第二章双极型晶体管及其放大电路

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第二章双极型晶体管及其放大电路

0 U BE(on)
uBE
0 UCE(sat)
uCE b c iB e UCE(sat)
输入特性近似
输出特性近似
b
c
b
c iB e
放大状态模型
UBE(on) e
截止状态模型
βi B
UBE(on)
饱和状态模型
a.截止： UBE<UBE(ON) , iB≈0 , iC≈0 b.放大：UBE>UBE(ON) c.饱合：.UBE>UBE(ON)
∆i ∆iC =0 uCE一定 ∆ib
5
10
15
截止区
饱和压降: uces (or uce(sat))=0.3V 饱和: Saturation 4.击穿区：
三、温度对晶体管特性曲线的影响温度对晶体管特性曲线的影响 uBE -(2~2.5)mv/℃ 2(T2-T1)/10 T iC 曲线上移间隔加大(输出) 曲线左移 (输入)
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，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，又称半导体三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶体管。又称半导体三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶体管。
小功率管
大功率管
大功率达林顿晶体管
2907A PNP 双极性晶体管
100 GHz 铟磷钐铟砷异质铟磷/钐铟砷异质结双极性晶体管的电子扫描显微图片
条件：三极管特点（e区重掺杂；b区薄；c区面积大）＋e结正偏＋c结反偏利用两个特殊结构的PN结，将e结扩散电流“转化”为c 结漂移电流，使c 极出现受be结电压控制的较大电流。对比：与变压器（杠杆、放大镜）的区别 IC ≈
β ΙΒ
电流控制型器件

双极型晶体管及其放大电路

1
：共发射极直流电流放大系数，一般为几十－几百
共集电极电流传输关系
共集电极 IE
E IE IC IB IC IB ICBO
B IB VBC
VEC
IC
IE (1 )IB ICEO (1 )IB
C 公共端
第一节：双极型晶体管
无论哪种连接方式，输入电流对输出电流皆有正向控制作用，这是能够实现信号放大的机理
个电极无交流信号输入时的电流大小及流
一节
向如下图所示。求：
：双
另一个电极电流，并标出实际方向
极
标出三个管脚各是什么管脚
型晶
判断它们各是NPN型还是PNP型，并估算其 ,
体管
0.1mA
0.1mA
5.1mA
4mA
晶体管的特性曲线
静态特性曲线：指各极电压与电流
第一
之间的关系曲线。是晶体管内部载流子运动的外部表现，故也称外部
型晶
体
v4B' 0E vBE vCE 0.7V 40 0 WB' WvBBE /xV
管
vCE 10V
vBE / V
0 0.3 0.6 0.9
0 0.3 0.6 0.9
产生区别的原因在于基区调宽效应
共发射极输出特性曲线-定义
B iB vBE
iC E
C vCE
以输入电压 vBE 或电流电极iB 电为流参变iC 量(输，出集电
节：双
➢集成电路工艺制造出的电阻阻值受
极型
限，应尽量避免使用高阻值电阻。常
晶体
使用有源器件代替电阻，特别是大电管
阻
➢无电感元件
➢不适于制造几十皮法以上的电容，

第2章双极型晶体管及其放大电路解读

PNP
e
(a) NPN管的原理结构示意图 (b) 电路符号
图2.1.1 晶体管的结构与符号
2020年11月17日星期二
模拟电子技术
7
集电极
发射区 e
b
发射结集电区
N＋
P
N型外延 N＋衬底
绝S缘i O层 2
集电结基区
P
1.三区二结
c
结构特点
(c)
2.基区很薄（10-1μm～ 100μm）
2.5.2 放大电路的动态范围和非线性失真
2.5.3 晶体管的交流小信号模型一、混合π型电路模型二、低频H参数电路模型 2.5.4 等效电路法分析共射放大电路 2.5.5共射放大电路的设计实例
2020年11月17日星期二
模拟电子技术
4
2.6 共集放大电路
2.7共基放大电路
2.8 多级放大电路
2.8.1级间耦合方式
＋
iC mA
－
RB
iB
μA
＋＋
UCC
UBB
uBE V
V uCE
－－
图2.2.2共发射极特性曲线测量电路
2020年11月17日星期二
模拟电子技术
16
iC/mA
Saturation C结零偏压
uCE＝uBE
S
Active
C结反偏 C结正偏
0
Cutoff
E结零偏压
iB＝－ICBO
E结正偏
uCE/V E结反偏
b IBN
IB RB
IEP
P UCC N IEN
UBB
e IE
跨越两个PN节，体现了放大作用。
2020年11月17日星期二

第二章_双极型晶体三极管(BJT)

IE = ICn + IBn
传输到集电极的电流发射区注入的电流
ICn
Rb
IE
IC ICBO IC
EB
IE
IE
一般要求 ICn 在 IE 中占的比例尽量大
ICBO IB
b IBn
c
IC
ICn
IEn e IE 一般可达 0.95 ~ 0.99
Rc EC
13
（2） i与C 的i关B 系
输入
b
+
cUCE 输出
e
V 回路UCE
回路
V
UBE
电流，UCE是输出电压；
VCC
25
1、共射输入特性曲线
I B f (U BE ) UCE 常数
(1) UCE = 0 时的输入特性曲线
Rb IB b c
VBB
+e
UBE _
IB/A
UCE 0
类似为PN结正偏时的伏安特性曲线。
O
U BE / V
IE = IC + IB IC IE ICBO
IB＝IBn－ICBO
当IE=0时，IC=ICBO
IC ( IC IB ) ICBO
1
IC 1 IB 1 ICBO
IC IB (1 )ICBO
= IB ICEO
穿透电流。
其中：
1
共射直流电流放大系数。
14
IC IB ICEO
• 直流参数
– 直流电流放大系数和
– 极间反向电流和ICBO ICEO
• 交流参数
– 交流电流放大系数和
– 频率参数和 f
fT
• 极限参数
集电极最大允许电流ICmax 集电极最大允许功耗PCmax 反向击穿电压

第二章-晶体管

（1）共基直流放大系数 IC
IE
（2）共基交流放大系数
IC
I E
由于ICBO、ICEO 很小，因此在以后的计算中，不必区分。
二、极间反向电流
1 ICBO
发射极开路时，集电极—基极间的反向电流，称为集电极反向饱和电流。
2 ICEO
基极开路时，集电极—发射极间的反向电流，称为集电极穿透电流。
T
( 0.5 ~ 1) / C
2.3.2 晶体管的主要参数一、电流放大系数
1.共射电流放大系数
（1）共射直流放大系数反映静态时集电极电流与基极电流之比。
（2）共射交流放大系数反映动态时的电流放大特性。
由于ICBO、ICEO 很小，因此在以后的计算中，不必区分。
2. 共基电流放大系数
a. 受控特性：iC 受iB的控制
uCE＝uBE 4
放
IB＝40μ A
iC iB
饱和3
30μ A
区
大 20μ A
iC iB
2
区
10μ A
1
b. 恒流特性:当 iB 恒定时，
0
uCE 变化对 iC 的影响很小
0μ A iB＝－ICBO
5
10
15
uCE/V
截止区
即iC主要由iB决定，与输出环路的外电路无关。
iC主要由uCE决定 uCE ↑→ iC ↑
iC /mA
=80μA =60μA =40μA
=20μA
25℃
uCE /V
（3）当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，运动到集电结的电子基本上都可以被集电区收集，
此后uCE再增加，电流也没有明显得增加，特性曲线几乎平行于与uCE轴

微电子概论第二章微电子概论第三节双极型晶体管

1
1
iCBO ic
说明 > ，由于接近1，所以达
1
几十乃至上百。主要是由于输入端
由微弱的复合电流控制，而输出端
有大的漂移电流增强
➢穿透电流、注入效率与输运系数 (1) 穿透电流
iB
iCBO iCn
令 IC EO (1 ) IC B O
则 iC iB ICEO
当 iB=0 时， iC=ICEO
(2)注入效率
Rb
iB
iE
VBB
iE
称ICEO为穿透电流
发射区向基区注入电流的效率： = iEn/ie
(3)输运系数
基区向集电区电子输运的效率： = iCn/iEn 显然， = iCn/ie ≈
iC Rc
VCC
➢电压放大原理
N
共基极电压放大倍数GV及功率放大倍数GP
GV
iC RC iere
RC re
作业2
1. 已知：一只NPN型双极型晶体管共发射极连接，测得其电压放大倍数为15，功率放大倍数为930，基极电流Ib = 50 A，求解以下问题：（1）画出电路图，并标出发射极电流Ie、集电极电流Ic和基极电流Ib方向；
（2）求电流放大倍数；（3）求发射极电
流Ie、集电极电流Ic。
2. 能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什么？
iB′ ic iE iB
共发射极大
大大
共基极大
大
iCn iCBO
iB iE
iE
iC Rc VCC
iC Rc
VCC iB VBB
➢电流增益关系
iE iC iB iE iB iCn iC iCn ICBO iB iB ICBO

第2章双极型晶体管及其放大电路1

36
三、直流偏置、静态工作点、几种基本放大电路的概述
1. 总量＝直流＋交流
晶体管：非线性器件工作状态：放大、截至、饱和应处于放大的工作状态：直流偏置在放大电路中，当有信号输入时，交流量与直流量共存。放大信号的变化量总量＝直流＋交流静态工作点基本共射放大电路
符号大小写、交直流
37
小写：瞬时值
26
27
二、共发射极输入特性曲线
28
输入特性
UCE =0.5V UCE=0V
C N P N E
集电极
IB(µA)
80 60 40 死区电压，硅管 0.5V，锗 20 管0.2V。 0.4 0.8
UCE ≥1V
B
基极
工作压降：硅管UBE=0.7V, 锗管UBE=0.3V。
发射极
UBE(V)
例题6： (课后题P67)
91
例题6： (课后题P67)
88
放大管各极电流和极间电压的波形在工作点处的直流量上叠加一个交流量。因此，在分析放大器时，可以将 Q 点的直流计算和 Q点处的交流计算分开进行总瞬时值: iB=IBQ+ib iC=ICQ+ic vCE=VCEQ+vce vBE=VBEQ+vi
书P42
89
例题6： (课后题P67)
90
IC(mA ) 此区域满 4 足IC=βIB 3 称为线性区（放大区）。 2 1 3 6 9
当UCE大于一定的数值 100µA 时，IC只与IB 有关， 80µA IC=βIB。 60µA 40µA 20µA IB=0 12 UCE(V)
16
2. 饱和区: e 结和 c 结均处于正偏 uBE>uon 且 uCE<uBE uCE=uBE :临界饱和 uCE<uBE :进入饱和区饱和压降UCE(sat)=0.3V 不同iB的曲线在饱和区汇集

第2章双极型晶体管及其基本放大电路参考答案

均很小。（1）若要求放大电路的最大不失真输出电压幅度尽可能大，则上偏置电阻 Rb1
应为多大？设晶体管的 ICEO 和UCES 皆为零，UBE = 0.7V 。（2）在上述条件下，求
Aɺu = ?
解：（1）Q 点在交流负载线的中点时输出幅度最大，由此可得
，解得，。 UICCQERQL′≈=VUCCCEQ− ICQ (Rc +Re )
2.7 分压式稳定工作点共射放大电路如图（） 2.6.4 a
所示，习题 2.7 图为晶体管输出特性及交直流负载线，
且负载电阻 RL = 6kΩ 。（1）确定 Rc 、Re 和VCC 的数值；
（）若，，试确定、。 2 IRb2 = 370µA UBE = 0.7V
Rb1 Rb2
习题 2.7 图
解：UB
≈
Rb2 Rb1 + Rb2
VCC
=
12 30 +12
×12
≈
3.43V
I EQ
= UB − UBEQ Re1 + Re2
=
3.43 − 0.7 200 +1300
= 1.82mA
rbe
=
rbb′
+
(1 +
β)
26(mV) IEQ (mA)
=
80
+
61× 26 1.82
≈
0.95kΩ
Aɺ u
管（其极限参数，， ICM = 30mA
U(BR)CEO = 9V
），，取。， PCM =100mW β = 20 UBE = −0.3V Rb = 24kΩ
Rc = 0.5kΩ ，−VCC = −12V 。试分析：（1）电路中的晶体

《双极型晶体管》课件

作。
工艺参数优化
温度控制
在制造过程中，温度是一个重要的工艺参数。适当的温度可以保证材料的性质和工艺的稳定性。
时间控制
各工艺步骤所需的时间对晶体管的性能也有影响，需要进行精确控制。
压力与气氛控制
在制造过程中，压力和气氛也是关键的工艺参数。例如，在氧化、蒸发和腐蚀等步骤中，需要严格控制反应气氛的种类和浓度。
将半导体材料清洗干净并进行切割，得到可用于制造晶体管
的芯片。
氧化与蒸发
通过氧化和蒸发工艺，在芯片表面形成一层薄膜，作为晶体管的介质层。
光刻与腐蚀
通过光刻技术将电路图案转移到芯片表面，然后进行腐蚀，形成晶体管的各个电极。
焊接与封装
将各电极通过焊接工艺连接起来，并将芯片封装在适当的壳体中，完成双极型晶体管的制
输出特性
总结词
描述了双极型晶体管输出端与集电极电流之间的关系。
详细描述
输出特性曲线反映了集电极电流与输出电压之间的关系，随着集电极电流的增加，输出电压逐渐减小，表现出负阻特性。
转移特性
总结词
描述了双极型晶体管输入、输出特性的相互影响。
详细描述
转移特性曲线反映了基极电流与集电极电流之间的关系，随着基极电流的增加，集电极电流也相应增加，表现出良好的线性关系。
工作原理
当在基极上施加电压时，电流从集电极流向发射极，实现放大或开关功能。
双极型晶体管的特点
01
02
03Leabharlann 高放大倍数双极型晶体管具有较高的电流放大倍数，通常在 100-1000倍之间。
低噪声性能
双极型晶体管在低频和高频应用中表现出良好的噪声性能。
高速开关
双极型晶体管具有快速开关速度，适用于高频信号处理和开关电路。

第2章双极型三极管及其放大电路

例1：测晶体管各极电流，当IB=40µA时，IC=1.6mA，：测晶体管各极电流，时，分别画出当I 管或PNP 求 β , 分别画出当 B=70µA，且该管为，该管为NPN管或管或
管时的各极电流。管时的各极电流。解：
IC 1600 β≈ = = 40 IB 40
IC ≈ βIB = 2.8mA
温度变化大的环境应选用硅管。温度变化大的环境应选用硅管。硅管
集电极－集电极－发射极之间的穿透电流 ICEO
ICEO与输出特性曲线IB＝0对应与输出特性曲线对应
穿透电流 I CEO = (1 + β ) I CBO
3、特征频率 fT
β 值下降到时的信号频率。值下降到1时的信号频率
4、极限参数（1）最大集电极耗散功率 PCM ） PCM = iCuCE＝常数（2）最大集电极电流 ICM ）
2、输出特性
iC
iC是关于uCE的函数，的函数，
受IB限制 (1)放大区放大区 =100 µA
5 4
UCE>UBE>0，，
(2)截止区截止区
IC = βIB
80 µA 放大区 60 µA 40 µA 20 µA IB = 0
5 10 15
饱和 3 区
1、三极管内部载流子的传输过程 IC
c
ICBO
过程：过程：（1）发射（2）复合和扩散（3）收集关系：关系： IC = ICn + ICBO
ICn
Rc IB
b
Rb
e
IE = IC + IB
e
2、三极管内的电流分配关系（1）共基直流电流放大系数）
I Cn I C ≈ α= IE IE

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模拟电子技术
5
2―8 放大器的级联 2―8―1级间耦合方式 2―8―2级联放大器的性能指标计算
2―8―3 组合放大器一、CC―CE和CE―CC组合放大器二、CE―CB组合放大器作业
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
6
第二章双极型晶体管及其放大电路
（1）掌握双极型晶体管的工作原理、特性和参数。
uBE
0 UCE(sat)
uCE
(a) 输入特性近似
(b) 输出特性近似
图2―8晶体管伏安特性曲线的折线近似
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
36
b
cb
cb
c
IB
UBE(on)
βI B
UBE(on)
UCE(sat)
e
e
(a)
(b)
e (c)
图2―9 (a)截止状态模型；(b)放大状态模型；(c)饱和状态模型
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
7
2-1 双极型晶体管的工作原理
BJT(Bipolar Junction Transistor)，简称晶体管或三极管。
c
发射结
e
N
发射极发射区
集电结
b
PN
c
基区集电区集电极
b
基极
b
NPN
e c
PNP
(a) NPN管的原理结构示意图
e
Base collector emitter
P UCC N IEN
UBB
e IE
2020年3月7日星期六
跨越两个PN节，体现了放大作用
模拟电子技术
13
一、直流电流放大系数
发射区发射效率
c
ICBO
ICN
IC N
RC
ICN
IE
ICN I EN I EN I E
BE
IC ICBO 基区传输效率
b IBN
P UCC
IE
反向击穿电压。 U(BR)CEO < U(BR)CBO。
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
31
U(BR)EBO指集电极开路时，发射极—基极间的反向击穿电压。普通晶体管该电压值比较小，只
有几伏。
例如：3DG6(NPN)， U(BR)CBO =115V， U(BR)CEO =60V，U(BR)EBO=8V。
IC I CBO
I B ICBO
若忽略 ICBO , 则
IC ICBO
IE
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
17
2―2 晶体管伏安特性曲线及参数
全面描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。
iB
b 输入回路
iC
c
输出回路
iB b
iE
e
iE
e
iC c
e
c
b
(a)共发射极
四、晶体管的极限参数
2―3 晶体管直流工作状态分析及偏置电路
2―3―1晶体管的直流模型
2―3―2晶体管直流工作状态分析
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
2
2―3―3 放大状态下的偏置电路一、固定偏流电路二、电流负反馈型偏置电路三、分压式偏置电路
2―4放大器的组成及其性能指标 2―4―1 基本放大器的组成原则 2―4―2 直流通路和交流通路
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
10
2-1-1放大状态下晶体管中载流子的传输过程
（发射结正偏，集电结反偏）
一、发射区向基区注入电子二、电子在基区中边扩散边复合三、扩散到集电结的电子被集电区收集
基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的一个实例。
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
模拟电子技术
15
共射、共基直流电流放大系数、间关系
ICN IE IE ICN IE IE 1
ICN
ICN

IE (1 )ICN 1

1
1
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
16
二、IC、 IE、 IB、三者关系：
(b)共集电极
(c)共基极
(Common Emitter) (Common Collecter) (Common Base)
输入回路（接信号源，加入信号）；
输出回路（接负载，取出信号）；
图2―3晶体管的三种基本接法（组态）
2020年3月7日星期六
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18
2―2―1 晶体管共发射极特性曲线
一、共发射极输出特性曲线
IC I B (1 )ICBO
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
27
2-2-2 晶体管的主要参数
一、电流放大系数
1. 共射直流放大系数反映静态时集电极电流与基极电流之比。 2. 共射交流放大系数反映动态时的电流放大特性。
由于 IC IB (1 )ICBO IB ICEO，呈线性关系因此在以后的计算中，不必区分。
IB RB
一般
N
IEP
IEN
UBB
e IE
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14
c IC
ICBO
ICN
N
RC
b IBN
IB RB
IEP
P UCC N IEN
UBB
e IE
ICN ICN
IE ICN IBN IEP IC I CBO
IB ICBO
一般
2020年3月7日星期六
25
二、共发射极输入特性曲线
（1）U CE = 0 时，晶体管相当于两个并联二极管，i B 很大，曲线明显左移。
（2）0< UCE< 1 时，随着 UCE 增加，曲线右移，特别在 0< UCE< UCE (SAT), 即工作在饱和区时，移动量将更大一些。
（3） UCE >1 时，曲线近似重合。
2020年3月7日星期六
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26
三、温度对晶体管特性曲线的影响
T ↑，uBE↓： T ↑， ICBO ↑ ：
uBE (2mV ~ 2.5mV )/C T
T2 T1
ICBO2 ICBO12 10
T ↑， β ↑ ：
T
(0.5 ~ 1)

/
C
结
论
T ↑， IC ↑ ：
11
双极型三极管的电流传输关系.avi
IC
c
ICBO
ICN
N
b IB RB
UBB
IBN
IEP e
P
N IEN IE
RC
15V UCC
图2―2 晶体管内载流子的运动和各极电流
2020年3ห้องสมุดไป่ตู้7日星期六
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12
2-1-2 电流分配关系
IC
IC
c
ICBO
ICN
N
RC
IB
IE
b IBN
IB RB
IEP
b
IB RB
I EBO
UBB
e IE
P UCC（2）工程上认为：i B =0 以下即为截止区。因
N
为在i B =0 和i B =-i CBO
间，放大作用很弱
2020年3月7日星期六
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24
晶体管的工作状态总结
c结 e结正偏
反偏
正偏
饱和倒置放大
反偏
放大截止
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
3
2―4―3放大器的主要性能指标
一、放大倍数A
二、输入电阻 Ri 三、输出电阻Ro 四、非线性失真系数THD
五、线性失真
2―5 放大器图解分析法
2―5―1 直流图解分析
2―5―2 交流图解分析
2―5―3 直流工作点与放大器非线性失真的关系
2020年3月7日星期六
图2―7 晶体管的安全工作区
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
34
2―3 晶体管直流工作状态分析及偏置电路
将输入、输出特性曲线线性化（即用若干直线段表示）
等效电路（模型）静态：由电源引起的一种工作状态
2020年3月7日星期六
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35
2―3―1晶体管的直流模型
iB
iC
IB＝ 0
0 UBE(on)
(b) 电路符号
2020年3月7日星期六
模拟电子技术
8
集电极
发射区 e
b
发射结集电区
N＋
P
N型外延 N＋衬底
绝S缘i O层 2
集电结基区
c
(c)平面管(结c)构剖面图
图2-1 晶体管的结构与符号
2020年3月7日星期六
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结构特点
1.三区二结 2.基区很薄（几个微米至几十个微米） 3.e区重掺杂、 c区轻掺杂、 b区掺杂最轻 4.Sc结>Se结
UCE(sat) = 0.5V||0.3V（小功率Si管）； UCE(sat) = 0.2V||0.1V（小功率Ge管）。饱和（saturation）
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3. 截止区（发射结和集电结均处于反向偏置）三个电极均为反向电流，所以数值很小。

第二章双极型晶体管及其放大电路

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