2.2 晶体三极管的其它工作模式
2.4 晶体三极管伏安特性曲线
2.3 埃伯尔斯 — 莫尔模型
2.7 晶体三极管的应用原理
2.1 放大模式下晶体三极管的工作原理
第二章 晶体三极管
2.5 晶体三极管小信号电路模型
2.6 晶体三极管电路分析方法
概 述
?三极管结构及电路符号
发射极 E
基极 B
P NN+
集电极 C
发射极 E
基极 B
N PP +
集电极 C
B
CE
B
CE
发射结 集电结
? 三极管三种工作模式
发射结 正 偏, 集电结 反 偏 。?放大模式：
发射结 正 偏, 集电结 正 偏 。?饱和模式：
发射结 反 偏, 集电结 反 偏 。?截止模式：
注意,三极管具有正向受控作用，除了满足内部结
构特点外，还必须满足放大模式的外部工作条件。
? 三极管内部结构特点
1） 发射区高掺杂 。 2）基区很薄。 3）集电结面积大。
2.1 放大模式下三极管工作原理
2.1.1 内部载流子传输过程
P NN+
- + - +V
1 V2 R2R1
IEn
IEp
IBB
ICn
ICBO
IE
IE= IEn+IEp
IC
IC=ICn+ICBO
IB
IB= IEp+IBB -ICBO = IEp+(IEn-ICn) -ICBO =IE -IC
?发射结正偏,保证发射区向基区发射多子 。
?发射区掺杂浓度 >>基区：减少基区向发射区发射
的多子，提高发射效率。
? 基区的作用,将发射到基区的多子, 自发射结
传输到集电结边界 。
?基区很薄,可 减少多子传输过程中在基区的复合
机会, 保证绝大部分载流子扩散到 集电结边界 。
? 集电结反偏, 且集电结面积大,保证扩散到集电
结边界的载流子全部漂移到集电区, 形成受控的集
电极电流 。
?三极管特性 —— 具有正向受控作用
即三极管输出的集电极电流 IC,主要受正向发射结
电压 VBE的控制，而与反向集电结电压 VCE近似无关。
注意,NPN型管与 PNP型管工作原理相似，但由于它们
形成电流的载流子性质不同，结果导致各极电流方向
相反，加在各极上的电压极性相反。
V1
N PP +P NN+
V2 V2V1+ - + -- + - +
IE IC
IB
IE IC
IB
? 观察输入信号作用在那个电极上，输出信号从那
个电极取出，此外的另一个电极即为组态形式。
2.1.2 电流传输方程
?三极管的三种连接方式 —— 三种组态
B
CE
B
T
ICIE
E
C
B
E
T
IC
IB
C
E
B
C
T
IE
IB
（共发射极）（共基极） （共集电极）
? 放大电路的组态是针对交流信号而言的。
?共基极直流电流传输方程
B
CE
B
T
ICIE直流电流传输系数：
E
C
E
C B OC
I
I
I
II ????
直流电流传输方程：
CBOEC III ?? ?
?共发射极直流电流传输方程
E
C
B
E
T
IC
IB
?
??
?? 1
C B OC E O )1( II ???
C E OBC III ?? ?
直流电流传输方程：
其中：
CBE III ??
CBOEC III ?? ?
? 的物理含义：?
ECn
ECn
/1
/
1 II
II
???? ?
??
表示，受发射结电压控制的复合电流 IBB,对集电
极正向受控电流 ICn的控制能力。
?
若忽略 ICBO，则：
B
C
CnE
Cn
I
I
II
I ?
???
E
C
B
E
T
IC
IB
?可见,为共发射极电流放大系数。
BB
Cn
CnE
Cn
I
I
II
I ?
??
?ICEO的物理含义：
ICEO指基极开路时，集电极
直通到发射极的电流。
∵ IB=0 I
EP
ICBO ICn
IEn
+
_VCE
N
P
N+
C
B
E
ICEO
IB=0
∴ IEp+(IEn-ICn) =IE -ICn =ICBO
因此：
CBOCBOCBOCBOCnC E O )1( IIIIII ?? ??????
CBO
Cn
CnE
Cn
I
I
II
I ?
???
即：
三极管的正向受控作用，服从指数函数关系式：
2.1.3 放大模式下三极管的模型
? 数学模型 （ 指数模型 ）
T
BE
T
BE
e)1e( SE B SE V
V
V
V
C IIII ???? ??
IS指发射结反向饱和电流 IEBS转化到集电极上的电
流值, 它不同于二极管的反向饱和电流 IS。
E B SS II ??
式中：
?放大模式直流简化电路模型
电路模型
VBE
+
-E
CB
E
ICIB
IB?
E
C
B
E
T
IC
IB
共发射极 直流简化电路模型
VBE(on)
E
CB
E
ICIB
IB?+-
VBE(on)为发射结导通电压，工程上一般取：
硅管 VBE(on)= 0.7V
锗管 VBE(on)= 0.25V
? 三极管参数的温度特性
? 温度每升高 1?C,? ?/? 增大（ 0.5?1） %，即：
? 温度每升高 1 ?C, VBE(on) 减小 （ 2 ? 2.5） mV,即：
? 温度每升高 10 ?C, ICBO 增大一倍，即：
101CBO2CBO
12
2)()(
TT
TITI
?
??
005.0(?? T? ? C/)01.0 ?
?
2(B E ( o n ) ???? TV C/mV)5.2 ?
?
P NN+
V1 V2 R2R1
2.2 晶体三极管的其它工作模式
2.2.1 饱和模式 ( E结正偏,C结正偏 )
- +
IF ?FIF
+ -
IR?RIR
IE= IF-?RIR
IC
IC= ?FIF - IR
IE
结论,三极管失去正向受控作用。
?饱和模式直流简化电路模型
E
C
B
E
T
IC
IB
共发射极
通常，饱和压降 VCE(sat) 硅管 VCE(sat) ? 0.3V
锗管 VCE(sat) ? 0.1V
电路模型
VBE
+
-E
CB
E
ICIB
+
-VCE(sat)
直流简化电路模型
VBE(on)
E
CB
E
ICIB
+
-
+
-VCE(sat)
若忽略饱和压降, 三极管输出端近似短路 。
即三极管工作于饱和模式时，相当于开关闭合。
2.2.2 截止模式 ( E结反偏,C结反偏 )
若忽略反向饱和电流，三极管 IB ? 0,IC ? 0。
即三极管工作于截止模式时，相当于开关断开。
E
C
B
E
T
IC
IB
共发射极 电路模型
VBE
+
-E
CB
E
ICIB
?截止模式直流简化电路模型
直流简化电路模型
E
CB
E
IC ?0IB ?0
2.3 埃伯尔斯 — 莫尔模型
埃伯尔斯 — 莫尔模型是三极管通用模型，它适用
于任何工作模式。
IE= IF-?RIR
IC= ?FIF -IR
)1e( T
BE
EB SF ??
V
V
II
)1e( T
BC
C B SR ??
V
V
II
其中
E C
B
IE IF
?RIR
IC
?FIF
IR
IB
2.4 晶体三极管伏安特性曲线
伏安特性曲线是三极管通用的曲线模型，它适用
于任何工作模式。
IB= f1E ( VBE ) V
CE = 常数
IC= f2E ( VCE ) I
B = 常数
共发射极
输入特性：
输出特性：
+
-
T V
CE
IB
VBE
IC
+
-
? 输入特性曲线
VCE =0
IB /?A
VBE /VVBE(on)
0.3V
10V
0
V(BR)BEO
IEBO +ICBO
? VCE一定：
类似二极管伏安特性 。
? VCE增加：
正向特性曲线略右移。
由于 VCE=VCB+VBE
WB?
WB
E B C
基区宽度调制效应
注,VCE>0.3V后，曲线移动可忽略不计。
因此当 VBE一定时：
VCE??VCB?? ?复合机会 ??IB ??曲线右移。
? 输出特性曲线
? 饱和区 （ VBE? 0.7V,VCE<0.3V ）
IC /mA
VCE /V0
IB = 40 ?A
30 ?A
20 ?A
10 ?A
0
特点：
条件,发射 结正偏,集电 结正偏。
IC不受 IB控制，而受 VCE影响。
VCE略增,IC显著增加。
输出特性曲线可
划分为四个区域：
饱和区、放大区、
截止区、击穿区。
? 放大区 （ VBE? 0.7V,VCE>0.3V）
IC /mA
VCE /V0
IB = 40 ?A
30 ?A
20 ?A
10 ?A
0特点
条件 发射 结正偏集电 结反偏
VCE??曲线略上翘
具有正向受控作用
满足 IC=? IB + ICEO
说明
IC /mA
VCE /V0
VA
上翘程度 — 取决于厄尔利电压 VA
上翘原因 — 基区宽度调制效应（ VCE?? IC略 ?）
在考虑三极管基区宽度调制效应时，电流 IC的
)1(e
A
CE
SC
T
BE
V
VII VV ??修正方程：
基宽 WB越小 ?调制效应对 IC影响越大 ?则 ?VA?越小。
? 与 IC的关系：
IC0
?在 I
C一定范围内 ??近似为常数。
IC过小 ?使 IB??造成 ??。
IC过大 ?发射效率 ??造成 ??。
考虑上述因素,IB等量增加时，
IC
VCE0输出曲线不再等间隔平行上移。
? 截止区 （ VBE? 0.5V,VCE ?0.3V）
IC /mA
VCE /V0
IB = 40 ?A
30 ?A
20 ?A
10 ?A
0
特点：
条件,发射 结反偏,集电 结反偏。
IC ? 0,IB ? 0
近似为 IB≤ 0以下区域
严格说，截止区应是 IE = 0即 IB = -ICBO以下的区域。
因为 IB 在 0?-ICBO时，仍满足
C B OBC )1( III ?? ???
? 击穿区
特点：
VCE增大到一定值时，集电结反向击穿,IC急剧增大。
V(BR)CEO
集电结反向击穿电压，随 IB的增大而减小。注意：
IB = 0时，击穿电压为 V(BR)CEO
IE = 0时，击穿电压为 V(BR)CBO V(BR)CBO > V(BR)CEO
IC /mA
VCE /V0
IB = 40 ?A
30 ?A
20 ?A
10 ?A
0
IB = -ICBO (IE = 0)
V(BR)CBO
? 三极管安全工作区
IC
VCE0
V(BR)CEO
ICM
PCM
?最大允许集电极电流 ICM （若 IC>ICM ?造成 ??）
?反向击穿电压 V(BR)CEO（若 VCE>V(BR)CEO?管子击穿）
VCE<V(BR)CEO
?最大允许集电极耗散功率 PCM
（ PC= IC VCE,若 PC> PCM ?烧管）
PC<PCM
要求
IC? ICM
放大电路小信号运用时，在静态工作点附近的
小范围内，特性曲线的非线性可忽略不计，近似
用一段直线来代替，从而获得一线性化的电路模
型，即小信号（或微变）电路模型。
2.5 晶体三极管小信号电路模型
三极管作为四端网络, 选择不同的自变量, 可以
形成多种电路模型 。 最常用的是 混合 Π 型小信号
电路模型 。
? 混合 Π 型电路模型的引出
基区体电阻
发射结电阻与电容
集电结电阻与电容
反映三极管正向受
控作用的电流源
由基区宽度调制效
应引起的输出电阻
ib
ic
b
c
e
rbb?
rb?e cb?e
cb?crb?c
b?
gmvb?e
rce
? 混合 Π 型小信号电路模型
若忽略 rb?c影响，整理即可得出混 Π 电路模型。
rb?e r
ce
cb?c
cb?e
rbb?
b c
e
gmvb?e
b?ib ic
电路低频工作时，可忽略结电容影响，因此低频
混 Π 电路模型简化为：
rb?e r
ce
rbb?
b c
e
gmvb?e
b?ib ic
? 小信号电路参数
? rbb?基区体电阻,其 值较小，约几十欧，常忽略不计。
? rb?e三极管输入电阻, 约千欧数量级。
CQQE
EB
B
E
QB
EB 26)1()1(
I
r
i
v
i
i
i
vr
eeb ?? ?????
??
?
??
?
?? ??
?
?跨导 gm表示三极管具有正向受控作用的增量电导。
CQ
eEB
E
E
C
QEB
C 5.38 I
rv
i
i
i
v
ig
m ???
??
?
??
?
??
??
?
?rce三极管输出电阻,数值较大。 RL<< rce 时，常忽略。
CQ
A
QC
CE
I
V
i
vr
ce ??
??
? 简化的低频混 Π 电路模型
由于
ebebe
1
)1(
)1(
??
????? rrrg m ?????
因此，等效电路中的 gmvb?e,也可用 ?ib表示。
bbmm irigvg ??? ?? ebeb
c
b
e
T
iC
iB
rb?e
b c
e
gmvb?e
ib ic
=?ib
注意,小信号电路模型只能用来分析叠加在 Q点上
各交流量之间的相互关系, 不能分析直流参量 。
由于交流信号均叠加在静态工作点上, 且交流信
号幅度很小, 因此对工作在放大模式下的电路进行
分析时, 应先进行直流分析, 后进行交流分析 。
2.6 晶体三极管电路分析方法
直流分析法
分析指标, IBQ,ICQ,VCEQ
分析方法,图解法, 估算法
交流分析法 分析指标, Av,Ri, Ro
分析方法,图解法, 微变等效电路法
即分析交流输入信号为零时, 放大电路中直流电压
与直流电流的数值 。
2.6.1 直流分析法
? 图解法
即利用三极管的输入, 输出特性曲线与管外电路
所确定的负载线, 通过作图的方法进行求解 。
要求,已知三极管特性曲线和管外电路元件参数。
优点,便于直接观察 Q点位置是否合适，输出信号波
形是否会产生失真。
（ 1） 由电路输入特性确定 IBQ
? 写出管外输入回路直流负载线方程 (VBE?IB)。
图解法分析步骤：
? 在输入特性曲线上作直流负载线。
? 找出对应交点，得 IBQ与 VBEQ。
（ 2）由电路输出特性确定 ICQ与 VCEQ
? 写出管外输出回路直流负载线方程 (VCE? IC) 。
? 在输出特性曲线上作直流负载线。
? 找出负载线与特性曲线中 IB =IBQ曲线的交点，
即 Q点，得到 ICQ与 VCEQ。
例 1,已知电路参数和三极管输入, 输出特性曲线，
试求 IBQ,ICQ,VCEQ。
Q
? 输入回路直流负载线方程
VBE=VBB-IBRB
VBB
VBB/RB
VBEQ
IBQ
+ -
IB
VBB
IC
- +V
CC
RB RC+
-VBE
+
-
VCE
? 输出回路直流负载线方程
VCE=VCC-ICRC
IC
VCE0VBE
IB
0
IB =IBQ
VCC
VCC/RC
QI
CQ
VCEQ
? 工程近似法 --估算法
即利用直流通路, 计算静态工作点 。 直流通路 是指
输入信号为零, 耦合及旁路电容开路时对应的电路 。
分析步骤：
? 确定三极管工作模式 。
? 用相应简化电路模型替代三极管 。
? 分析电路直流工作点 。
只要 VBE ?0.5V（Ｅ结反偏） 截止模式
假定放大模式，估算 VCE,
若 VＣ E > 0.3V 放大模式
若 VＣ E＜ 0.3V 饱和模式
例 2 已知 VBE(on)=0.7V, VCE(sat)=0.3V, ?=30, 试
判断三极管工作状态，并计算 VC。
解,假设 T工作在放大模式
A53
B
B E ( o n )CC
BQ ??
?
?
R
VV
I
mA59.1BQCQ ?? II ?
V41.4CCQCCC E Q ??? RIVV
VCC
RCRB
(+6V)
1k?
100k?
T
因为 VCEQ>0.3V,所以 三极管 工作在 放大模式 。
VC = VCEQ= 4.41V
例 3 若将上例电路 中的 电阻 RB 改为 10k?,试重新
判断三极管工作状态，并计算 VC。
解,假设 T工作在放大模式
A530
B
B E( o n )CC
BQ ??
??
R
VVI
mA9.15BQCQ ?? II ?
V9.9CCQCCC E Q ???? RIVV
VCC
RCRB
(+6V)
1k?
10k?
T
因为 VCEQ<0.3V,所以 三极管 工作在 饱和模式 。
mA7.5
C
C E( s a t)CC
CS ?
??
R
VVI
V3.0C E ( s a t)C ?? VV
例 4 已知 VBE(on)=0.7V, VCE(sat)=0.3V, ?=30, 试
判断三极管工作状态，并计算 VC。
解：
所以 三极管 工作在 截止模式 。
VCC
RCRB1
(+6V)
1k?
100k?
T
RB2
2k?
+
-VBB
RB
RC
+
-VCC
V12.0
B2B1
CCB2
BB ??? RR
VRV
??? k95.1// 21 BBBB RRR
< VBE(on)
V6CCC ?? VV
2.6.2 交流分析法
? 小信号等效电路法 (微变等效电路法 )
分析电路加交流输入信号后，叠加在 Q点上的电压
与电流变化量之间的关系。
在交流通路基础上，将三极管用小信号电路模型代
替得到的线性等效电路即小信号等效电路。利用该等
效电路分析 Av,Ri, Ro的方法即小信号等效电路法。
交流通路,
即交流信号流通的路径。 它是将直流电源短路、耦
合, 旁路电容短路时对应的电路。
小信号等效电路法分析步骤：
? 画交流通路 (直流电源短路，耦合, 旁路电容短路 )。
? 用小信号电路模型代替三极管，得小信号等效电路。
? 利用 小信号 等效电路分析交流指标 。
? 计算微变参数 gm,rb?e。
注意,
小信号等效电路只能用来分析交流量的变化规律及
动态性能指标，不能分析静态工作点。
例 5 已知 ICQ=1mA,?=100,vi =20sin?t(mV),试画
出图示电路的交流通路及交流等效电路,并计算 vo。
vi
rb?e
?ib
ib ic
RB +
-
RC RL
vo
+
-
vi
ib
ic
RB RC
+
-
RL
+
-
vo
????? k63.226)1(
CQ
eb Ir ?
vi +
-
iB
VBB
iC
VCC
RB
RC+
-
+
-
RL
C1
C2
5k?
)//( LCco RRiv ??
L
i R
r
v
eb
???
?
?
LbRi ??? ?
V)(s in52.1 t???
? 图解法
? 确定静态工作点 (方法同前 )。
? 画交流负载线 。
? 画波形, 分析性能 。
过 Q点,作 斜率为 -1/R?L的直线即交流负载线 。
其中 R?L= RC // RL
分析步骤,
图解法直观、实用，容易看出 Q点设置是否合适，波
形是否产生失真，但不适合分析含有电抗元件的复杂
电路。同时在输入信号过小时作图精确度降低。
例 6 输入正弦信号时，画各极电压与电流的波形。
?t
vBE0
Q
vBE
iB
0
iC
vCE0
Q
?t
iB
IBQ
iC
?t
ICQ
?t
vCE0
-1/R?L
VCEQ
ib
vi +
-
iB
VBB
iC
VCC
RB RC+
-
vBE
+
-
vCE+
-
+
-
RL
C1
C2
Q点位置与波形失真：
Q点过 低, vO负 半周易 截止 失真 。PNP管
Q点过 高, vO正 半周易 饱和 失真 。
Q点过 低, vO正 半周易 截止 失真 。NPN管
Q点过 高, vO负 半周易 饱和 失真 。
由于 PNP管电压极性与 NPN管相反，故横轴 vCE可改为 -vCE。
消除饱和失真
降低 Q点, 增大 RB, 减小 IBQ
减小 RC, 负载线变徒,输出动态范围增加。
消除截止失真 ? 升高 Q点, 减小 RB, 增大 IBQ
2.7 晶体三极管应用原理
2.7.1 电流源
利用三极管放大区 iB恒定时 iC接近恒流的特性，可
构成集成电路中广泛采用的一种单元电路 --电流源。
iC
vCE0
iB
VCE(sat)
Q
iC
R
+
-VQ+ v
iB恒值
外电路 (负载电路 )
该电流源不是普通意义上的电流源, 因它本身不提供能量 。 电
流源电路的输出电流 IO,由外电路中的直流电源提供 。
IO只受 IB控制，与外电路在电流源两端呈现的电压大小几乎无
关。就这个意义而言，将其看作为电流源。
放大器的作用就是将输入信号进行不失真的放大。
2.7.2 放大器
? 放大原理
+
-
iB
vi
iC
VCC
RC
+
-
+ -V
IQ
vo
VIQ ?t
vBE
0
IBQ
?t
iB
0
?t
vi
ICQ
?t
iC
0
VCEQ
?t
vCE
0
?t
vo
0
利用 ib 对 ic的控制
作用实现放大。
? 电源 VCC提供的功率：
? 放大实质
?? ? ?? 20 CCCD 21 tdiVP CQCC IV?
? 三极管集电极上的功率：
?? ? ?? 20 CCEC 21 tdiVP C2cmCQC E Q 21 RIIV ??
? 负载电阻 RC 上的功率：
?? ? ?? 20 C2L 21 tdRiP C C2cmC2CQ 21 RIRI ??
CCQC E QCC RIVV ??? LCD PPP ???
注意：
放大器放大信号的实质,是利用三极管的正向受
控作用，将电源 VCC提供的直流功率，部分地转换
为输出功率。
? 电源 VCC 不仅要为三极管提供偏置，保证管子工作
在放大区，同时还 是整个电路的能源。
电源 提供的功率 PD 除了转换成负载上有用的输出
功率 PL 外，其余均消耗在晶体三极管上（ PC ） 。
?三极管仅是一个换能器。
? 顺时针与逆时针方向
三极管个数相等 ;
2.7.3 跨导线性电路
? 跨导线性环（ TL环） vBE2
vBE4
vBE6
vBE8
vBE10
+ -
+
-
-
+
+
-
- +
vBE1
vBE3
vBE5
vBE7
vBE9+ -
+
-
-
+
+
-
- +
? N个放大模式下工
作的三极管发射结
连成一闭合回路 ;
若各管发射结面积相等，则：
?? ?
C C W
C
CW
C kk ii
若各管发射结面积不等，则：
?? ?
C C W
C
CW
C kk ii ?
???
C C WCW
kk SS?
其中
? 跨导线性环应用电路
由图知,VCC
T1
T2
T3
T4
IX
IY
io
X2C1C iii ??
Y3C ii ?
O4C ii ?
由 TL环知：
4C3C2C1C iiii ???
则：
Y2X4CO iiii ??
例 1：设各管发射结面积相等。
当 iY为定值时，电路可实现对 iX的平方运算。
由图知,V
CC
T1
T2
T3
T4
IX
IY
ioX1C
ii ?
Y2C ii ?
O4C3C iii ??
则：
4C3C2C1C iiii ???
YXO iii ?
例 2：设各管发射结面积相等。
由 TL环知：
若两输入电流中有一个恒定，则可实现对 另一电
流 的平方根运算。
2.4 晶体三极管伏安特性曲线
2.3 埃伯尔斯 — 莫尔模型
2.7 晶体三极管的应用原理
2.1 放大模式下晶体三极管的工作原理
第二章 晶体三极管
2.5 晶体三极管小信号电路模型
2.6 晶体三极管电路分析方法
概 述
?三极管结构及电路符号
发射极 E
基极 B
P NN+
集电极 C
发射极 E
基极 B
N PP +
集电极 C
B
CE
B
CE
发射结 集电结
? 三极管三种工作模式
发射结 正 偏, 集电结 反 偏 。?放大模式：
发射结 正 偏, 集电结 正 偏 。?饱和模式：
发射结 反 偏, 集电结 反 偏 。?截止模式：
注意,三极管具有正向受控作用，除了满足内部结
构特点外，还必须满足放大模式的外部工作条件。
? 三极管内部结构特点
1） 发射区高掺杂 。 2）基区很薄。 3）集电结面积大。
2.1 放大模式下三极管工作原理
2.1.1 内部载流子传输过程
P NN+
- + - +V
1 V2 R2R1
IEn
IEp
IBB
ICn
ICBO
IE
IE= IEn+IEp
IC
IC=ICn+ICBO
IB
IB= IEp+IBB -ICBO = IEp+(IEn-ICn) -ICBO =IE -IC
?发射结正偏,保证发射区向基区发射多子 。
?发射区掺杂浓度 >>基区：减少基区向发射区发射
的多子，提高发射效率。
? 基区的作用,将发射到基区的多子, 自发射结
传输到集电结边界 。
?基区很薄,可 减少多子传输过程中在基区的复合
机会, 保证绝大部分载流子扩散到 集电结边界 。
? 集电结反偏, 且集电结面积大,保证扩散到集电
结边界的载流子全部漂移到集电区, 形成受控的集
电极电流 。
?三极管特性 —— 具有正向受控作用
即三极管输出的集电极电流 IC,主要受正向发射结
电压 VBE的控制，而与反向集电结电压 VCE近似无关。
注意,NPN型管与 PNP型管工作原理相似，但由于它们
形成电流的载流子性质不同，结果导致各极电流方向
相反，加在各极上的电压极性相反。
V1
N PP +P NN+
V2 V2V1+ - + -- + - +
IE IC
IB
IE IC
IB
? 观察输入信号作用在那个电极上，输出信号从那
个电极取出，此外的另一个电极即为组态形式。
2.1.2 电流传输方程
?三极管的三种连接方式 —— 三种组态
B
CE
B
T
ICIE
E
C
B
E
T
IC
IB
C
E
B
C
T
IE
IB
（共发射极）（共基极） （共集电极）
? 放大电路的组态是针对交流信号而言的。
?共基极直流电流传输方程
B
CE
B
T
ICIE直流电流传输系数：
E
C
E
C B OC
I
I
I
II ????
直流电流传输方程：
CBOEC III ?? ?
?共发射极直流电流传输方程
E
C
B
E
T
IC
IB
?
??
?? 1
C B OC E O )1( II ???
C E OBC III ?? ?
直流电流传输方程：
其中：
CBE III ??
CBOEC III ?? ?
? 的物理含义：?
ECn
ECn
/1
/
1 II
II
???? ?
??
表示，受发射结电压控制的复合电流 IBB,对集电
极正向受控电流 ICn的控制能力。
?
若忽略 ICBO，则：
B
C
CnE
Cn
I
I
II
I ?
???
E
C
B
E
T
IC
IB
?可见,为共发射极电流放大系数。
BB
Cn
CnE
Cn
I
I
II
I ?
??
?ICEO的物理含义：
ICEO指基极开路时，集电极
直通到发射极的电流。
∵ IB=0 I
EP
ICBO ICn
IEn
+
_VCE
N
P
N+
C
B
E
ICEO
IB=0
∴ IEp+(IEn-ICn) =IE -ICn =ICBO
因此：
CBOCBOCBOCBOCnC E O )1( IIIIII ?? ??????
CBO
Cn
CnE
Cn
I
I
II
I ?
???
即：
三极管的正向受控作用，服从指数函数关系式：
2.1.3 放大模式下三极管的模型
? 数学模型 （ 指数模型 ）
T
BE
T
BE
e)1e( SE B SE V
V
V
V
C IIII ???? ??
IS指发射结反向饱和电流 IEBS转化到集电极上的电
流值, 它不同于二极管的反向饱和电流 IS。
E B SS II ??
式中：
?放大模式直流简化电路模型
电路模型
VBE
+
-E
CB
E
ICIB
IB?
E
C
B
E
T
IC
IB
共发射极 直流简化电路模型
VBE(on)
E
CB
E
ICIB
IB?+-
VBE(on)为发射结导通电压，工程上一般取：
硅管 VBE(on)= 0.7V
锗管 VBE(on)= 0.25V
? 三极管参数的温度特性
? 温度每升高 1?C,? ?/? 增大（ 0.5?1） %，即：
? 温度每升高 1 ?C, VBE(on) 减小 （ 2 ? 2.5） mV,即：
? 温度每升高 10 ?C, ICBO 增大一倍，即：
101CBO2CBO
12
2)()(
TT
TITI
?
??
005.0(?? T? ? C/)01.0 ?
?
2(B E ( o n ) ???? TV C/mV)5.2 ?
?
P NN+
V1 V2 R2R1
2.2 晶体三极管的其它工作模式
2.2.1 饱和模式 ( E结正偏,C结正偏 )
- +
IF ?FIF
+ -
IR?RIR
IE= IF-?RIR
IC
IC= ?FIF - IR
IE
结论,三极管失去正向受控作用。
?饱和模式直流简化电路模型
E
C
B
E
T
IC
IB
共发射极
通常，饱和压降 VCE(sat) 硅管 VCE(sat) ? 0.3V
锗管 VCE(sat) ? 0.1V
电路模型
VBE
+
-E
CB
E
ICIB
+
-VCE(sat)
直流简化电路模型
VBE(on)
E
CB
E
ICIB
+
-
+
-VCE(sat)
若忽略饱和压降, 三极管输出端近似短路 。
即三极管工作于饱和模式时，相当于开关闭合。
2.2.2 截止模式 ( E结反偏,C结反偏 )
若忽略反向饱和电流，三极管 IB ? 0,IC ? 0。
即三极管工作于截止模式时，相当于开关断开。
E
C
B
E
T
IC
IB
共发射极 电路模型
VBE
+
-E
CB
E
ICIB
?截止模式直流简化电路模型
直流简化电路模型
E
CB
E
IC ?0IB ?0
2.3 埃伯尔斯 — 莫尔模型
埃伯尔斯 — 莫尔模型是三极管通用模型，它适用
于任何工作模式。
IE= IF-?RIR
IC= ?FIF -IR
)1e( T
BE
EB SF ??
V
V
II
)1e( T
BC
C B SR ??
V
V
II
其中
E C
B
IE IF
?RIR
IC
?FIF
IR
IB
2.4 晶体三极管伏安特性曲线
伏安特性曲线是三极管通用的曲线模型，它适用
于任何工作模式。
IB= f1E ( VBE ) V
CE = 常数
IC= f2E ( VCE ) I
B = 常数
共发射极
输入特性：
输出特性：
+
-
T V
CE
IB
VBE
IC
+
-
? 输入特性曲线
VCE =0
IB /?A
VBE /VVBE(on)
0.3V
10V
0
V(BR)BEO
IEBO +ICBO
? VCE一定：
类似二极管伏安特性 。
? VCE增加：
正向特性曲线略右移。
由于 VCE=VCB+VBE
WB?
WB
E B C
基区宽度调制效应
注,VCE>0.3V后，曲线移动可忽略不计。
因此当 VBE一定时：
VCE??VCB?? ?复合机会 ??IB ??曲线右移。
? 输出特性曲线
? 饱和区 （ VBE? 0.7V,VCE<0.3V ）
IC /mA
VCE /V0
IB = 40 ?A
30 ?A
20 ?A
10 ?A
0
特点：
条件,发射 结正偏,集电 结正偏。
IC不受 IB控制，而受 VCE影响。
VCE略增,IC显著增加。
输出特性曲线可
划分为四个区域：
饱和区、放大区、
截止区、击穿区。
? 放大区 （ VBE? 0.7V,VCE>0.3V）
IC /mA
VCE /V0
IB = 40 ?A
30 ?A
20 ?A
10 ?A
0特点
条件 发射 结正偏集电 结反偏
VCE??曲线略上翘
具有正向受控作用
满足 IC=? IB + ICEO
说明
IC /mA
VCE /V0
VA
上翘程度 — 取决于厄尔利电压 VA
上翘原因 — 基区宽度调制效应（ VCE?? IC略 ?）
在考虑三极管基区宽度调制效应时，电流 IC的
)1(e
A
CE
SC
T
BE
V
VII VV ??修正方程：
基宽 WB越小 ?调制效应对 IC影响越大 ?则 ?VA?越小。
? 与 IC的关系：
IC0
?在 I
C一定范围内 ??近似为常数。
IC过小 ?使 IB??造成 ??。
IC过大 ?发射效率 ??造成 ??。
考虑上述因素,IB等量增加时，
IC
VCE0输出曲线不再等间隔平行上移。
? 截止区 （ VBE? 0.5V,VCE ?0.3V）
IC /mA
VCE /V0
IB = 40 ?A
30 ?A
20 ?A
10 ?A
0
特点：
条件,发射 结反偏,集电 结反偏。
IC ? 0,IB ? 0
近似为 IB≤ 0以下区域
严格说，截止区应是 IE = 0即 IB = -ICBO以下的区域。
因为 IB 在 0?-ICBO时，仍满足
C B OBC )1( III ?? ???
? 击穿区
特点：
VCE增大到一定值时，集电结反向击穿,IC急剧增大。
V(BR)CEO
集电结反向击穿电压，随 IB的增大而减小。注意：
IB = 0时，击穿电压为 V(BR)CEO
IE = 0时，击穿电压为 V(BR)CBO V(BR)CBO > V(BR)CEO
IC /mA
VCE /V0
IB = 40 ?A
30 ?A
20 ?A
10 ?A
0
IB = -ICBO (IE = 0)
V(BR)CBO
? 三极管安全工作区
IC
VCE0
V(BR)CEO
ICM
PCM
?最大允许集电极电流 ICM （若 IC>ICM ?造成 ??）
?反向击穿电压 V(BR)CEO（若 VCE>V(BR)CEO?管子击穿）
VCE<V(BR)CEO
?最大允许集电极耗散功率 PCM
（ PC= IC VCE,若 PC> PCM ?烧管）
PC<PCM
要求
IC? ICM
放大电路小信号运用时，在静态工作点附近的
小范围内，特性曲线的非线性可忽略不计，近似
用一段直线来代替，从而获得一线性化的电路模
型，即小信号（或微变）电路模型。
2.5 晶体三极管小信号电路模型
三极管作为四端网络, 选择不同的自变量, 可以
形成多种电路模型 。 最常用的是 混合 Π 型小信号
电路模型 。
? 混合 Π 型电路模型的引出
基区体电阻
发射结电阻与电容
集电结电阻与电容
反映三极管正向受
控作用的电流源
由基区宽度调制效
应引起的输出电阻
ib
ic
b
c
e
rbb?
rb?e cb?e
cb?crb?c
b?
gmvb?e
rce
? 混合 Π 型小信号电路模型
若忽略 rb?c影响，整理即可得出混 Π 电路模型。
rb?e r
ce
cb?c
cb?e
rbb?
b c
e
gmvb?e
b?ib ic
电路低频工作时，可忽略结电容影响，因此低频
混 Π 电路模型简化为：
rb?e r
ce
rbb?
b c
e
gmvb?e
b?ib ic
? 小信号电路参数
? rbb?基区体电阻,其 值较小，约几十欧，常忽略不计。
? rb?e三极管输入电阻, 约千欧数量级。
CQQE
EB
B
E
QB
EB 26)1()1(
I
r
i
v
i
i
i
vr
eeb ?? ?????
??
?
??
?
?? ??
?
?跨导 gm表示三极管具有正向受控作用的增量电导。
CQ
eEB
E
E
C
QEB
C 5.38 I
rv
i
i
i
v
ig
m ???
??
?
??
?
??
??
?
?rce三极管输出电阻,数值较大。 RL<< rce 时，常忽略。
CQ
A
QC
CE
I
V
i
vr
ce ??
??
? 简化的低频混 Π 电路模型
由于
ebebe
1
)1(
)1(
??
????? rrrg m ?????
因此，等效电路中的 gmvb?e,也可用 ?ib表示。
bbmm irigvg ??? ?? ebeb
c
b
e
T
iC
iB
rb?e
b c
e
gmvb?e
ib ic
=?ib
注意,小信号电路模型只能用来分析叠加在 Q点上
各交流量之间的相互关系, 不能分析直流参量 。
由于交流信号均叠加在静态工作点上, 且交流信
号幅度很小, 因此对工作在放大模式下的电路进行
分析时, 应先进行直流分析, 后进行交流分析 。
2.6 晶体三极管电路分析方法
直流分析法
分析指标, IBQ,ICQ,VCEQ
分析方法,图解法, 估算法
交流分析法 分析指标, Av,Ri, Ro
分析方法,图解法, 微变等效电路法
即分析交流输入信号为零时, 放大电路中直流电压
与直流电流的数值 。
2.6.1 直流分析法
? 图解法
即利用三极管的输入, 输出特性曲线与管外电路
所确定的负载线, 通过作图的方法进行求解 。
要求,已知三极管特性曲线和管外电路元件参数。
优点,便于直接观察 Q点位置是否合适，输出信号波
形是否会产生失真。
（ 1） 由电路输入特性确定 IBQ
? 写出管外输入回路直流负载线方程 (VBE?IB)。
图解法分析步骤：
? 在输入特性曲线上作直流负载线。
? 找出对应交点，得 IBQ与 VBEQ。
（ 2）由电路输出特性确定 ICQ与 VCEQ
? 写出管外输出回路直流负载线方程 (VCE? IC) 。
? 在输出特性曲线上作直流负载线。
? 找出负载线与特性曲线中 IB =IBQ曲线的交点，
即 Q点，得到 ICQ与 VCEQ。
例 1,已知电路参数和三极管输入, 输出特性曲线，
试求 IBQ,ICQ,VCEQ。
Q
? 输入回路直流负载线方程
VBE=VBB-IBRB
VBB
VBB/RB
VBEQ
IBQ
+ -
IB
VBB
IC
- +V
CC
RB RC+
-VBE
+
-
VCE
? 输出回路直流负载线方程
VCE=VCC-ICRC
IC
VCE0VBE
IB
0
IB =IBQ
VCC
VCC/RC
QI
CQ
VCEQ
? 工程近似法 --估算法
即利用直流通路, 计算静态工作点 。 直流通路 是指
输入信号为零, 耦合及旁路电容开路时对应的电路 。
分析步骤：
? 确定三极管工作模式 。
? 用相应简化电路模型替代三极管 。
? 分析电路直流工作点 。
只要 VBE ?0.5V（Ｅ结反偏） 截止模式
假定放大模式，估算 VCE,
若 VＣ E > 0.3V 放大模式
若 VＣ E＜ 0.3V 饱和模式
例 2 已知 VBE(on)=0.7V, VCE(sat)=0.3V, ?=30, 试
判断三极管工作状态，并计算 VC。
解,假设 T工作在放大模式
A53
B
B E ( o n )CC
BQ ??
?
?
R
VV
I
mA59.1BQCQ ?? II ?
V41.4CCQCCC E Q ??? RIVV
VCC
RCRB
(+6V)
1k?
100k?
T
因为 VCEQ>0.3V,所以 三极管 工作在 放大模式 。
VC = VCEQ= 4.41V
例 3 若将上例电路 中的 电阻 RB 改为 10k?,试重新
判断三极管工作状态，并计算 VC。
解,假设 T工作在放大模式
A530
B
B E( o n )CC
BQ ??
??
R
VVI
mA9.15BQCQ ?? II ?
V9.9CCQCCC E Q ???? RIVV
VCC
RCRB
(+6V)
1k?
10k?
T
因为 VCEQ<0.3V,所以 三极管 工作在 饱和模式 。
mA7.5
C
C E( s a t)CC
CS ?
??
R
VVI
V3.0C E ( s a t)C ?? VV
例 4 已知 VBE(on)=0.7V, VCE(sat)=0.3V, ?=30, 试
判断三极管工作状态，并计算 VC。
解：
所以 三极管 工作在 截止模式 。
VCC
RCRB1
(+6V)
1k?
100k?
T
RB2
2k?
+
-VBB
RB
RC
+
-VCC
V12.0
B2B1
CCB2
BB ??? RR
VRV
??? k95.1// 21 BBBB RRR
< VBE(on)
V6CCC ?? VV
2.6.2 交流分析法
? 小信号等效电路法 (微变等效电路法 )
分析电路加交流输入信号后，叠加在 Q点上的电压
与电流变化量之间的关系。
在交流通路基础上，将三极管用小信号电路模型代
替得到的线性等效电路即小信号等效电路。利用该等
效电路分析 Av,Ri, Ro的方法即小信号等效电路法。
交流通路,
即交流信号流通的路径。 它是将直流电源短路、耦
合, 旁路电容短路时对应的电路。
小信号等效电路法分析步骤：
? 画交流通路 (直流电源短路，耦合, 旁路电容短路 )。
? 用小信号电路模型代替三极管，得小信号等效电路。
? 利用 小信号 等效电路分析交流指标 。
? 计算微变参数 gm,rb?e。
注意,
小信号等效电路只能用来分析交流量的变化规律及
动态性能指标，不能分析静态工作点。
例 5 已知 ICQ=1mA,?=100,vi =20sin?t(mV),试画
出图示电路的交流通路及交流等效电路,并计算 vo。
vi
rb?e
?ib
ib ic
RB +
-
RC RL
vo
+
-
vi
ib
ic
RB RC
+
-
RL
+
-
vo
????? k63.226)1(
CQ
eb Ir ?
vi +
-
iB
VBB
iC
VCC
RB
RC+
-
+
-
RL
C1
C2
5k?
)//( LCco RRiv ??
L
i R
r
v
eb
???
?
?
LbRi ??? ?
V)(s in52.1 t???
? 图解法
? 确定静态工作点 (方法同前 )。
? 画交流负载线 。
? 画波形, 分析性能 。
过 Q点,作 斜率为 -1/R?L的直线即交流负载线 。
其中 R?L= RC // RL
分析步骤,
图解法直观、实用，容易看出 Q点设置是否合适，波
形是否产生失真，但不适合分析含有电抗元件的复杂
电路。同时在输入信号过小时作图精确度降低。
例 6 输入正弦信号时，画各极电压与电流的波形。
?t
vBE0
Q
vBE
iB
0
iC
vCE0
Q
?t
iB
IBQ
iC
?t
ICQ
?t
vCE0
-1/R?L
VCEQ
ib
vi +
-
iB
VBB
iC
VCC
RB RC+
-
vBE
+
-
vCE+
-
+
-
RL
C1
C2
Q点位置与波形失真：
Q点过 低, vO负 半周易 截止 失真 。PNP管
Q点过 高, vO正 半周易 饱和 失真 。
Q点过 低, vO正 半周易 截止 失真 。NPN管
Q点过 高, vO负 半周易 饱和 失真 。
由于 PNP管电压极性与 NPN管相反，故横轴 vCE可改为 -vCE。
消除饱和失真
降低 Q点, 增大 RB, 减小 IBQ
减小 RC, 负载线变徒,输出动态范围增加。
消除截止失真 ? 升高 Q点, 减小 RB, 增大 IBQ
2.7 晶体三极管应用原理
2.7.1 电流源
利用三极管放大区 iB恒定时 iC接近恒流的特性，可
构成集成电路中广泛采用的一种单元电路 --电流源。
iC
vCE0
iB
VCE(sat)
Q
iC
R
+
-VQ+ v
iB恒值
外电路 (负载电路 )
该电流源不是普通意义上的电流源, 因它本身不提供能量 。 电
流源电路的输出电流 IO,由外电路中的直流电源提供 。
IO只受 IB控制，与外电路在电流源两端呈现的电压大小几乎无
关。就这个意义而言，将其看作为电流源。
放大器的作用就是将输入信号进行不失真的放大。
2.7.2 放大器
? 放大原理
+
-
iB
vi
iC
VCC
RC
+
-
+ -V
IQ
vo
VIQ ?t
vBE
0
IBQ
?t
iB
0
?t
vi
ICQ
?t
iC
0
VCEQ
?t
vCE
0
?t
vo
0
利用 ib 对 ic的控制
作用实现放大。
? 电源 VCC提供的功率：
? 放大实质
?? ? ?? 20 CCCD 21 tdiVP CQCC IV?
? 三极管集电极上的功率：
?? ? ?? 20 CCEC 21 tdiVP C2cmCQC E Q 21 RIIV ??
? 负载电阻 RC 上的功率：
?? ? ?? 20 C2L 21 tdRiP C C2cmC2CQ 21 RIRI ??
CCQC E QCC RIVV ??? LCD PPP ???
注意：
放大器放大信号的实质,是利用三极管的正向受
控作用，将电源 VCC提供的直流功率，部分地转换
为输出功率。
? 电源 VCC 不仅要为三极管提供偏置，保证管子工作
在放大区，同时还 是整个电路的能源。
电源 提供的功率 PD 除了转换成负载上有用的输出
功率 PL 外，其余均消耗在晶体三极管上（ PC ） 。
?三极管仅是一个换能器。
? 顺时针与逆时针方向
三极管个数相等 ;
2.7.3 跨导线性电路
? 跨导线性环（ TL环） vBE2
vBE4
vBE6
vBE8
vBE10
+ -
+
-
-
+
+
-
- +
vBE1
vBE3
vBE5
vBE7
vBE9+ -
+
-
-
+
+
-
- +
? N个放大模式下工
作的三极管发射结
连成一闭合回路 ;
若各管发射结面积相等，则：
?? ?
C C W
C
CW
C kk ii
若各管发射结面积不等，则：
?? ?
C C W
C
CW
C kk ii ?
???
C C WCW
kk SS?
其中
? 跨导线性环应用电路
由图知,VCC
T1
T2
T3
T4
IX
IY
io
X2C1C iii ??
Y3C ii ?
O4C ii ?
由 TL环知：
4C3C2C1C iiii ???
则：
Y2X4CO iiii ??
例 1：设各管发射结面积相等。
当 iY为定值时，电路可实现对 iX的平方运算。
由图知,V
CC
T1
T2
T3
T4
IX
IY
ioX1C
ii ?
Y2C ii ?
O4C3C iii ??
则：
4C3C2C1C iiii ???
YXO iii ?
例 2：设各管发射结面积相等。
由 TL环知：
若两输入电流中有一个恒定，则可实现对 另一电
流 的平方根运算。
