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1、第三讲双极型晶体管第1页，此课件共44页哦一、一、BJT的结构和工作原理的结构和工作原理1、为什么、为什么BJT具有放大作用？具有放大作用？2、BJT三个电极的电流关系是怎样的？三个电极的电流关系是怎样的？3、如何判断电路中如何判断电路中BJT的工作状态？的工作状态？问题：问题：？第2页，此课件共44页哦BJT是由两个是由两个PN结构成的三端器件，有两种基本结构成的三端器件，有两种基本类型类型:NPN型和型和PNP型。型。+NPN管比管比PNP管应用更广泛，特别在一般的半导体集成电路中，管应用更广泛，特别在一般的半导体集成电路中，NPN管性能优于管性能优于PNP管，故重点讨论管，故重点讨论NP
2、N管。管。（一）（一）BJT的结构和符号的结构和符号基区基区发射区发射区集电区集电区发射结发射结集电结集电结发射极发射极基极基极集电极集电极注意区分两者的符号注意区分两者的符号箭头方向表示电流箭头方向表示电流的实际方向的实际方向第3页，此课件共44页哦 BJT结构特点：结构特点：（1 1）发射区高掺杂；）发射区高掺杂；（2 2）基区很薄，一般在几微米至几十微米；且掺杂浓度很低；）基区很薄，一般在几微米至几十微米；且掺杂浓度很低；（3 3）集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大）集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大.管芯结构剖面图管芯结构剖面图发射区发射区基区基区集电区集电区+是是BJT具有电流放大作
3、用的内部原因。具有电流放大作用的内部原因。要使要使BJT具有放大作具有放大作用，还必须给用，还必须给BJT加合加合适的偏置。适的偏置。第4页，此课件共44页哦（二）（二）BJT的放大偏置的放大偏置1 1、什么叫放大偏置？、什么叫放大偏置？放大偏置放大偏置“发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏”。P PN NP Pbce+-+-UBEUCEbceiCieib+-+-UBEUCEbceiCieibN NP PN Nbce2、放大偏置时、放大偏置时BJT三个电极的电位关系：三个电极的电位关系：识别管脚和判识别管脚和判断管型的依据断管型的依据是是BJT具有电流放大作用的外部条件。具有电流放大作
4、用的外部条件。前提是前提是BJT处于放大状态。处于放大状态。（此时（此时BJT处于放大状态）处于放大状态）3、放大偏置时、放大偏置时BJT三个电极的电流方向三个电极的电流方向第5页，此课件共44页哦例题：测得放大电路中的某只晶体管三个管脚例题：测得放大电路中的某只晶体管三个管脚的电位如图所示：试判断各个管脚对应的电极，的电位如图所示：试判断各个管脚对应的电极，晶体管的结构类型及材料。晶体管的结构类型及材料。0.1V0.78V-11.5V1、基极电位、基极电位UB居中居中（可先识别基极）（可先识别基极）；3、NPN管各极的电位关系：管各极的电位关系：UCUBUE；PNP管各极的电位关系：管各极的
5、电位关系：UCUBUBUE；PNP管各极的电位关系：管各极的电位关系：UCUBUE；2、发射结压降、发射结压降:|U UBEBE|=0.7=0.7（0.60.6）V V （硅管）（硅管）（硅管）（硅管）|U UBEBE|=0.3=0.3（0.20.2）V V（锗管）（锗管）（锗管）（锗管）可识别发射极可识别发射极集电极；判断管子的材料；集电极；判断管子的材料；可识别管子的类型可识别管子的类型（NPN/PNP）。）。7.5V3.9V3.2VBCENPN型硅管。型硅管。例题：测得放大电路中的某只晶体管三个管脚例题：测得放大电路中的某只晶体管三个管脚的电位如图所示：试判断各个管脚对应的电极，的电位如
6、图所示：试判断各个管脚对应的电极，晶体管的结构类型及材料。晶体管的结构类型及材料。第7页，此课件共44页哦bce RC ECEBRbIBICIE（三）放大偏置时（三）放大偏置时BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程给给NPN型型BJT加适当的偏置：加适当的偏置：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。bceRbEBRC EC第8页，此课件共44页哦bceRbEBRCECNPN1、发射区向基区注入大量电子、发射区向基区注入大量电子2、电子在基区的复合和继续扩散、电子在基区的复合和继续扩散IEnIEPIB1发射结正发射结正偏偏因浓度差，发射区的大量电子经发射结扩散因浓度差，发射区的
7、大量电子经发射结扩散注入基区，形成电子流注入基区，形成电子流基区空穴扩散注入发射区基区空穴扩散注入发射区从发射区扩散到基区的电子成为基区的从发射区扩散到基区的电子成为基区的非平非平衡少子衡少子，极少数电子与基区的空穴复合，极少数电子与基区的空穴复合，形成复合电流形成复合电流绝大部分电子继续扩散到达集电结附近。绝大部分电子继续扩散到达集电结附近。IB1IEn集电结集电结反偏反偏3、集电区收集发射区扩散过来的电子、集电区收集发射区扩散过来的电子 ICBO在外电场作用下，由发射区扩散在集电结在外电场作用下，由发射区扩散在集电结附近的非平衡少子漂移到集电区附近的非平衡少子漂移到集电区ICn基区的电子漂
8、移到集电区基区的电子漂移到集电区集电区的空穴漂移到基区集电区的空穴漂移到基区ICnICBO（扩散）（扩散）IEP（漂移）（漂移）平衡少子平衡少子的漂移的漂移第9页，此课件共44页哦（四）放大偏置时（四）放大偏置时BJT各极电流的关系：各极电流的关系：IE=IEn+IEP IEn；IC=ICn+ICBO ICn；IB=IB1+IEP-ICBO1、各极电流的构成、各极电流的构成：2、各极电流之间的关系、各极电流之间的关系：IE=IC+IB；IE 与与 IC的关系的关系：对于给定的晶体管，对于给定的晶体管，集电极收集的电子流集电极收集的电子流是发射极发射的电子流的一部分，两者的是发射极发射的电子流的
9、一部分，两者的比值在一定的电流范围内是一个常数，用比值在一定的电流范围内是一个常数，用bceRbEBRCECNPNIEnIEPIB1ICnICBOIBIEIC第10页，此课件共44页哦（四）放大偏置时（四）放大偏置时BJT各极电流的关系：各极电流的关系：IE=IEn+IEP IEn；IC=ICn+ICBO ICn；IB=IB1+IEP-ICBO1、各极电流的构成、各极电流的构成：2、各极电流之间的关系、各极电流之间的关系：IE=IC+IB；IE 与与 IC的关系的关系：IC 与与 IB的关系的关系：定义：定义：共射直流电流放大倍数共射直流电流放大倍数说明：说明：BJT具有电流放大作用；具有电流
10、放大作用；IC受受IB控制，控制，BJT为为电流控制器件电流控制器件。基本上为常数，基本上为常数，因此放大偏置的因此放大偏置的BJT中中IE、IC和和 IB近似成近似成比例关系比例关系。第11页，此课件共44页哦bce RC ECEBRbiBiCiE1、发射结正偏电压、发射结正偏电压u uBEBE对各极电流的作用对各极电流的作用正向控制作用。正向控制作用。发射极电流实际上是正偏发射结的正向电流：发射极电流实际上是正偏发射结的正向电流：（五）（五）BJT的结偏置电压与各极电流的关系的结偏置电压与各极电流的关系uBEuCB两者是指数关系。两者是指数关系。BJT各个电极的电流各个电极的电流iE、iC
11、、iB与发射结正偏电压与发射结正偏电压u uBEBE都是都是指数关系指数关系。第12页，此课件共44页哦基区基区发射结发射结集电结集电结发发射射区区集集电电区区EBC2、集电结反偏电压、集电结反偏电压u uCBCB对各极电流的影响对各极电流的影响基区宽调效应。基区宽调效应。集电结宽度集电结宽度 基区有效宽度基区有效宽度 这种由集电结反偏电压变化引起基这种由集电结反偏电压变化引起基区宽度变化，从而影响各极电流的区宽度变化，从而影响各极电流的现象称为现象称为基区宽度调制效应基区宽度调制效应，简称，简称基区宽调效应基区宽调效应或或厄利（厄利（Early）效应）效应。空穴复合机会空穴复合机会 u uC
12、BCB通过厄利效应对通过厄利效应对BJT电流的影响远不如电流的影响远不如u uBEBE对电流的正向控制作对电流的正向控制作用大，但它的存在使用大，但它的存在使BJT的电流受控关系复杂化，使之成为所谓的的电流受控关系复杂化，使之成为所谓的“双向双向受控元件受控元件”，由此带来分析的复杂化，并有可导致放大器因，由此带来分析的复杂化，并有可导致放大器因“内反馈内反馈”而而性能变坏。性能变坏。第13页，此课件共44页哦（六）（六）BJT的截止和饱和工作状态的截止和饱和工作状态1 1、截止状态：、截止状态：发射结和集电结都反偏发射结和集电结都反偏晶体管的电流只有反向饱和电流成分。晶体管的电流只有反向饱和
13、电流成分。忽略反向饱和电流，则截止状态下的晶体管各忽略反向饱和电流，则截止状态下的晶体管各极电流等于极电流等于0，其等效模型为：，其等效模型为：cbe2 2、饱和状态：、饱和状态：发射结和集电结都正偏发射结和集电结都正偏 正偏正偏PN结的导通电压较小，在大信号状结的导通电压较小，在大信号状态下可以忽略，其等效模型为：态下可以忽略，其等效模型为：cbe3、BJT的结偏置情况与工作状态的关系的结偏置情况与工作状态的关系（1 1）放大状态：）放大状态：发射结正偏；集电结反偏发射结正偏；集电结反偏（3 3）饱和状态：）饱和状态：发射结和集电结都正偏发射结和集电结都正偏（2 2）截止状态：）截止状态：发
14、射结和集电结都反偏发射结和集电结都反偏（4 4）倒置状态：）倒置状态：发射结反偏；集电结正偏发射结反偏；集电结正偏判断判断BJT的工的工作状态作状态第14页，此课件共44页哦练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对“地地”电压如下：判电压如下：判断管子工作状态（断管子工作状态（放大、截止、饱和、放大、截止、饱和、倒置倒置、损坏、损坏）0-2.7 -3硅管硅管-30 -0.3锗管锗管0.7-3.5 0硅管硅管1.11 1 1.3锗管锗管（a）发射结反偏，集电结反偏，发射结反偏，集电结反偏，截止状态。截止状态。（b）发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结
15、反偏，放大状态。放大状态。（c）发射结反偏，集电结正偏，发射结反偏，集电结正偏，倒置状态。倒置状态。（d）发射结正偏，集电结正偏，发射结正偏，集电结正偏，饱和状态。饱和状态。第15页，此课件共44页哦-1.4-3.5-2.8硅管硅管1.31.5 1.2锗管锗管3.71.5 1.8锗管锗管12-0.7 2 2硅管硅管（e）发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，放大状态。放大状态。（f）发射结正偏，集电结正偏，发射结正偏，集电结正偏，饱和状态。饱和状态。（g）发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，放大状态。放大状态。（h）发射结正偏，发射结正偏，UBE 0.7V，损坏。损坏。练
16、习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对“地地”电压如下：电压如下：判断管子工作状态（判断管子工作状态（放大、截止、饱和、放大、截止、饱和、倒置倒置、损坏、损坏）第16页，此课件共44页哦0.1mA4mA5mA5.1mA练习：测得某放大电路中练习：测得某放大电路中BJT的两个电极的电流如下，请标的两个电极的电流如下，请标出各管脚对应的电极，剩余电极的电流方向和大小。出各管脚对应的电极，剩余电极的电流方向和大小。BCE4.1mA0.1mACBEIE=IC+IB第17页，此课件共44页哦 （七）（七）BJT的三种基本组态：的三种基本组态：共射极组态，共射极组态
17、，用用CE表示表示；共基极组态，共基极组态，用用CB表示；表示；共集电极组态，共集电极组态，用用CC表示。表示。第18页，此课件共44页哦 iBuBE二、二、BJT的静态特性曲线的静态特性曲线在直流和低频场合下，在直流和低频场合下，BJT输入端口和输出端口的伏安特输入端口和输出端口的伏安特性，是性，是BJT内部载流子运动的外部表现。内部载流子运动的外部表现。（一）输入特性曲线：（一）输入特性曲线：iB=f(uBE)uCE=常数常数UCE=0V110uBE不变，不变，uCE uCB iC,iB +-+-uBEuCEbceiCiEiB处于放大状态的处于放大状态的BJT，uCE 1V，曲线特点：曲线
18、特点：1、iB与与uBE近似为指数关系，与二极近似为指数关系，与二极 管正向特性相似。管正向特性相似。2、uCE增大，曲线右移（增大，曲线右移（厄利效应厄利效应）。）。3、当当uCE 1V后，特性曲线基本重合。后，特性曲线基本重合。输入特性曲线就用输入特性曲线就用uCE 1V的曲线表示。的曲线表示。对于一定的对于一定的uBE，当，当uCE增大到一定值后，集电结的电场已足够强，增大到一定值后，集电结的电场已足够强，可以将发射区注入到基区的绝大部分非平衡少子收集到集电区，因可以将发射区注入到基区的绝大部分非平衡少子收集到集电区，因此即使再增大此即使再增大uCE，iC也不可能明显增大了。也不可能明显
19、增大了。第19页，此课件共44页哦uCEiC（二）输出特性曲线：（二）输出特性曲线：iB=0 0饱饱和和区区BUCEO击穿区击穿区截止区截止区临界饱和线临界饱和线iB=IB5iB=IB4iB=IB3iB=IB2iB=IB1放大区放大区+-+-uBEuCEbceiCiEiB2、放大区：、放大区：(发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏)uCEuCB iB,iC。iB ，倾斜的程度会增大。倾斜的程度会增大。iC iB特性曲线平坦，近似为直线。特性曲线平坦，近似为直线。特性曲线间隔均匀，特性曲线间隔均匀，iC 随随iB 近近似的成正比例变化。似的成正比例变化。（BJT的放大作用）的放大作用）由
20、于厄利效应，特性曲线随由于厄利效应，特性曲线随uCE的的增大略向上倾斜。增大略向上倾斜。1、截止区：、截止区：（发射结和集电结都反偏）（发射结和集电结都反偏）iB=0；iC=ICEO三个电极电流近似为三个电极电流近似为0，没有放大作用。，没有放大作用。iC=f(uCE)iB=常数常数第20页，此课件共44页哦uCEiCiB=0 0饱饱和和区区BUCEO击穿区击穿区截止区截止区临界饱和线临界饱和线iB=IB5iB=IB4iB=IB3iB=IB2iB=IB1放大区放大区3、饱和区：、饱和区：（uCE uBE,发射结和集电结都正偏）发射结和集电结都正偏）临界饱和临界饱和：集电结零偏，集电结零偏，uC
21、E=uBE或或uCB=0临界饱和时，仍有临界饱和时，仍有iC iB。进入饱和区后，进入饱和区后，iC随随uCE的减小而明显下降。的减小而明显下降。uCE减小使减小使集电结正偏加大，集电区的扩散电流将抵消部分集电结正偏加大，集电区的扩散电流将抵消部分由发射区载流子转化而来的电流，由发射区载流子转化而来的电流，使集电极电流急剧下降。使集电极电流急剧下降。各曲线几乎重合，各曲线几乎重合，iC不再不再 随随iB 成比例地变化成比例地变化:iC T1T1T ，（0.5%1%)/CT ICBO iC，输出特性曲输出特性曲线上移线上移 第22页，此课件共44页哦三、三、BJT的主要特性参数的主要特性参数1
22、1、电流增益（电流放大倍数）：、电流增益（电流放大倍数）：共射直流电共射直流电 流放大倍数流放大倍数共基直流电共基直流电 流放大倍数流放大倍数共射交流电共射交流电 流放大倍数流放大倍数共基交流电共基交流电 流放大倍数流放大倍数一般在电流不是很大的情况，可以认为：一般在电流不是很大的情况，可以认为：今后不再区分直流还是交流，统一用今后不再区分直流还是交流，统一用 和和 表示。表示。第23页，此课件共44页哦2 2、极间反向电流：、极间反向电流：（1）集电极基极反向饱和电流）集电极基极反向饱和电流 ICBO：（2）集电极反向穿透电流）集电极反向穿透电流ICEO：IBICIB=-ICBO，IC=IC
23、BOICEO=（1+1+）ICBO (P30)与单个与单个PN结的反向饱和电流一样。结的反向饱和电流一样。ICBO的值很小，硅管小于的值很小，硅管小于1A，锗管，锗管约约10A，受温度影响很大。，受温度影响很大。此电流从集电区穿越基区流至发射区，所以叫穿透电流。此电流从集电区穿越基区流至发射区，所以叫穿透电流。ICBO和和ICEO都是衡量都是衡量BJT温度稳定性的温度稳定性的重要参数，因重要参数，因ICEO大，容易测量，所以大，容易测量，所以常把常把ICEO作为判断管子质量的重要依据。作为判断管子质量的重要依据。ICBO和和ICEO越小，说明其质量越好。越小，说明其质量越好。第24页，此课件共
24、44页哦集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICmax使使BJT的的值明显减小的集电极电流。值明显减小的集电极电流。集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCmax管子的功率损耗为：管子的功率损耗为：反向击穿电压：反向击穿电压：BUCBO：发射极开路时集电极基极间的反向击穿电压。：发射极开路时集电极基极间的反向击穿电压。+-+-uBEuCEbceiCiEiBPCmaxpC的平均值不允许超过的极限值。的平均值不允许超过的极限值。集电极功率损耗集电极功率损耗BUCEO：基极开路时集电极发射极间的反向击穿电压。基极开路时集电极发射极间的反向击穿电压。BUEBO：集电极开路时发射极基极间的反向击穿电压。：集电极开路时发射极基极间的反向击穿电压。BUEBOBUCEO U(BR)CEO放大区放大区击击穿穿区区截止区截止区饱饱和和区区第43页，此课件共44页哦（三）（三）BJT三种工作状态的偏置条件及特点三种工作状态的偏置条件及特点工作状态截止放大饱和偏置条件发射结和集电结均反偏发射结正偏集电结反偏发射结和集电结均正偏电流关系iB=0iC=ICEO 0iB 0iC=iBiC=ICS iBUCES=0.3VC、E间等效电阻很大可变很小+-+-uBEuCEbceiCiEiB第44页，此课件共44页哦