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模拟电子技术基础(高等教育出版社 第四版) 1.3晶体三极管

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模拟电子技术基础(第4版)ppt课件

模拟电子技术基础(第4版)ppt课件

多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
华成英 hchya@
二、晶体管的放大原理
（发射结正偏） uBE U on 放大的条件 （集电结反偏） uCB 0，即 uCE uBE
少数载流 子的运动 因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区 因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合 因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区 基区空穴 的扩散
华成英 hchya@
§1.3
晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响
五、主要参数
华成英 hchya@
一、晶体管的结构和符号
为什么有孔？
小功率管
中功率管
大功率管
华成英 hchya@
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。
指数曲线
若正向电压 UT，则i ISe u
u UT
若反向电压u UT，则i IS
2. 伏安特性受温度影响
反向特性为横轴的平行线
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ 增大1倍/10℃
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
华成英 hchya@
华成英 hchya@

(模拟电子技术基础)第4讲晶体三极管

(模拟电子技术基础)第4讲晶体三极管

输出
输入
回路
偏回路）
因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区
因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合
因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区
扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极 电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。
为简化分析，本讲解5 中省略了少子的运动。
ICm aV xC 2C R U c CE S(5 50)m A 1mA
1. 分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态； 2. 已知T导通时UBE＝0.7V， β=100，若uI=2V。分别求 Vcc=12V 和Vcc=5V 时的Ic值（设T饱和时UCES=0）。
12
讨论二
2.7
截止区
β是常数吗？ 通常，我们可以看成 8
晶体管的三个工作区域
状态 截止 放大 饱和
uBE ＜Uon ≥ Uon ≥ Uon
iC ICEO βiB ＜βiB
uCE VCC ≥ uBE ≤ uBE
晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅
决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB
ΔiC
PCMiCuCE
uCE=1V时的iC就是ICM
iC iB
UCE
U（BR）CEO
由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、β。
13
作业：
1、预习 4.2 2、教材习题，
P122：4.6 (a) (c) (e)
14
控制的电流源iC 。
9
四、温度对晶体管特性的影响
T(℃ ) ICEO
u B 不 E iB 变 ， i时 B 不 即 u 变 B E 时

模拟电子技术基础(第四版)第1章

模拟电子技术基础(第四版)第1章

ID
理想二极管符号 UD
(V)
ID
开关模型等效电路
0.7V 0 0.7
0
UD
(V)
（a）理想模型 特性 ）理想模型VA特性
（b）开关模型 特性 ）开关模型VA特性
3、折线模型：正向导通时。相 、折线模型：正向导通时。 当于理想二极管串联一个等效 和一个电压源U 电阻rD和一个电压源 ON ，特 性曲线如图（ 所示 所示。 性曲线如图（c)所示。
二极管的伏安特性仍可由 二极管的伏安特性仍可由
iD = IS (e
近似描述。 近似描述。
UD / UT
−1)
D E
导通电压
IS：反向饱和电流 UT：电压当量，室温下26mV
IR
反向 漏电
开启电压 Uon
开启电压 导通电压
硅二极管 0 .5 V 0 . 6 ~ 0 .8 V (取 0 .7 V )
锗二极管 0 .1 V 0 . 2 ~ 0 .3 V (取 0 .3 V )
发射区：发射载流子 发射区： 集电区： 集电区：收集载流子 基区： 基区：传送和控制载流子 为例） （以NPN为例） 为例
演示
载流子的传输过程
以上看出，三极管内有两种载流子 自由电子 自由电子和 以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空 参与导电， 穴)参与导电，故称为双极型三极管－BJT (Bipolar 参与导电 故称为双极型三极管－ Junction Transistor)。 。
二极管伏安特性与温度T的关系： 二极管伏安特性与温度T的关系：
的增加而增加 所以二极管的正向压降 增加， 的增加而降低 降低。 由于IS随T 的增加而增加，所以二极管的正向压降VF随T 的增加而降低。 一般线性减少2 2.5mV/C° 一般线性减少2～2.5mV/C° （利用该特性，可以把二极管作为温度传感器） 利用该特性，可以把二极管作为温度传感器）

模电1常用半导体器件

模电1常用半导体器件

ICEO = (1+β) ICBO
三. 极限参数
1. 集电极最大允许电流ICM 2. 集电极最大允许功耗PCM 3. 反向击穿电压U(BR)CEO 、U(BR)CBO
α=β/(1+β)
三极管的安全工作区
1 .4 场效应管（Field Effect Transistor ）
场效应管是单极性管子，其输入PN结处于反偏或 绝缘状态，具有很高的输入电阻（这一点与三极管相 反），同时，还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性 强、便于集成等优点。
1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线
二. 输出特性曲线 IC=f ( IB ，UCE )
实际测试时如下进行：
IC= f ( UCE )|IB
发射结正偏、集电结反 偏时，三极管工作在放大 区(处于放大状态)，有放 大作用：IC =βIB + ICEO
两结均反偏时，三极管 工作在截至区(处于截止状 态) ，无放大作用。 IE=IC=ICEO≈0
第五章 负反馈放大器
第六章 信号运算电路
第七章 波形发生电路
第八章 功率放大电路 第九章 直流电源
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第一章 常用半导体器件
本章主要内容：
半导体材料、由半导体构成的PN 结、二极管结构特性、三极管结构特性及 场效应管结构特性。
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1 .1 半导体（Semiconductor）基本知识
• 2、《电子技术实验》.石焕玉等编. • 3、《电子技术基础》(模拟部分).康华光
主编. 高等教育出版社 • 4、《模拟电子技术基础》华成英(第四
版)习题解答（因网络不通，暂时没法放 在系网页上，需要者来复制）
第一章 半导体器件 第二章 基本放大电路 第三章 放大电路的频率特性 第四章 集成运算放大器

《模拟电子技术基础》(第四版)_第1章

《模拟电子技术基础》(第四版)_第1章
if uD 0 时, then uD =0 if uD 0 时, then iD =0
0 iD
+ uD
uD
–
Question1 UD UON
2.二极管导通时正向压降为一常量UＤ （正向导通电压０.7V 或０.３V ）， 截止时反向电流为零的二极管的等效 模型 iD iD + uD UＤ –
一、外加正向电压（正向偏置）
P区
外电场驱使P区的空穴进入空间 N区电子进入空间电荷区 空间电荷区变窄 电荷区抵消一部分负空间电荷 抵消一部分正空间电荷
N区
I 扩散运动增强，形 成较大的正向电流， 此时PN结导通 内电场方向 外电场方向
E
R 外电场加强扩散
二、 外加反向电压（反向偏置）
外电场驱使空间电荷区两侧的多子(空穴和自由电子)移走, 空间电荷区加宽
Uon
0 0.4 0.8
–50
－IS – 0.1
非线性特性 ＵＢＲ反向击穿电压
ＵＺ（稳压管）
uD / V UＤ
– 0.2
死区
反向击穿
硅管的伏安特性
一般:特性曲线上区分Uon和UＤ 计算时不区分Uon和UＤ Si 管：0.5V左右
开启电压： Uon
正向导通电压UＤ 二极管方程
Ge管：0.1V左右 Si 管：0.6V~0.8V （０.７Ｖ） Ge管：0.2V~0.3V（０.３Ｖ）
三、如何学好模电
课程特点：内容多、内容杂、工程实践性强
基本原理 “基本电路”原理
放大器、反馈、 振荡器
绪论
1、抓“重点”
基 本 分析方法
图解法、小信号等效电路法
2、注重综合分析 注重工程化素质培养 3、提高学习效率、培养自学能力

模拟电子技术1.3晶体三极管.ppt

模拟电子技术1.3晶体三极管.ppt
大部分电子收集到集电区。若继续增大uCE ，ic也不可能 明显增大，即iB基本不变。
∴输入特性曲线不再明显右移
而基本重合。 对于小功率管，可用的任何 一条UCE>1曲线来近似UCE>1 的所有曲线。
共射接法输入特性曲线
2、输出特性曲线
iC f (uCE ) iB常数
①UCE增大 集电结电场增强，收集基区非平衡少子的能力增强， 电流iC随UCE增大而增大。
③U(BR)CEO：基极开路时集、射间的击穿电压。
几个击穿电压在大小上有如下关系：
U(BR)CBO＞U(BR)CEO＞U(BR) EBO
例1：在一个单管放大电路中，电源电压为30V，已知三只管子的 参数如下表，请选用一只管子，并简述理由。
晶体管参数
T1
T2
T3
ICBO/μA
0.01
0.1
0.05
UCEO/V
IC
IB
输入交流信号时，共射交流电流放大系数β
在近似分析中，
iC
iB
共基直流电流放大系数
I CN
IE
共基交流电流放大系数α
ic
iE
在近似分析中，
例：现测得放大电路中两只管子的两个电极的电流如下图所 示，分别求出另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈 中画出管子，且分别求出电流放大系数β。
VBB 1V , Rb 500 ,T工作在何种状态？
IB 0.6mA, IC 30mA,UCE 18V U B
从外部看： I E I B IC IE发射极电流最大
C IC B
IB E IE
NPN型三极管
C
B
IC
IB E IE
PNP型三极管

模拟电子技术基础晶体三极管


3.1.3 三极管的放大作用
在实际应用中利用三极管放大电路放大微弱信号，其原理
电路如图3-5a所示，实际电路中常取，于是有图3-5b所示习惯
画法的共射极放大电路图。
Rs
+ u-s
i c + C2
C1
ib T +
+
uCE
Rb
u i 300 k
uBE +
-
-
U -
BB
+
RC
2k u o
+ -
U
CC
-
Rs
• 3.1.1 晶体三极管的分类及结构
晶体三极管通常简称为三极管，也称为晶体管和
半导体三极管。
采用光刻、扩散等工艺在同一块半导体硅(锗)片上 掺杂形成三个区、两个PN结，并引出三个电极。由两个 N区夹一个P区结构的三极管称为NPN型晶体管；由两个 P区夹一个N区结构的三极管称为PNP型晶体管。
1/1/2021
• 三极管有三个电极，可视为一个二端口网络，其中 两个电极构成输入端口、两个电极构成输出端口， 输入、输出端口公用某一个电极。根据公共电极的 不同，三极管组成的放大电路有3种连接方式，通常 称为放大电路的三种组态，即共基极、共发射极和 共集电极电路组态，如图3-4所示。
1/1/2021
图3-4 晶体三极管的三种组态 (a)共基极接法 (b)共发射极接法 (c)共集电极接法
1/1/2021
3.1.2三极管的工作原理
IC c
1. 三极管放大交流信号的外部 条件
ICN I CBO
N Rc
IB b
要使三极管正常放大交流，要求：
I BN
P
发射结外加正向电压（正偏），集电

课件：模拟电子技术基础(第四版)

9
半导体的导电机理不同于其它物质， 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 的导电机理不同于其它物质 具有不同于其它物质的特点。例如： 具有不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时， 当受外界热和光的作用时， 它的导电能力明显变化。 它的导电能力明显变化。
第 四 版 童 诗 白
光敏器件
16
第 四 版 童 诗 白
+4
+4
+4 自由电子
+4
+5 +4
+4 施主原子
第 四 版 童 诗 白
+4
+4
+4
图 1.1.3
N 型半导体
17
二、 P 型半导体
杂质元素， 在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 铟等， 型半导体。 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。 3 价杂质原子称为受主原子。 价杂质原子称为受主原子 受主原子。
5
第 四 版 童 诗 白
模拟电子技术： 模拟电子技术：
模拟电子技术主要研究处理模拟信号的电子电路。 模拟电子技术主要研究处理模拟信号的电子电路。 模拟信号就是幅度连续的信号，如温度、压力、流量等。 模拟信号就是幅度连续的信号，如温度、压力、流量等。 幅度 幅度
时间 第 四 版 童 诗 白
T
2T
3T 4T
1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度； 定少数载流子的浓度。 定少数载流子的浓度。 2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 杂质半导体载流子的数目 载流子的数目要远远高于本征半导 因而其导电能力大大改善。 体，因而其导电能力大大改善。 3. 杂质半导体总体上保持电中性。 杂质半导体总体上保持电中性。 4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。 杂质半导体的表示方法如下图所示。

模拟电子技术基础课件01-3讲义晶体管

工作在饱和区。
(3)发射结反偏； 工作在截止区。
四、晶体管的主要参数
⒈ 共射极电流放大系数β
β和 在 晶体管的很大的一个工作范围之内近似相等。β的值一般
选择在几十至一百多；太大，管子性能不稳定；太小，管子放大能
力差。
⒉ 极间反向电流 ① 集电极—基极反向饱和电流ICBO ② 集电极—发射极反向饱和电流ICEO
⒊ 特征频率fT
由于晶体管PN结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数β是 频率的函数。信号频率增加到一定程度时，β值下降。
⒋ 极限参数
在IC的一个很大的变化之内β值基本不变，但当IC超过某一个值ICM 时β明显下降。该电流称为最大集电极电流。
集电结上允许损耗的功率最 大值PCM。超过该值，管子发 热，性能下降，甚至烧毁。温 度越高， PCM值越小，所以晶 体管的使用受到环境温度的限 制。硅管的上限温度达150℃、 锗管的达70℃。为了降低温度， 常采用加散热装置的方法。
管子工作 在放大区
发射极和基极的 电压降的绝对值 或是0.7V（硅） 或是0.2V（锗）
硅管；A和B VA-VB=0.7V 对应基极和
发射极
NPN
NPN在放大区时Vc>Vb>Ve PNP在放大区时Vc<Vb<Ve
VC最大
C肯定是集 电极
A对应基极、B对应发射极
测得NPN型、硅BJT的三个电极b、e、c的对地电压分别 为
（ V(BR)CEO） 时 ， 集 电 结被击穿， iC突然猛 增。
发射结正偏，集电结反偏，即 Vc>Vb>Ve(NPN) Vc<Vb<Ve(PNP)
两个结都正偏，即 Vb>Ve、Vb>Vc(NPN) Vb<Ve、Vb<Vc(PNP)

《模拟电子技术基础》习题答案_第四版(童诗白、华成英)高等教育出版社

1第1章习题及答案1.1．在图题1.1所示的各电路图中E ＝5V ，t u i ωsin 10=V ，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压o u 的波形。

uu ouu o图题1.1解：（a ）图：当i u > E 时，o u = E ，当i u < E 时，i o u u =。

（b ）图：当i u < E 时，o i u u =；当i u > E 时，E u o =。

（c ）图：当i u < E 时，E u o =；当i u > E 时，i o u u =。

（d ）图：当i u > E 时，i o u u =；当i u < E 时，E u o =。

画出o u 波形如图所示。

2Vu i /u o /u o /u o /u o /1.2．有两个稳压管D Z1和D Z2，其稳定电压分别为 5.5V和8.5V，正向压降都是0.5V 。

如果要得到0.5V ，3V，6V ，9V和14V几种稳定电压，问这两个稳压管（还有限流电阻）应如何连接？画出各个电路。

解：各电路图如图所示。

(a)0.5V ；(b)3V ；(c)6V ；(d)9V ；(e)14V 。

uu(a)(b)u u u(c) (d) (e)1.3．在如图题1.3所示的发光二极管的应用电路中若输入电压为1.0V 试问发光二极管是否发光，为什么？3图题1.3解：若输入电压U I =1.0V ，发光二极管不发光，因为发光二极管正向工作电压为2～2.5V 。

1.4．光电二极管在电路中使用时，是正向连接还是反向连接？解：光电二极管在电路中使用时，是反向连接，因为光电二极管工作在反偏状态，它的反向电流随光照强度的增加而上升，用于实现光电转换功能。

1.5．某二极管的管壳标有电路符号，如图所示，已知该二极管是好的，万用表的欧姆档示意图如图题1.5所示，（1）在测二极管的正向电阻时，两根表笔如何连接？（2）在测二极管的反向电阻时，两根表笔又如何连接？（3）两次测量中哪一次指针偏转角度大？偏转角度大的一次的阻值小还是阻值大？图题1.5解：（1）在测二极管的正向电阻时，黑表笔接正极，红表笔接负极。

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2.输出特性
在基极电流IB为一常量时，集电极电流iC与管压降uCE 之间的关系曲线。 iC f (uCE ) I B 对应一个IB就有一条曲线，输出特性是一族曲线。 饱和区
uCE较小时iC随uCE变化很大, uCE增大进入放大状态曲线几 乎是横轴的平行线。
iC
iB
iC iB
U CE 常量
放大区
截止区
在理想情况下,当IB等差 变化时,输出特性是一族 与横轴平行的等距直线。
晶体管的三个工作区域
截止区、放大区、饱和区
1. 截止区
发射结反偏,集电结反偏
IB=0以下的区域称为截止区。IB=0，IC≤ICEO。通常ICEO
很小，可以认为晶体管的集电极和发射极之间呈高阻态， iC≈0，晶体管截止，相当于开关断开。 判断条件：
1.3 晶体三极管
1.3.1 晶体管的结构和符号 1.3.2 晶体管的放大原理
又称双极型晶体管 (BJT) 、晶体管、 三极管
1.3.3 晶体管的共射输入、输出特性 1.3.4 晶体管的主要参数 1.3.5 温度对晶体管特性的影响
1.3.1 晶体管的结构和符号
小功率管
中功率管
大功率管

多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄 面积大
注意
(1) 晶体管三个工作区 截止区：发射结反偏，集电结反偏； 放大区：发射结正偏，集电结反偏； 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。
(2) 放大状态时三个极电位关系 NPN：uC > uB > uE 且uBE > Uon PNP：uC < uB < uE 且uBE < Uon (3) 小功率管处于临界状态（临界饱和或临界放大） uCE = uBE，即uCB=0
uBE UON 且uCE uBE
晶体管的三个工作区域
2. 放大区
发射结正偏,集电结反偏 集电极电流iC几乎仅仅取决于由于基极电流IB，而 与uCE无关。由于β=ΔiC/ΔiB，曲线的疏密反映了β的大小。 表明集电极电流iC受基极电流IB的控制。 判断条件：
uBE UON 且uCE uBE
uBE UON 且uCE uBE
晶体管的三个工作区域
状态 截止 放大 饱和
uBE ≤ Uon
iC ICEO βiB ＜βiB
uCE VCC
> Uon > Uon
> uBE
＜ uBE
晶体管工作在放大状态时，输出回路电流 iC几乎仅仅 决定于输入回路电流 iB；即可将输出回路等效为电流 iB 控 制的电流源iC 。
晶体管的三个工作区域
3. 饱和区
发射结正偏,集电结正偏 集电极电流iC不仅取决于与基极电流IB有关，而且明显随 uCE增大而增大，iC< βIB。晶体管饱和时的管压降用UCES表示， 通常小功率硅管UCES≈0.3 V; 锗管UCES≈ 0.1 V。所以晶体管饱 和时，集电极和发射极之间呈低阻态，相当于开关闭合。判 断条件：
温度升高，ICEO、β增大，且输入特性左移，导致集电 极电流增大。
讨论一
通过uBE是否大于Uon判断管子是 否导通。 uI=0V截止、 uI=5V导通。
uI U BE 5 0.7 iB 43μA Rb 100 iCmax VCC 12 2.4mA Rc 5
iCmax 56 临界饱和时的 iB
I CEO (1 ) I CBO
穿透电流
集电结反向电流
ICEO:基极开路时,在VCC作 用下的集电极与发射极之 间形成的电流。
1.3.3 晶体管的共射输入特性和输出特性
1. 输入特性 在管压降UCE一定时,基极电流iB与发射结压降uBE之 间的关系曲线。
iB f (u BE ) U CE
对于小功率晶体 管，UCE大于1V的 一条输入特性曲线 可以取代 UCE 大于 1V的所有输入特性 曲线。
类似PN结伏安特性,呈指数关系 UCE增大,特性曲线右移 UCE增大到一定值,曲线右移 不明显,基本重合 （1）UCE=0，集电极与发射极短路，集电结与发射结并联， 输入特性类似PN结伏安特性，呈指数关系。 （2）UCE增大，集电结反偏，发射区注入的电子更多地被 集电区收集，因此对于相同的uBE，流向基极的电流iB比原 来UCE=0时减小了，特性曲线右移。 （3）UCE>1V后，集电结的电场已足够强，可将绝大部分 电子收集到集电区，再增大UCE， iB 不再明显减小，特性 曲线基本重合。
1、分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态； 2、已知T导通时的UBE＝0.7V，若当uI=5V，则β在什么范围 内T处于放大状态，在什么范围内T处于饱和状态？
讨论二
PCM iCuCE
uCE=1V时的iC就是ICM
2.7
ΔiC
iC iB
U CE
U（BR）CEO 由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、β。
扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流 IB，漂移运动形成集电极电流IC。
• 电流分配：
I E＝ I B＋ I C
IE－扩散运动形成的电流
IB－复合运动形成的电流 IC－漂移运动形成的电流
直流电流 放大系数
IC IB
iC iB
交流电流放大系数 ICBO:发射极开路 时,集电结的反向 饱和电流。
1.3.4 晶体管的主要参数
• 直流参数： 、 、ICBO、 ICEO
IC IE

iC iE 1
• 交流参数：β、α、fT（使β＝1的信号频率）
• 极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO
最大集电 极电流 c-e间击穿电压 最大集电极耗散功 率，PCM＝iCuCE
晶体管符号
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
1.3.2 晶体管的放大原理
（发射结正偏） uBE U ON 放大的条件 （集电结反偏） uCB 0，即uCE uBE
少数载 流子的 漂移 因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区 因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合 因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区 基区空穴 的扩散
安全工作区
晶体管安全工作条件：ic < ICM; uCE < U(BR)CEO; iCuCE < PCM
1.3.5 温度对晶体管特性的影响
T (℃) 少子 I CBO I CEO 输出特性间距 uBE不变时iB ，即iB不变时uBE 输入特性左移