3 半导体三极管及放大电路基础
3.1 半导体三极管（ BJT）
3.2 共射极放大电路
3.3 图解分析法
3.4 小信号模型分析法
3.5 放大电路的工作点稳定问题
3.6 共集电极电路和共基极电路
3.7 放大电路的频率响应
3.1 半导体三极管（ BJT）
3.1.1 BJT的结构简介
3.1.2 BJT的电流分配与放大原理
3.1.3 BJT的特性曲线
3.1.4 BJT的主要参数 图 3.1.1 几种 BJT的外形
3.1.1 BJT的结构简介半导体三极管的结构示意图如图 3.1.2所示。它有两种类型,NPN型和 PNP型。
两种类型的三极管发射结 (Je) 集电结 (Jc)
基极,用 B或 b表示（ Base）
发射极,用 E或 e
表示（ Emitter）；
集电极,用 C或 c
表示（ Collector）。发射区 集电区基区三极管符号
1、结构和符号图 3.1.2(b) 管芯结构剖面图发射 收集
2、工作原理和条件 （以 NPN为例）
二极管的单向导电性是由 1个 PN结以及内部载流子的 扩散,漂移 实现；
三极管的性能应该也是由 内部载流子的运动 实现的； 2个 PN结 是互相影响、相互作用的。
结构特点：
掺杂浓度最高掺杂浓度低于发射区且面积大很薄，几个微米 ~几十个 um
且掺杂浓度最低。
发射区：
发射载流子（电子）
集电区：
收集载流子（电子）
基区：
传送和控制载流子复合部分电子,控制传送比例各区 功能：
发射结正偏完成发射集电结反偏完成收集外部条件：
3.1.2 BJT的电流分配与放大原理
1,内部载流子的传输过程三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。
外部条件,发射结正偏，集电结反偏。
发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子
（以 NPN为例）
载流子的传输过程注：在三极管内有两种载流子 (自由电子和空穴 )参与导电，故称为双极型三极管。
或 BJT (Bipolar Junction Transistor)。
（动画）
2,电流分配关系发射极注入电流传输到集电极的电流定义
E
C B OC
E
nC
I
II
I
I 即根据传输过程可知 IC= InC+ ICBO IB= IB’ - ICBO
通常 IC >> ICBO
E
C则有
I
I
为共基极电流放大系数，
它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关 。一般
= 0.9?0.99
IE=IB+ IC
载流子的传输过程
2,电流分配关系
IB=IE – IC =(1 –?)IE
IC与 IB的关系：
ICIE
1)1(
E
E
B
C
I
I
I
I
是共射极电流放大系数,同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，
与外加电压无关。 一般?
>> 1
即,ICIB
补充：更精确的 关系：
E
C B OC
E
nC
I
II
I
I
由?的定义,
将式,IE=IB+ IC”代入，可得：
C B OB
C B OBC
1
1
1
1
1
1
II
III
IE =?(IB + IC) = IC – ICBO
整理可得：
1
令：
IC =?IB + (1+?)ICBO
IC =?IB + ICEO （穿透电流）
ICIB
3,三极管的三种组态共集电极接法,集电极作为公共电极，用 CC表示 ;
共基极接法,基极作为公共电极，用 CB表示。
共发射极接法,发射极作为公共电极，用 CE表示；
BJT的三种组态
RL
e c
b
1k?
图 3.1.5 共基极放大电路
4,放大作用若?vI = 20mV 使 当则电压放大倍数
492 0 m VV98.0
I
O
V
v
vA
VEE VCC
VEB
IB
IE IC
+
-
vI
+?vEB
vO
+
-
+?iC+?iE
+?iB
iE = -1 mA，
iC =iE = -0.98 mA,?vO = -?iC?RL = 0.98 V，
= 0.98 时，
+
-
b c
e
RL
1k?
共射极放大电路图 3.1.6 共射极放大电路
VBB
VCC
VBE
IB
IE
IC
+
-
vI
+?vBE
vO
+
-
+?iC
+?iE
+?iB
vI = 20mV
设若则电压放大倍数
492 0 m V V98.0
I
O
V
v
vA
iB = 20 uA
vO = -?iC?RL = -0.98 V，
= 0.98
mA98.0
1
B
BC
i
ii
使
4,放大作用综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。
实现这一传输过程的两个条件是：
（ 1） 内部条件,发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。
（ 2） 外部条件,发射结正向偏置，集电结反向偏置。
3.1.2 BJT的电流分配与放大原理
vCE = 0V
+
-
b
c
e
共射极放大电路
VBB
VCCvBE
iCi
B +
-
vCE
iB=f(vBE)? vCE=const
(2) 当 vCE≥1V时,vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的 vBE下 IB减小，特性曲线右移。
vCE? 1V
(1) 当 vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。
1,输入特性曲线
3.1.3 BJT的特性曲线
（以共射极放大电路为例）
饱和区,iC明显受 vCE控制的区域，该区域内，
一般 vCE＜ 0.7V(硅管 )。
此时,发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小 。
iC=f(vCE)? iB=const
2,输出特性曲线输出特性曲线的三个区域,
3.1.3 BJT的特性曲线截止区,iC接近零的区域，相当 iB=0的曲线的下方。此时，
vBE小于死区电压 。
放大区,iC平行于 vCE轴的区域，曲线基本平行等距。
此时,发射结正偏，集电结反偏 。
3.1.4 BJT的主要参数
(1)共发射极直流电流放大系数
=（ IC－ ICEO） /IB≈IC / IB? vCE=const
1,电流放大系数
(2) 共发射极交流电流放大系数?
=?IC/?IB?vCE=const
3.1.4 BJT的主要参数
1,电流放大系数
(3) 共基极直流电流放大系数
=（ IC－ ICBO） /IE≈IC/IE?
(4) 共基极交流电流放大系数 α
α =?IC/?IE? VCB=const
当 ICBO和 ICEO很小时,≈?,≈?，可以不加区分。
3.1.4 BJT的主要参数
1,电流放大系数
(2) 集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO
ICEO=（ 1+ ） ICBO?
2,极间反向电流
ICEO
(1) 集电极基极间反向饱和电流 ICBO
发射极开 路时，集电结的反向饱和电流。
3.1.4 BJT的主要参数即输出特性曲线 IB=0那条曲线所对应的 Y坐标的数值。 ICEO也称为集电极发射极间穿透电流。
+
b
c
e
-
uA
I
e
=0
V
CC
I
C B O
+
b
c
e
-
V
CC
I
C E O
uA
(1) 集电极最大允许电流 ICM
(2) 集电极最大允许功率损耗 PCM
PCM= ICVCE
3,极限参数
3.1.4 BJT的主要参数
(3) 反向击穿电压
V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。
V(BR) EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。
V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。
几个击穿电压有如下关系
V(BR)CBO＞ V(BR)CEO＞ V(BR) EBO
3,极限参数
3.1.4 BJT的主要参数由 PCM,ICM和 V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
（ 思考题 ）
end
载流子的传输过程
3.1 半导体三极管（ BJT）
3.2 共射极放大电路
3.3 图解分析法
3.4 小信号模型分析法
3.5 放大电路的工作点稳定问题
3.6 共集电极电路和共基极电路
3.7 放大电路的频率响应
3.1 半导体三极管（ BJT）
3.1.1 BJT的结构简介
3.1.2 BJT的电流分配与放大原理
3.1.3 BJT的特性曲线
3.1.4 BJT的主要参数 图 3.1.1 几种 BJT的外形
3.1.1 BJT的结构简介半导体三极管的结构示意图如图 3.1.2所示。它有两种类型,NPN型和 PNP型。
两种类型的三极管发射结 (Je) 集电结 (Jc)
基极,用 B或 b表示（ Base）
发射极,用 E或 e
表示（ Emitter）；
集电极,用 C或 c
表示（ Collector）。发射区 集电区基区三极管符号
1、结构和符号图 3.1.2(b) 管芯结构剖面图发射 收集
2、工作原理和条件 （以 NPN为例）
二极管的单向导电性是由 1个 PN结以及内部载流子的 扩散,漂移 实现；
三极管的性能应该也是由 内部载流子的运动 实现的； 2个 PN结 是互相影响、相互作用的。
结构特点：
掺杂浓度最高掺杂浓度低于发射区且面积大很薄，几个微米 ~几十个 um
且掺杂浓度最低。
发射区：
发射载流子（电子）
集电区：
收集载流子（电子）
基区：
传送和控制载流子复合部分电子,控制传送比例各区 功能：
发射结正偏完成发射集电结反偏完成收集外部条件：
3.1.2 BJT的电流分配与放大原理
1,内部载流子的传输过程三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。
外部条件,发射结正偏，集电结反偏。
发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子
（以 NPN为例）
载流子的传输过程注：在三极管内有两种载流子 (自由电子和空穴 )参与导电，故称为双极型三极管。
或 BJT (Bipolar Junction Transistor)。
（动画）
2,电流分配关系发射极注入电流传输到集电极的电流定义
E
C B OC
E
nC
I
II
I
I 即根据传输过程可知 IC= InC+ ICBO IB= IB’ - ICBO
通常 IC >> ICBO
E
C则有
I
I
为共基极电流放大系数，
它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关 。一般
= 0.9?0.99
IE=IB+ IC
载流子的传输过程
2,电流分配关系
IB=IE – IC =(1 –?)IE
IC与 IB的关系：
ICIE
1)1(
E
E
B
C
I
I
I
I
是共射极电流放大系数,同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，
与外加电压无关。 一般?
>> 1
即,ICIB
补充：更精确的 关系：
E
C B OC
E
nC
I
II
I
I
由?的定义,
将式,IE=IB+ IC”代入，可得：
C B OB
C B OBC
1
1
1
1
1
1
II
III
IE =?(IB + IC) = IC – ICBO
整理可得：
1
令：
IC =?IB + (1+?)ICBO
IC =?IB + ICEO （穿透电流）
ICIB
3,三极管的三种组态共集电极接法,集电极作为公共电极，用 CC表示 ;
共基极接法,基极作为公共电极，用 CB表示。
共发射极接法,发射极作为公共电极，用 CE表示；
BJT的三种组态
RL
e c
b
1k?
图 3.1.5 共基极放大电路
4,放大作用若?vI = 20mV 使 当则电压放大倍数
492 0 m VV98.0
I
O
V
v
vA
VEE VCC
VEB
IB
IE IC
+
-
vI
+?vEB
vO
+
-
+?iC+?iE
+?iB
iE = -1 mA，
iC =iE = -0.98 mA,?vO = -?iC?RL = 0.98 V，
= 0.98 时，
+
-
b c
e
RL
1k?
共射极放大电路图 3.1.6 共射极放大电路
VBB
VCC
VBE
IB
IE
IC
+
-
vI
+?vBE
vO
+
-
+?iC
+?iE
+?iB
vI = 20mV
设若则电压放大倍数
492 0 m V V98.0
I
O
V
v
vA
iB = 20 uA
vO = -?iC?RL = -0.98 V，
= 0.98
mA98.0
1
B
BC
i
ii
使
4,放大作用综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。
实现这一传输过程的两个条件是：
（ 1） 内部条件,发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。
（ 2） 外部条件,发射结正向偏置，集电结反向偏置。
3.1.2 BJT的电流分配与放大原理
vCE = 0V
+
-
b
c
e
共射极放大电路
VBB
VCCvBE
iCi
B +
-
vCE
iB=f(vBE)? vCE=const
(2) 当 vCE≥1V时,vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的 vBE下 IB减小，特性曲线右移。
vCE? 1V
(1) 当 vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。
1,输入特性曲线
3.1.3 BJT的特性曲线
（以共射极放大电路为例）
饱和区,iC明显受 vCE控制的区域，该区域内，
一般 vCE＜ 0.7V(硅管 )。
此时,发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小 。
iC=f(vCE)? iB=const
2,输出特性曲线输出特性曲线的三个区域,
3.1.3 BJT的特性曲线截止区,iC接近零的区域，相当 iB=0的曲线的下方。此时，
vBE小于死区电压 。
放大区,iC平行于 vCE轴的区域，曲线基本平行等距。
此时,发射结正偏，集电结反偏 。
3.1.4 BJT的主要参数
(1)共发射极直流电流放大系数
=（ IC－ ICEO） /IB≈IC / IB? vCE=const
1,电流放大系数
(2) 共发射极交流电流放大系数?
=?IC/?IB?vCE=const
3.1.4 BJT的主要参数
1,电流放大系数
(3) 共基极直流电流放大系数
=（ IC－ ICBO） /IE≈IC/IE?
(4) 共基极交流电流放大系数 α
α =?IC/?IE? VCB=const
当 ICBO和 ICEO很小时,≈?,≈?，可以不加区分。
3.1.4 BJT的主要参数
1,电流放大系数
(2) 集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO
ICEO=（ 1+ ） ICBO?
2,极间反向电流
ICEO
(1) 集电极基极间反向饱和电流 ICBO
发射极开 路时，集电结的反向饱和电流。
3.1.4 BJT的主要参数即输出特性曲线 IB=0那条曲线所对应的 Y坐标的数值。 ICEO也称为集电极发射极间穿透电流。
+
b
c
e
-
uA
I
e
=0
V
CC
I
C B O
+
b
c
e
-
V
CC
I
C E O
uA
(1) 集电极最大允许电流 ICM
(2) 集电极最大允许功率损耗 PCM
PCM= ICVCE
3,极限参数
3.1.4 BJT的主要参数
(3) 反向击穿电压
V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。
V(BR) EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。
V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。
几个击穿电压有如下关系
V(BR)CBO＞ V(BR)CEO＞ V(BR) EBO
3,极限参数
3.1.4 BJT的主要参数由 PCM,ICM和 V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
（ 思考题 ）
end
载流子的传输过程
