿晶体管双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有三个电极，所以又称为半导体三极管、晶体三极管等，统称为晶体管。2020/2/162.1.1结构与符号(StructuresandCircuitSymbol)两种:NPNPNP一、结构e(Emitter)：发射极b(Base）：基极c(Collector)：集电极发射结(Je)集电结(Jc)基区发射区集电区三极:三区:两节:特点:b区薄e区掺杂多c区面积大e,b,cJe,Jc二、符号*Je箭头:PN2.1.2工作原理(TransistorOperation)一、放大条件二、内部载流子传输过程三、电流分配关系四、放大作用2020/2/16外部条件？一、放大条件内部条件：三区结构与掺杂Je正偏，Jc反偏。电位关系：NPN：VC＞VB＞VEPNP：VC＜VB＜VE发射区(1)IEIC集电区(3)漂移Je正偏Jc反偏IB复合二、内部载流子传输过程忽略支流：IE=IC+IB基区(2)扩散另有支流：IEP、ICBOEENBNCNBBNCBOCCNCBOIIIIIIIIII晶体管三个电极上的电流与内部载流子传输形成的电流之间的关系为：三、电流分配关系(CurrentRelationship)根据输入输出回路的公共端不同，可组成三种组态(CommonEmitterCircuit)发射极即能做输入端又能做输出端基极只能做输入端不能做输出端集电极只能做输出端不能做输入端注意无论哪种接法为保证正向受控作用须使发射结正偏、集电结反偏且满足IE=IB+IC定义共基极直流电流放大系数CNCCBOENE1IIIII定义共射极直流电流放大系数CBOIIIIIIBCBOCBNCN∴IC=IE+ICBO≈IEααIB=IBN－ICBO=IE－IC=（1－）IE－ICBO≈（1－）IEααIE=IC+IBICEO=(1+)ICBOβ穿透电流IC=ICN＋ICBO=IB+(1+)ICBO≈IBβββIE≈IEN=IBN+ICN=(1+)IB＋(1+)ICBO≈(1+)IBβββ由于都反映了管中基区扩散与复合的关系βα11，由定义可得：IB≈（1－）IE总结：IC≈IEαIE≈(1+)IBIC≈IBIE=IC+IBββα2020/2/16四、放大作用应用：共射电压放大ioCBicvviivR电流放大(控制）)(BCBCIIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN能量是哪里来的？问题1：若两个PN结对接，三极管有无电流放大作用。问题2：当温度升高时，三极管将失去放大作用。为什么？2020/2/162.1.3特性曲线输入特性曲线—iB=f(vBE)vCE=const输出特性曲线—iC=f(vCE)iB=const共射接法的电压-电流关系(a)ceiEiCb(b)cebiBiC(c)输出回路输入回路ecbiBiE晶体管的三种基本接法(1)输入特性曲线方程：iB=f(vBE)vCE=const曲线?iB/AvBE/V060900.50.70.930VCE＝0VCE≥1共发射极输入特性曲线(2)输出特性曲线方程：iC=f(vCE)iB=const曲线?饱和区放大区截止区发射结集电结正偏正偏正偏反偏反偏反偏三区偏置特点开off关on线性特性uCE/V5101501234IB＝40A30A20A10A0A放大区iC/mA共射输出特性曲线CEu＝BEu饱和区iB＝－ICBO截止区放大区——发射结正偏集电结反偏的工作区CEu对有很强的控制作用，反映在共射极交流放大系数β上BiCiCCEuBCII定义β=变化对影响很小Ci饱和区——发射结和集电结都正偏VCE的变化对Ic影响很大，而Ic不随IB变化,仅受VCE控制把VCE=VBE称临界饱和截止区——发射结和集电结均处于反偏此时iE=0,iC=ICBO截止区即为iB=－ICBO的那条曲线以下的区域例1：测量三极管三个电极对地电位如图试判断三极管的工作状态。放大截止饱和(3)温度对晶体管特性的影响温度对VBE的影响——TVBE即输入特性曲线左移温度对ICBO的影响——TICBO即输出特性曲线上移温度对的影响——T即输出特性曲线上曲线间距离T对VBEICBO的影响反映在集电极电流IC上都使IC输出曲线上移、间隔增大2.1.4参数分为三大类:(1)直流参数①电流放大系数1.共射~≈IC/IBvCE=const直流参数交流参数极限参数2.共基~关系=IC/IE=IB/1+IB=/1+，或=/1-≈IC/IEVCB=const1.ICBOO(Open)关系：ICEO=（1+）ICBO2.ICEO（穿透电流）②极间反向饱和电流（温度稳定性）(2)交流参数①交流电流放大系数1.共射~=IC/IBvCE=const2.共基~α=IC/IEVCB=const②特征频率fT当下降到1时所对应的频率当ICBO和ICEO很小时，≈，≈(3)极限参数①ICMIC上升时会下降。下降到放大区值的2/3时所对应的集电极电流。②PCM超过此值会使管子性能变坏或烧毁。PCM=ICVCB≈ICVCE1.V(BR)CBO——E极开路时的集电结击穿电压。2.V(BR)EBO——类上3.V(BR)CEO——关系：V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO③反向击穿电压（V(BR)XXO）2020/2/16表02.01双极型晶体管的参数参数型号PCMmWICMmAVRCBOVVRCEOVVREBOVICBOμAfTMHz3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5W5A3002504≤2mA3DK100B100302515≤0.13003DKG23250W30A4003258注：*为f1.直流模型2.工作状态分析（定量）3.放大状态的偏置电路2.1.5晶体管工作状态及偏置电路1.直流模型2.晶体管工作状态分析通过分析电路的直流电流关系来判断晶体管是放大、饱和还是截止状态IB0截止IB0VCE0.3饱和VCE0.7放大ex.β=503.晶体管放大状态的偏置电路（1）固定偏流电路这种电路简单，但外电路将IBQ固定，当温度变化或更换管子引起β,ICBO改变时，由于外电路将IBQ固定，管子参数的改变都将集中反映到ICQ,UCEQ的变化上。会造成工作点较大的漂移，甚至使管子进入饱和或截止状态。工作点的稳定性差。（2）电流负反馈型偏置电路这种电路通过负反馈措施，增强了电路的稳定性，但VCEQ的变化范围缩小了。ICQ↑→IEQ↑→VEQ(=IEQ*RE)↑↓VBEQ(=VEQ-VEQ)↓IEQ↓←ICQ↓←（3）分压式偏置电路这种电路是负反馈型偏置电路的改进电路。基极电位固定，增强了VBE对ICQ的调节作用，有利于Q点的进一步稳定。1.熟练掌握器件（三极管）的外特性、主要参数。2.正确理解双极型晶体管的工作原理。3.判断晶体管的工作状态。3.会查阅电子器件手册。2.1.6基本要求