1
第二章
半导体三极管
模拟电子技术基础
2
一,BJT的结构简介：
BJT常称晶体管，种类很多,但从外形看,BJT都有三个电极。
根据结构不同,BJT可分成两种类型,NPN型和 PNP型。
结构上可分成：
三个区域：基区、发射区、集电
区。
三个电极：从三个区各自接出的
一根引线就是 BJT的三个电极，它们
分别叫做发射极 e、基极 b和集电极 c
。
两个 PN结：发射结、集电结。
模拟电子技术基础
3
制造工艺：
（ 1）发射区比基区、集电
区掺杂浓度大。
（ 2）集电结面积比发射区
的大。
（ 3）基区薄 (几 um—— 几十
um),高频几 um，低频几十 um
因此发射区、集电区并不是
对称的。
一,BJT的结构简介：
PNP型三极管的结构
模拟电子技术基础
4
二,BJT的电流分配与放大作用：
1,BJT内部载流子的传输过程,
使发射区发射电子，集电区收集电子，必须具备的条件是：
a.发射结加正向电压 (正向偏置 ):Vbe>0
N
N
P
VBB
RB
VCC
RC
b.集电结加反向电压 (反向偏置 ):Vbc<0
模拟电子技术基础
5
ICBO ICN
IC=ICN+ICBO?ICN
IE = IEN+ IEP
IEP
IEN
N
N
P
VCC
RC
VBB
RB
IB
IBN
(1)发射区向基区注入电子,
发射区的多数载流子扩散到基
区，形成电流 IEN
基区空穴也扩散到发射区形成
电流 IEP
总发射极电流 IE= IEN+IEP
IE ≈IEN
三极管内部载流子的运动
模拟电子技术基础
6
N
N
P
VBB
RB
VCC
IE = IEN+ IEP
ICBO ICN
IC=ICN+ICBO?ICN
IEP
RC
IBN
IEN
IB
三极管内部载流子的运动
(2)集电区收集扩散过来的电子：
集电结所加的是反向电压，
可使电子很快地漂移过集电结为集
电区所收集，形成集电极电流 ICN
。
集电极电流 IC=ICN+ ICBO ≈ICN
模拟电子技术基础
7
三极管内部载流子的运动
N
N
P
VBB
RB
VCC
IE = IEN+ IEP
ICBO ICN
IC=ICN+ICBO?ICN
IEP
RC
IBN
IEN
IB
(3)电子在基区中的扩散与复合
电子在扩散过程中又会与基
区中的空穴复合形成电流 IBN。
基区和集电区的少子都要向
对方漂移，形成一个反向饱和电流
ICBO,受温度影响很大。
IB=IEP +ICN2 –ICBO
= IEP +IBN –ICBO
CBOCnEnEPB IIIII ???? )( 1
模拟电子技术基础
8
2．电流分配关系：
IE= IEN+IEP≈IEN
IB=IBN +IEP -ICBO≈IBN-ICBO ≈IBN
IC=ICN+ ICBO ≈ICN
E
C
EN
CN
I
I
I
I ?? ??? 数，平时叫共基直流电流放大系,1
IE=IC +IB
N
N
P
VBB
RB
VCC
IE = IEN+ IEP
ICBO ICN
IC=ICN+ICBO?ICN
IEP
RC
IBN
IEN
IB
模拟电子技术基础
9
各极电流之间关系式
E
cn
I
Ia 1?
共基极连接时输出电流 Ic受输入电流 Ib控制的电流传输方程。式中,称为
共基极电流传输系数 (Common Base Current)，表示 IE转化为 Icn1的能力。显然，
其值恒小于 1，但十分接近于 1，一般在 0.98以上，且在 IE的大变化范围内几乎
保持恒值。通常 ICBO很小，对于硅管，其值为 (10-9-10-16)A，一般可忽略，因而
电流传输方程可简化为
C B OEC IIaI ??
模拟电子技术基础
10
各极电流之间关系式
C B OBC III ??
?
???? 1
1
1
?
??
?? 1
C B OBC III )1( ?? ???
C B OC E O II )1( ???
11
β和 IcEo 的物理含义
E
cn
I
Ia 1? ??? ?? 1
CBOCnEnEPB IIIII ???? )( 1
CBOB
CBOC
CBOCCn
II
II
III
?
?
?
??
?
1
实际上表示 IB中受发射结电压控
制的电流成分 (IB+IcBo)对集电极正
向受控电流成分 Icn1 的控制能力，
通常 ICBO很小，可忽略，可表示 IB
对 Ic的控制能力 。
12
讨论 IcEo，它是基极开路 (即 IB=0)时由集电极直通到发
射极的电流，当基极开路时，加在集电极和发射极间的正
值电压 VCE被分配到两个结上，即 VCB为正值，集电结上加
的是反偏； VBE为正值，发射结上加的是正偏，晶体三极管
仍工作在放大模式，具有正向受控作用。至于 IB=0，就是
IB中的受控成分等于 IcBo，其值被放大 ?
C B OC B OC B OC E O IIII )1( ?? ????
β和 IcEo 的物理含义
13
不论采用哪种连接方式, 晶体三极管在正向受控作用下,
且在较大电流变化范围内 (a和 β保持恒值 ),其输出电流
与输入电流之间关系是线性的, 因而有人将晶体三极管
称为电流控制器件 。 实际上, 就上述晶体三极管的作用
原理来说, IE(或 IB)是受发射结电压 VBE控制的, 且作为
PN结, 它们之间服从下式所示的指数关系
)1( ?? T
BE
V
V
E BSE eII
一, 指数模型
一般模型
晶体三极管的指数模型，在
形式上，它与晶体二极管的
指数模型相似，它们的差别
仅是 Is的含义不同
14
二, 简化电路模型
晶体三极管实质上仍是输出电流受输入发射结电压控制的非线性器
件。在共发射极连接时，它的一般电路模型可由图描述。其输入端是一
个二极管，输出端则是由 ?IB 表示的受控电流源
在进行工程分析时，输人二极管还
可进一步用二极管的简化电路模型表示，
并忽略二极管的正向导通电阻。为发射
结的正向导通电压，本教材中取其值为
0.7V。
15
饱和模式和截止模式
当两个结均加正偏、工作在饱和模式时，晶体三极管内部载流子传输
过程可分解为两种方向相反的传输过程的叠加。一是假设发射结正偏、集
电结零偏，相应产生载流子的正向传输，将发射结产生的正偏电流 IF转移
到集电极 (а FIF)；另一是假设集电结正偏、发射结零偏，相应产生载流子
的反向传输，将集电结产生的正偏电流 IR转移到发射极 (а RIR)，其中,а F
和 а R分别为共基正向电流传输系数和反向电流传输系数。因此，合成的
发射极电流 IE和集电极电流 IC分别为
一、饱和模式
RFFC
RRFE
III
III
??
??
?
?
16
在饱和模式下,IC和 IE将同时受到两个结正偏电压的控制，已不再
具有放大模式下的正向受控作用。 且随着集电结正偏电压 VBC的增大，
IR增大，导致 IC和 IE迅速减小 。同时，由于正、反向传输的载流子在基
区中均有复合、且增加了 IR中的空穴电流成分 (由基区中多子空穴通过
集电结而形成的 )，基极电流 IB大于工作在放大模式下的数值，且其值
随 IR增大而迅速增大。因此,IC与 IE之间或 IC与 IB之间均不满足放大模
式下的电流传输方程 。鉴于两个结均为正偏，且已失去正向受控作用，
因而在饱和模式下，它们可近似用两个导通电压表示，分别为 VBE（ SAT）
和 VBC（ SAT）,称为饱和导通电压 (SaturationTurn-onVoltage),它们的
数值稍大于放大模式下相应的导通电压
一、饱和模式
对于硅管, 一般取
VBE（ SAT） =VBE（ on） =0.7V
VBC（ SAT） =VBC（ on） =0.4V
VCE（ SAT） =0.3V
VBE
（ SAT）
VCE（ SAT）
17
截止模式
按这种模式工作时，两个结均为反偏；若忽略它们的反
向饱和电流，则可近认为三极管的各级电流均为零，故
简化的电路模型可以用两段开路线来代替。
18
三,BJT的特性曲线：
共发射极 共基极 共集电极
三极管的连接方式
19
三,BJT的特性曲线：
(1)输入特性, 输入特性是指当集
电极与发射极之间的电压 vCE为某
一常数时，输入回路中加在 BJT
基极与发射极之间的电压 vBE与基
极电流 iB之间的关系曲线，用函
数关系表示为,
iB=f(vBE)|vCE=常数
1．共射极电路的特性曲线,
20
共发射极连接时, VCE=VCB-VBE,其中发射结正偏, VBE约在 0.7V附近变
化, 因此 VCE中的大部分电压都加在集电结上, 当 VCE增大时, 集电结上反
偏电压 VCB大, 导致集电结阻挡层宽度增大, 结果是基区的实际宽度 WB减
小, 因而, 由发射区注入的非平衡少子电子在向集电结扩散过程中与基区
中多子空穴复合的机会减小, 从而使 IB减小 。 通常将 VCE引起基区实际宽度
变化而导致电流变化的效应称为基区宽度调制效应 。
共射极电路的特性曲线
当发射结为反偏时，基极反向饱和电流很小。但当 VBE向负值方向增大到
V(BR)BEO时，发射结击穿，基极反向电流迅速增大。 V(BR)BEO称为发射结反向
击穿电压，其值在 -6V左右。
相对于 IB随 VCE的变化来说,VCE通过基区宽度调制效应引起 IB的变化毕竟
是第二位的。在工程分析时，晶体三极管工作在放大模式下 (VCE>0.3V)，可
以不考虑这种影响，近似认为输入特性曲线是一条不随 VCE而移动的曲线。
21
(2)输出特性, 输出特性是在
基极电流 iB一定的情况下，
BJT的输出回路中，集电极
与发射极之间的电压 vCE 与
集电极电流 iC之间的关系曲
线，用函数表示为,
iC＝ f(vCE)|iB=常数
三,BJT的特性曲线：
22
一, 放大区 (Active Region)
在这个区域内, 晶体三极管
工作在放大模式 。 IB与 IC之间满
足直流传输方程, 即
IC=β IB+ICEO,若设 β 为常数，则
当 IB等量增加时，输出特性曲线
也将等间隔地平行上移。
但是，由于基区宽度调制
效应。当 VCE增大时，基区复合
减小，导致 ā和相应 β 略有增
大，因而每条以 IB为参变量的
曲线都随 VCE增大而略有上翘。
23
例如，当 Ic过小时，由于 发射结阻挡层内载流子的复合 以及 寄
生表面复合 的影响，致使基极电流增大，从而造成 β 下降。
当 Ic过大时，由于发射区向基区注入的非平衡少子的浓
度过大，可以和基区中的热平衡多子的浓度相比拟时，外电路必须向
基区补充大量的平衡多子，才能保持基区的电中性，这些非平衡的多
子向发射区注入，使 IEP增加，导致 a,β 将下降
从输出特性曲线来对 β 的进行讨论,
B
C
I
I
?
???
严格说来,β 不是一个与 Ic无关的恒定值。
实际上，仅在 Ic的一定范围内,β 随 Ic的变化很小，
可近似认为是常数。而超出这个范围时,β 将下降。
纵向方面：
横向方面,
24
若参变量 IB变为 VBE，并将不同 VBE的各条输出特性曲线向负轴方向延伸，
它们将近似相交于公共点 A上，对应的电压用 VA表示，称为厄尔利电压。
显然，其值大小可用来表示输出特性曲线，共发射极输出特性曲线上翘程
度。 |VA|越大，上翘程度就越小。小功率管的 |VA|值约为 50— 100V。
从内部物理过程来说，其值与基区宽度有关，基区宽度越小，基区宽
度调制效应对 Ic的影响就越大,|VA|也就相应越小
厄尔利电压 (Early Voltage)
25
)1(
A
CEV
V
SC V
V
eII T
BE
??
厄尔利电压 (Early Voltage)
26
二、截止区 (Cutoff Region)
工程上，规定 IB=0的
区域称为截止区，严格
来说截止区是指 IE=0以
下的区域，在 IB=0减小
到 -ICBO时,VCE分配的发
射结上电压为正偏电压，
三极管工作在放大区，
IC随着 IB变化，这时的
ICEO很小可以忽落
27
三、饱和区（ Saturation Region)
由于存在着体电阻和引线电阻，电
流越大，其上产生的压降就越大，相应
曲线开始饱和的 VCE也就越大。因此，大
功率管开始饱和的 VCE大于小功率管
减小 VCE，直到两个结都正偏，
随着 VCE的减小,IC的值迅速减小，
直到为零,IC,IB之间不在满足电流
的传输方程。
工程上一般 VCE=0.3V为放大区
和饱和区的分界限
28
四, 击穿区 (Breakdown Region)
随着 VCE增大，加在集电结上的反
偏电压 VCB相应增大。当 VCE增大到一
定值时，集电结发生反向击穿，造成
电流 Ic剧增。集电结是轻掺杂的，产
生的反向击穿主要是雪崩击穿，击穿
电压较大。
在基区宽度很小的三极管中，还会发
生特有的穿通击穿。
当 VCE增大时,VCB相应增大，导致集电结阻挡层宽度增宽，直到集
电结与发射结相遇，基区消失。这时发射区的多子电子将直接受集电结
电场的作用，引起集电极电流迅速增大，呈现类似击穿的现象。
29
2．共基极电路的特性曲线,
三,BJT的特性曲线：
30
四,BJT的主要参数：
1．电流放大系数：
B
C
B
C
I
I
I
I
?
???
??
交流电流放大系数：
直流电流放大系数：
共射极接法时的电流放大系数
对共基极接法的电流放大系数，也有直流放大系数 α和交流放大系数 α
的区别。
α 和 β 之间的关系是：
?
??
?
??
?
?
?
?
1
1
31
(1)共发射极直流电流放大系数
=IC / IB ? vCE=const
四,BJT的主要参数：
32
(2) 共发射极交流电流放大系数 ?
? =?IC/?IB?vCE=const
四,BJT的主要参数：
33
(3) 共基极直流电流放大系数
=IC/IE?
?
(4) 共基极交流电流放大系数 α
α =?IC/?IE? VCB=const
当 BJT工作于放大区时, ≈?,≈?，可以
不加区分。
? ?
四,BJT的主要参数：
34
(2) 集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO
ICEO=（ 1+ ） ICBO?
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。
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
四,BJT的主要参数：
35
(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
36
(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
b
c
e
VCC
ICEO
37
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
38
建立小信号模型的意义
建立小信号模型的思路
当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三
极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而
可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性
电路来处理。
由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路
的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件
做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。
2.5 BJT的小信号建模
39
1,H参数小信号模型
vBE vCE
iB
c
e
b
iC
BJT双口网络
vCE = 0V vCE ? 1V
40
1,H参数小信号模型
vBE vCE
iB
c
e
b
iC
BJT双口网络
? =?IC/?IB?vCE=const
ic = ? ib
41
1,H参数小信号模型
vBE vCE
iB
c
e
b
iC
BJT双口网络
42
2、小信号模型的应用注意事项：
? H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。
?H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。
?H参数与工作点有关。
43
3,H参数的确定
??一般用测试仪测出；
? rbe 与 Q点有关，可用图
示仪测出。
一般也用公式估算 rbe
)(
)()(
mA
mV261200
EQ
be Ir ???W?
44
4．共射极连接方式的小信号分析
共发射极电
路以发射极作为
共同端，以基极
为输入端，集电
极为输出端 。
其信号放大的原理如下：
VBB+Δvi → ΔiB →
ΔiC ΔiE→Δvo=ΔiC*RL
45
从输入特性看,uBE是 iB和 uCE的函数 uBE=f1(iB,uCE)
从输出特性看,iC是 iB和 uCE 的函数 iC=f2(iB,uCE)
iB
uBE
iC
uCE
ib
ic
ube
uce5,h参数的导出
46
从输入特性看,uBE是 iB和 uCE的函数 uBE=f1(iB,uCE)
从输出特性看,iC是 iB和 uCE 的函数 iC=f2(iB,uCE)
对两个表达式求全微分
CE
B
CE
C
B
CE
B
C
C
CE
B
CE
BE
B
CE
B
BE
BE
du
iu
i
di
ui
i
di
du
iu
u
di
ui
u
du
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
CEoeBfeC
CEreBieBE duhdihdi duhdihdu ???? ????
i—— 输入
r—— 反向传输
f—— 正向传输
o—— 输出
e—— 共射接法
ib
ic
ube
uce
5,h参数的导出
47
（ 1） uCE=常数,iB=常数的意义
uCE=常数 →duCE=0即输出端只有直流输出，没有交流输出。相
当于输出端交流短路。
iB=常数 →diB=0即输入端只有直流电流输入，没有交流电流。
相当于输入端交流开路。
因为此时只有直流电流和电压，所以是在静态工作点附
近的情况。
CEoeBfeC
CEreBieBE duhdihdi duhdihdu ???? ????
ceoebfec
cerebiebe
uhihi
uhihu
????
????
ib
ic
ube
uce
6,参数的意义和求法
48
6,参数的意义和求法
（ 2）短路输入阻抗
物理意义：反映了输入电压
对输入电流 iB的控制能力。
几何意义：表示输入特性的
Q点处的切线的斜率的倒数
单位,Ω,102~103Ω
在小信号的情况下是常数。
（常称为输入电阻）
CEB
BE
ie ui
uh
?
??
iB
uBE?uBE
?iB
对输入的小交流信号而言，三
极管相当于电阻 hie——rbe。
ib
ic
ube
uce
49
6,参数的意义和求法
（ 3）开路电压反馈系数
物理意义：反映了输出回路 uCE
对输入回路 uBE影响的程度
几何意义：在输入特性上表示 Q
点附近输入特性曲线横向的疏密。
它是一个无量纲的量（ 10-4）。
BiCE
BE
re u
uh
?
??
?uBE
iB
uBE
?uCE
ib
ic
ube
uce
50
6,参数的意义和求法
（ 4）短路电流放大系数
物理意义：晶体管对电流的放大
能力，即 β
几何意义：在输出特性上表示 Q
点附近输出特性曲线的纵向疏密。
它是一个无量纲的量。（ 10～ 102）
CEuB
C
fe i
ih
?
??
?iC
iC
uCE
?iB
ib
ic
ube
uce
51
6,参数的意义和求法
（ 5）开路输出导纳
物理意义：反映了输出电压 uCE对输
出电流 iC的控制能力
几何意义：保持 iB不变，有 ΔuCE，则
引起 ΔiC，反映了输出特性曲线的倾
斜程度。
单位：西门子（ S）（ 10～ 102μS）
BiCE
C
oe u
ih
?
??
?iC
iC
uCE
?uCE oe
oe h
1r ?
ib
ic
ube
uce
52
ib
ic
ube
uce
6,参数的意义和求法
（ 1） uCE=常数,iB=常数的意义
BiCE
C
oe u
ih
?
??（ 5）开路输出导纳
（ 2）短路输入阻抗
CEB
BE
ie ui
uh
?
??
（ 3）开路电压反馈系数
BiCE
BE
re u
uh
?
??
（ 4）短路电流放大系数
CEuB
C
fe i
ih
?
??
说明：由于四个参
数的量纲各不相同，
这种参数系统是不
同量纲的混合，称
为混合参数。 h即英
语中的“混合”。
在小信号的情况下，
四个参数都可以看
作是常数。
ceoebfec
cerebiebe
uhihi
uhihu
????
????
53
ube
ib
uce
ic
ube u
ce
ic
很小，一般忽略。
c
b
e
7,等效电路的引出
ceoebfec
cerebiebe
uhihi
uhihu
????
????
ib
?ib
rce
c
e
rbe
b
hreuce
+
-
rce很大，一般忽略。
rbe
?ib
ib
b c
e
ic
54
ube u
ce
ic
rbe
?ib
ib
b c
e
8,注意的问题
（ 1） 电压源和电流源的性质
☆它们是虚构的
☆它们是受控源
☆它们的极性不能随意假定
（ 2） 等效电路只对微变成分
等效
（ 3） h参数是在 Q点附近求出
的，因此它们与 Q点的位置有
关,Q点不同、等效电路的参
数也不同。
ib
?ib
rce
c
e
rbe
b
hreuce
+
-
55
uce
?ib
rce
c
e
b
Rbb’
Rb’e
Rbb’
Rb’e
e
?ib
rce
c
Cb’e
Cb’c
考虑到基区
的体电阻的 π参
数等效电路如
图：
高频工作时，
结电容不能忽略，
故高频等效电路的
如图
56
2.6 三极管电路分析法
基本知识：
非
线
性
线性电路
vCE ? 1V
一、图解法
57
一、图解法确定 Q点
由基极回路,EC=IBRB+UBE
由集电极回路,EC=ICRC+UBE
由输入特性曲线,IB=f1(UBE)
由输出特性曲线,IC=f2(UCE)
1、基本步骤
（ 1）把放大电路分为线性和非线性两部分。
（ 2）作出电路的非线性部分的伏安特性，即三极管的输入
和输出特性曲线。
（ 3）作出电路的线性部分的伏安特性，即直流负载线。
（ 4）电路的线性部分与非线性部分的伏安特性曲线的交点
即为 Q点。
图解法
RB
+EC
RC
T
58
先估算 IB,然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与
IB 对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是 Q点。
IC
UCE
B
BEC
B R
UEI ??
Q
C
C
R
E
EC
2、直流负载线
图解法
一、图解法确定 Q点
直流负载线的特点
（ 1） 与横轴的截距为 EC
（ 2） 与纵轴的截距为 EC/Rb或
EC/RC
（ 3）与横轴的锐夹角为 α=tg-
11/R
C
59
3、电路参数的改变时对 Q点的影响
图解法
一、图解法确定 Q点
IC
UCE
B
BEC
B R
UEI ??
Q
C
C
R
E
EC
RB
+EC
RC
T（ 1） RB的影响
若改变 RB，就会改变偏流 IB
RB↓→EC/RB↑→IB↑→Q↑
Q’
（ 2） RC的影响
若改变 RC，直流负载线的斜率会
发生变化
RC↓→EC/RC↑→Q右移 Q’’
60
3、电路参数的改变时对 Q点的影响
图解法
一、图解法确定 Q点
IC
UCE
B
BEC
B R
UEI ??
Q
C
C
R
E
EC
RB
+EC
RC
T（ 3） 电源 EC的影响
改变 EC，直流负载线发生平移
EC↑→Q↑
RB,RC,EC的改变都对 Q点
的位置有影响，但 RB的影响
最大，故为了得到合适的 Q
点，常常调节 RB。
Q’
61
1、交流负载线 ic
Lce
c
Ru
i
???
1
其中：
CLL RRR //??
uce
RB RC RLui
uo
交流通路
图解法
二、动态分析
因为 iC=IC+ic
uCE=UCE+uce
同时 uce=uo=-ic RL'=-(iC-IC) RL '
则 uCE=UCE-(iC-IC) RL '
或
iC=(-1/RL')uCE+(UCE+IC RL')/ RL'
结论
（ 1） 交流负载线的斜率是 -
1/ RL',与横轴的锐夹角为
α=tg-11/ RL '
（ 2） iC=IC时 uCE=UCE说明
交流负载线通过 Q点 。
62
交流负载线的作法 IC
UCE
EC
C
C
R
E
Q I
B方法 1：过 Q点作一
条直线，斜率为：
LR?
? 1
交流负载线
1、交流负载线
图解法
二、动态分析
63
交流负载线的作法 IC
UCE
EC
C
C
R
E
Q I
B
方法 2：过原点作一
斜率为 -1/ RL'的辅助
直线，再平行移动通
过 Q点即为交流负载
线。
交流负载线
1、交流负载线
图解法
二、动态分析
64
交流负载线的作法 IC
UCE
EC
C
C
R
E
Q I
B
方法 3,选择两个特
殊的点 ──静态工作
点、与横轴的交点。
与横轴的交点
的作法：令 iC=0,由
交 流 负 载 方 程 得
uCE=UCE+ICRL'
1、交流负载线
图解法
二、动态分析
LCCEce RIUu ???
65
IC
UCE
EC
C
C
R
E
Q I
B
说明
（ 1） 当有交流信号输
入时, 电路的瞬时工作
状态将沿着交流负载线
移动 。
（ 2） 直流负载线只能
用来确定静态工作点 。
（ 3） 当 RL=∞时, 直流
负载线与交流负载线重
合 。
1、交流负载线
2.3.3 图解法
二、动态分析
66
2、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形
作图步骤
（ 1） 确定放大器的直流工作状态。
（ 2） 按照输入电压的变化规律，在输入特性上画出 iB的波形。
（ 3） 在输出特性上按 iB的波形作出 iC和 uCE的波形。
注意,☆各级电流和电压的交流分量是总瞬时值的一部分。虽然
极性和方向始终不变，但为了分析和计算方便，其中交流分量的
极性和方向可以认为是变化的。这样对交流分量的分析就存在一
个假定正方向的问题。
☆各级电流和电压的交流成分保持一定的相位关系：输出电压
与输入电压相位相反是共射极电路的重要特点之一。
图解法
二、动态分析
67
IB
UBE
Q
uCE怎么变化
iB
t
iC
t
ui
t
图解法
二、动态分析
2、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形
IC
UCE
Q
uCE
t
# 动态工作时,iB,iC的实际电流方向是否
改变,vCE的实际电压极性是否改变？
68
IB
UBE
Q
iB
t
ui
t
图解法
二、动态分析
3、根据图解的结果计算放大器的放大倍数
Au=Uo/Ui
Ai=Io/Ii
Ap=Au·A i
iC
t
IC
UCE
Q
uCE
t
69
在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即
线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入
信号的情况，放大电路产生 非线性失真 。
失真产生的原因：
① 晶体管的非线性 。 解决的办法；选管子：线性区要宽
,输入曲线成直线, 输出曲线簇接近于平行等距 。
② 静态工作点不合适 。
图解法
二、动态分析
4、失真分析
70
iC
uCE
uo
可输出的
最大不失
真信号
ib
图解法
二、动态分析
4、失真分析
（ 1） Q点合适时
71
iC
uCE
uo
（ 2） Q点过低，信
号进入截止区
放大电路产生
截止失真
输出波形
输入波形 ib
图解法
二、动态分析
4、失真分析
72
iC
uCE
（ 3） Q点过高，信号进
入饱和区
放大电路产生
饱和失真
ib 输入
波形
uo
输出波形
为了得到尽量大的输出信号，要把 Q设置在交流负载线的中
间部分。如果 Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非
线性失真。
图解法
二、动态分析
4、失真分析
73
二,动态分析
5,BJT的三个工作区
Q
Q
1
Q
2
v
CE
/V
i
C
/ mA
放大区
0
i
B
= 40 uA
8 0 uA
12 0u A
16 0u A
20 0u A饱和区
截止区
当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真 。
饱和区特点,iC不再随 iB的增加而线性增加，即 BC ii ?? ? 此时 CB ii ???
截止区特点,iB=0,iC= ICEO
vCE= VCES,典型值为 0.3V
放大区特点,iC=β iB,vCE≥1V
74
6,输出功率和功率三角形
omom
omom
o 2
1
22 IV
IVP ???
要想 PO大，就要使功率三角形的
面积大，即必须使 Vom 和 Iom 都要大。
功率三角形
放大电路向电阻性负载提供的 输出功率
在输出特性曲线上，正
好是三角形 ?ABQ的面积，这
一三角形称为 功率三角形 。
二,动态分析
75
工程近似分析法 R
B
+EC
RC
T
例,用估算法计算静态工作点。
已知,EC=12V,RC=4kW，
RB=300kW,?=37.5。
解：
A40mA04.030012 ?????
B
C
B R
EI
mA51040537,..III BBC ????? ??
V645.112 ?????? CCCCCE RIUU
请注意电路中 IB 和 IC 的数量级。
76
微变等效电路分析法
用 h参数等效电路分析法分析共射极放大器
1、画出微变等效电路
（ 1） 画出实际电路的交流通道。
（ 2）忽略影响小的次要因素。
（ 3）把交流通道中的晶体管用 h参数等效电路代替。
RB RC RLui
uo
ui
hie ?ib
ibii ic
uo
RB RC
RL
rce
hreuce
77
一个理想电流源 (Current Source)，它的伏安特性是一条水
平线，如图，其电流为恒值 Io，与端电压 v大小无关。
更重要的是，这个电流源不是实际提供电流
的源，它的电流是由含有电压源的输出负载电路
提供的，受控器件的作用仅仅是由输入控制量来
确定这个电流值。
i0
I CQ I BQ
v CE
i C
VCE(sat)
2,7,1 电流源
从原理上来说，一个晶体三极管，若 iB为恒值，
它的输出伏安特性如图所示，由图可见，当输出
负载电路保证 v=vCE大于 VCE(sat)，管子工作在放大
区时，三极管便输出一接近恒值的电流。
与理想的电流源相比，实际的电流源的输出电
压是单极性，且变化范围有限。同时，由于晶体
三极管基区宽度调制效应，输出电流随 v的增大而
略有增大。
78
2,7,2 放大器
放大器 (Amplifer)是应用最广泛的一种功能电路,
它的作用是将输入信号进行不失真的放大, 使输出信号
强度 (功率, 电压或电流 )大于输入信号强度, 且不失真
地重现输入信号波形 。 VIQ为工作点电压, vi为欲放大的
输入信号电压 。 可以看到, 就电路结构而言, 放大电路
实际上是上述电流源电路 (接上输出负载电路 )的延伸,
仅是输入控制量中叠加了输入信号 。
从原理上来说，在输入端，输入信号电压 vi(设
vi=Vimsinωt)叠加在直流电压 VIQ上，作为受控器件的控
制量，控制受控电流源电流 io。当 ui足够小时,io将不
失真地反映 vi的变化
79
再论共射极放大电路
基本电路
+
_
+
--
RC
4k
VCC
12v
Rb
300k
C1
+
C2 +
vi
vo
VCC
12v
vi
RC
4k
Rb
300k
C1
+ +
C2
vo
iE
iCiB
+
--
+
_
vCE
vo
t
t
t
t
iC
iB
t
vivi
RC
4k
VCC
12v
Rb
300k
VBB
C1
+
C2 +
vo
2,7,2 放大器
80
根据上述讨论, 已画出的各端电压和电流的波形, 可见, 只要
RC足够大, 输出信号电压振幅 Vom就可大于输入信号电压振幅
vim,实现放大的功能 。 为了进一步了解放大器放大信号的实质,
对放大电路中的各部分功率作一分析 。 其中, 直流电源 VCC提供
的功率
QCCCCD IVtdiVP 00
2
02
1 ?? ? ?
?
?
COMCOQCL RIRItdRiP
222
0
2
0 2
1
2
1 ??? ? ?
?
?
COMOQCQooC RIIVtdviP 2
1
2
1 2
0 ??? ? ??
?
2,7,2 放大器
81
本质上, 放大器是在很小输入信号功率控制下, 输出大的输出
信号功率, 是实现功率放大的电路 (包括电压或电流的放大 )
2,7,2 放大器
不论有无输入信号,PL和 PC之和恒等于 PD 表明放大器
中,Vcc不仅保证三端器件工作在放大区，而且也是提
供能量的能源。外加输入信号后,PC减小，减小的部分
恰好等于 RC上取出的信号功率，好似输出信号功率是由
受控器件提供的，因此，有人将受控器件看作提供信号
功率的有源器件。
实际上,受控器件 总是消耗功率的，不过，由于它的正向
受控作用，放大器实现了能量转换作用,即将直流功率部
分地转换为输出信号功率 。
输入信号功率 仅仅是为了实现控制而消耗在输入回路中，
它不会对输出信号功率有所贡献，且其值一般是很小的。
82
2,7,3跨导线性电路
利用晶体三极管工作在放大模式下
呈现的指数律伏安特性，将 N个 (N为
偶数 )工作在放大模式下晶体三极管
的发射结 (或二极管 )接成如图 2— 7—
5所示的闭合电路。其中一半管子按
顺时针方向连接，另一半管子按逆时
针方向连接，就可实现电流量之间线
性和非线性的运算。
如图 2— 7— 5
83
2,7,3跨导线性电路
在图 2— 7— 5所示闭合环路中, 各发射结电压之和应为零, 即：
也就是顺时针方向 (Clockwise-Fachag简写 CW)连接的发射结电压之和等
于逆时针方向 (Counterclockwise Facing简写 CCW)连接的发射结电压之和
?? ?
C C W
B E K
CW
B E K VV
S
c
TBE I
iVV ln?
?? ?
C C W SK
ck
CW SK
ck
I
i
I
i lnln ?? ?
CCW SK
ck
CW SK
ck
I
i
I
i
第二章
半导体三极管
模拟电子技术基础
2
一,BJT的结构简介：
BJT常称晶体管，种类很多,但从外形看,BJT都有三个电极。
根据结构不同,BJT可分成两种类型,NPN型和 PNP型。
结构上可分成：
三个区域：基区、发射区、集电
区。
三个电极：从三个区各自接出的
一根引线就是 BJT的三个电极，它们
分别叫做发射极 e、基极 b和集电极 c
。
两个 PN结：发射结、集电结。
模拟电子技术基础
3
制造工艺：
（ 1）发射区比基区、集电
区掺杂浓度大。
（ 2）集电结面积比发射区
的大。
（ 3）基区薄 (几 um—— 几十
um),高频几 um，低频几十 um
因此发射区、集电区并不是
对称的。
一,BJT的结构简介：
PNP型三极管的结构
模拟电子技术基础
4
二,BJT的电流分配与放大作用：
1,BJT内部载流子的传输过程,
使发射区发射电子，集电区收集电子，必须具备的条件是：
a.发射结加正向电压 (正向偏置 ):Vbe>0
N
N
P
VBB
RB
VCC
RC
b.集电结加反向电压 (反向偏置 ):Vbc<0
模拟电子技术基础
5
ICBO ICN
IC=ICN+ICBO?ICN
IE = IEN+ IEP
IEP
IEN
N
N
P
VCC
RC
VBB
RB
IB
IBN
(1)发射区向基区注入电子,
发射区的多数载流子扩散到基
区，形成电流 IEN
基区空穴也扩散到发射区形成
电流 IEP
总发射极电流 IE= IEN+IEP
IE ≈IEN
三极管内部载流子的运动
模拟电子技术基础
6
N
N
P
VBB
RB
VCC
IE = IEN+ IEP
ICBO ICN
IC=ICN+ICBO?ICN
IEP
RC
IBN
IEN
IB
三极管内部载流子的运动
(2)集电区收集扩散过来的电子：
集电结所加的是反向电压，
可使电子很快地漂移过集电结为集
电区所收集，形成集电极电流 ICN
。
集电极电流 IC=ICN+ ICBO ≈ICN
模拟电子技术基础
7
三极管内部载流子的运动
N
N
P
VBB
RB
VCC
IE = IEN+ IEP
ICBO ICN
IC=ICN+ICBO?ICN
IEP
RC
IBN
IEN
IB
(3)电子在基区中的扩散与复合
电子在扩散过程中又会与基
区中的空穴复合形成电流 IBN。
基区和集电区的少子都要向
对方漂移，形成一个反向饱和电流
ICBO,受温度影响很大。
IB=IEP +ICN2 –ICBO
= IEP +IBN –ICBO
CBOCnEnEPB IIIII ???? )( 1
模拟电子技术基础
8
2．电流分配关系：
IE= IEN+IEP≈IEN
IB=IBN +IEP -ICBO≈IBN-ICBO ≈IBN
IC=ICN+ ICBO ≈ICN
E
C
EN
CN
I
I
I
I ?? ??? 数，平时叫共基直流电流放大系,1
IE=IC +IB
N
N
P
VBB
RB
VCC
IE = IEN+ IEP
ICBO ICN
IC=ICN+ICBO?ICN
IEP
RC
IBN
IEN
IB
模拟电子技术基础
9
各极电流之间关系式
E
cn
I
Ia 1?
共基极连接时输出电流 Ic受输入电流 Ib控制的电流传输方程。式中,称为
共基极电流传输系数 (Common Base Current)，表示 IE转化为 Icn1的能力。显然，
其值恒小于 1，但十分接近于 1，一般在 0.98以上，且在 IE的大变化范围内几乎
保持恒值。通常 ICBO很小，对于硅管，其值为 (10-9-10-16)A，一般可忽略，因而
电流传输方程可简化为
C B OEC IIaI ??
模拟电子技术基础
10
各极电流之间关系式
C B OBC III ??
?
???? 1
1
1
?
??
?? 1
C B OBC III )1( ?? ???
C B OC E O II )1( ???
11
β和 IcEo 的物理含义
E
cn
I
Ia 1? ??? ?? 1
CBOCnEnEPB IIIII ???? )( 1
CBOB
CBOC
CBOCCn
II
II
III
?
?
?
??
?
1
实际上表示 IB中受发射结电压控
制的电流成分 (IB+IcBo)对集电极正
向受控电流成分 Icn1 的控制能力，
通常 ICBO很小，可忽略，可表示 IB
对 Ic的控制能力 。
12
讨论 IcEo，它是基极开路 (即 IB=0)时由集电极直通到发
射极的电流，当基极开路时，加在集电极和发射极间的正
值电压 VCE被分配到两个结上，即 VCB为正值，集电结上加
的是反偏； VBE为正值，发射结上加的是正偏，晶体三极管
仍工作在放大模式，具有正向受控作用。至于 IB=0，就是
IB中的受控成分等于 IcBo，其值被放大 ?
C B OC B OC B OC E O IIII )1( ?? ????
β和 IcEo 的物理含义
13
不论采用哪种连接方式, 晶体三极管在正向受控作用下,
且在较大电流变化范围内 (a和 β保持恒值 ),其输出电流
与输入电流之间关系是线性的, 因而有人将晶体三极管
称为电流控制器件 。 实际上, 就上述晶体三极管的作用
原理来说, IE(或 IB)是受发射结电压 VBE控制的, 且作为
PN结, 它们之间服从下式所示的指数关系
)1( ?? T
BE
V
V
E BSE eII
一, 指数模型
一般模型
晶体三极管的指数模型，在
形式上，它与晶体二极管的
指数模型相似，它们的差别
仅是 Is的含义不同
14
二, 简化电路模型
晶体三极管实质上仍是输出电流受输入发射结电压控制的非线性器
件。在共发射极连接时，它的一般电路模型可由图描述。其输入端是一
个二极管，输出端则是由 ?IB 表示的受控电流源
在进行工程分析时，输人二极管还
可进一步用二极管的简化电路模型表示，
并忽略二极管的正向导通电阻。为发射
结的正向导通电压，本教材中取其值为
0.7V。
15
饱和模式和截止模式
当两个结均加正偏、工作在饱和模式时，晶体三极管内部载流子传输
过程可分解为两种方向相反的传输过程的叠加。一是假设发射结正偏、集
电结零偏，相应产生载流子的正向传输，将发射结产生的正偏电流 IF转移
到集电极 (а FIF)；另一是假设集电结正偏、发射结零偏，相应产生载流子
的反向传输，将集电结产生的正偏电流 IR转移到发射极 (а RIR)，其中,а F
和 а R分别为共基正向电流传输系数和反向电流传输系数。因此，合成的
发射极电流 IE和集电极电流 IC分别为
一、饱和模式
RFFC
RRFE
III
III
??
??
?
?
16
在饱和模式下,IC和 IE将同时受到两个结正偏电压的控制，已不再
具有放大模式下的正向受控作用。 且随着集电结正偏电压 VBC的增大，
IR增大，导致 IC和 IE迅速减小 。同时，由于正、反向传输的载流子在基
区中均有复合、且增加了 IR中的空穴电流成分 (由基区中多子空穴通过
集电结而形成的 )，基极电流 IB大于工作在放大模式下的数值，且其值
随 IR增大而迅速增大。因此,IC与 IE之间或 IC与 IB之间均不满足放大模
式下的电流传输方程 。鉴于两个结均为正偏，且已失去正向受控作用，
因而在饱和模式下，它们可近似用两个导通电压表示，分别为 VBE（ SAT）
和 VBC（ SAT）,称为饱和导通电压 (SaturationTurn-onVoltage),它们的
数值稍大于放大模式下相应的导通电压
一、饱和模式
对于硅管, 一般取
VBE（ SAT） =VBE（ on） =0.7V
VBC（ SAT） =VBC（ on） =0.4V
VCE（ SAT） =0.3V
VBE
（ SAT）
VCE（ SAT）
17
截止模式
按这种模式工作时，两个结均为反偏；若忽略它们的反
向饱和电流，则可近认为三极管的各级电流均为零，故
简化的电路模型可以用两段开路线来代替。
18
三,BJT的特性曲线：
共发射极 共基极 共集电极
三极管的连接方式
19
三,BJT的特性曲线：
(1)输入特性, 输入特性是指当集
电极与发射极之间的电压 vCE为某
一常数时，输入回路中加在 BJT
基极与发射极之间的电压 vBE与基
极电流 iB之间的关系曲线，用函
数关系表示为,
iB=f(vBE)|vCE=常数
1．共射极电路的特性曲线,
20
共发射极连接时, VCE=VCB-VBE,其中发射结正偏, VBE约在 0.7V附近变
化, 因此 VCE中的大部分电压都加在集电结上, 当 VCE增大时, 集电结上反
偏电压 VCB大, 导致集电结阻挡层宽度增大, 结果是基区的实际宽度 WB减
小, 因而, 由发射区注入的非平衡少子电子在向集电结扩散过程中与基区
中多子空穴复合的机会减小, 从而使 IB减小 。 通常将 VCE引起基区实际宽度
变化而导致电流变化的效应称为基区宽度调制效应 。
共射极电路的特性曲线
当发射结为反偏时，基极反向饱和电流很小。但当 VBE向负值方向增大到
V(BR)BEO时，发射结击穿，基极反向电流迅速增大。 V(BR)BEO称为发射结反向
击穿电压，其值在 -6V左右。
相对于 IB随 VCE的变化来说,VCE通过基区宽度调制效应引起 IB的变化毕竟
是第二位的。在工程分析时，晶体三极管工作在放大模式下 (VCE>0.3V)，可
以不考虑这种影响，近似认为输入特性曲线是一条不随 VCE而移动的曲线。
21
(2)输出特性, 输出特性是在
基极电流 iB一定的情况下，
BJT的输出回路中，集电极
与发射极之间的电压 vCE 与
集电极电流 iC之间的关系曲
线，用函数表示为,
iC＝ f(vCE)|iB=常数
三,BJT的特性曲线：
22
一, 放大区 (Active Region)
在这个区域内, 晶体三极管
工作在放大模式 。 IB与 IC之间满
足直流传输方程, 即
IC=β IB+ICEO,若设 β 为常数，则
当 IB等量增加时，输出特性曲线
也将等间隔地平行上移。
但是，由于基区宽度调制
效应。当 VCE增大时，基区复合
减小，导致 ā和相应 β 略有增
大，因而每条以 IB为参变量的
曲线都随 VCE增大而略有上翘。
23
例如，当 Ic过小时，由于 发射结阻挡层内载流子的复合 以及 寄
生表面复合 的影响，致使基极电流增大，从而造成 β 下降。
当 Ic过大时，由于发射区向基区注入的非平衡少子的浓
度过大，可以和基区中的热平衡多子的浓度相比拟时，外电路必须向
基区补充大量的平衡多子，才能保持基区的电中性，这些非平衡的多
子向发射区注入，使 IEP增加，导致 a,β 将下降
从输出特性曲线来对 β 的进行讨论,
B
C
I
I
?
???
严格说来,β 不是一个与 Ic无关的恒定值。
实际上，仅在 Ic的一定范围内,β 随 Ic的变化很小，
可近似认为是常数。而超出这个范围时,β 将下降。
纵向方面：
横向方面,
24
若参变量 IB变为 VBE，并将不同 VBE的各条输出特性曲线向负轴方向延伸，
它们将近似相交于公共点 A上，对应的电压用 VA表示，称为厄尔利电压。
显然，其值大小可用来表示输出特性曲线，共发射极输出特性曲线上翘程
度。 |VA|越大，上翘程度就越小。小功率管的 |VA|值约为 50— 100V。
从内部物理过程来说，其值与基区宽度有关，基区宽度越小，基区宽
度调制效应对 Ic的影响就越大,|VA|也就相应越小
厄尔利电压 (Early Voltage)
25
)1(
A
CEV
V
SC V
V
eII T
BE
??
厄尔利电压 (Early Voltage)
26
二、截止区 (Cutoff Region)
工程上，规定 IB=0的
区域称为截止区，严格
来说截止区是指 IE=0以
下的区域，在 IB=0减小
到 -ICBO时,VCE分配的发
射结上电压为正偏电压，
三极管工作在放大区，
IC随着 IB变化，这时的
ICEO很小可以忽落
27
三、饱和区（ Saturation Region)
由于存在着体电阻和引线电阻，电
流越大，其上产生的压降就越大，相应
曲线开始饱和的 VCE也就越大。因此，大
功率管开始饱和的 VCE大于小功率管
减小 VCE，直到两个结都正偏，
随着 VCE的减小,IC的值迅速减小，
直到为零,IC,IB之间不在满足电流
的传输方程。
工程上一般 VCE=0.3V为放大区
和饱和区的分界限
28
四, 击穿区 (Breakdown Region)
随着 VCE增大，加在集电结上的反
偏电压 VCB相应增大。当 VCE增大到一
定值时，集电结发生反向击穿，造成
电流 Ic剧增。集电结是轻掺杂的，产
生的反向击穿主要是雪崩击穿，击穿
电压较大。
在基区宽度很小的三极管中，还会发
生特有的穿通击穿。
当 VCE增大时,VCB相应增大，导致集电结阻挡层宽度增宽，直到集
电结与发射结相遇，基区消失。这时发射区的多子电子将直接受集电结
电场的作用，引起集电极电流迅速增大，呈现类似击穿的现象。
29
2．共基极电路的特性曲线,
三,BJT的特性曲线：
30
四,BJT的主要参数：
1．电流放大系数：
B
C
B
C
I
I
I
I
?
???
??
交流电流放大系数：
直流电流放大系数：
共射极接法时的电流放大系数
对共基极接法的电流放大系数，也有直流放大系数 α和交流放大系数 α
的区别。
α 和 β 之间的关系是：
?
??
?
??
?
?
?
?
1
1
31
(1)共发射极直流电流放大系数
=IC / IB ? vCE=const
四,BJT的主要参数：
32
(2) 共发射极交流电流放大系数 ?
? =?IC/?IB?vCE=const
四,BJT的主要参数：
33
(3) 共基极直流电流放大系数
=IC/IE?
?
(4) 共基极交流电流放大系数 α
α =?IC/?IE? VCB=const
当 BJT工作于放大区时, ≈?,≈?，可以
不加区分。
? ?
四,BJT的主要参数：
34
(2) 集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO
ICEO=（ 1+ ） ICBO?
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。
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
四,BJT的主要参数：
35
(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
36
(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
b
c
e
VCC
ICEO
37
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
38
建立小信号模型的意义
建立小信号模型的思路
当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三
极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而
可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性
电路来处理。
由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路
的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件
做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。
2.5 BJT的小信号建模
39
1,H参数小信号模型
vBE vCE
iB
c
e
b
iC
BJT双口网络
vCE = 0V vCE ? 1V
40
1,H参数小信号模型
vBE vCE
iB
c
e
b
iC
BJT双口网络
? =?IC/?IB?vCE=const
ic = ? ib
41
1,H参数小信号模型
vBE vCE
iB
c
e
b
iC
BJT双口网络
42
2、小信号模型的应用注意事项：
? H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。
?H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。
?H参数与工作点有关。
43
3,H参数的确定
??一般用测试仪测出；
? rbe 与 Q点有关，可用图
示仪测出。
一般也用公式估算 rbe
)(
)()(
mA
mV261200
EQ
be Ir ???W?
44
4．共射极连接方式的小信号分析
共发射极电
路以发射极作为
共同端，以基极
为输入端，集电
极为输出端 。
其信号放大的原理如下：
VBB+Δvi → ΔiB →
ΔiC ΔiE→Δvo=ΔiC*RL
45
从输入特性看,uBE是 iB和 uCE的函数 uBE=f1(iB,uCE)
从输出特性看,iC是 iB和 uCE 的函数 iC=f2(iB,uCE)
iB
uBE
iC
uCE
ib
ic
ube
uce5,h参数的导出
46
从输入特性看,uBE是 iB和 uCE的函数 uBE=f1(iB,uCE)
从输出特性看,iC是 iB和 uCE 的函数 iC=f2(iB,uCE)
对两个表达式求全微分
CE
B
CE
C
B
CE
B
C
C
CE
B
CE
BE
B
CE
B
BE
BE
du
iu
i
di
ui
i
di
du
iu
u
di
ui
u
du
?
?
?
??
?
?
?
?
?
?
??
?
?
?
CEoeBfeC
CEreBieBE duhdihdi duhdihdu ???? ????
i—— 输入
r—— 反向传输
f—— 正向传输
o—— 输出
e—— 共射接法
ib
ic
ube
uce
5,h参数的导出
47
（ 1） uCE=常数,iB=常数的意义
uCE=常数 →duCE=0即输出端只有直流输出，没有交流输出。相
当于输出端交流短路。
iB=常数 →diB=0即输入端只有直流电流输入，没有交流电流。
相当于输入端交流开路。
因为此时只有直流电流和电压，所以是在静态工作点附
近的情况。
CEoeBfeC
CEreBieBE duhdihdi duhdihdu ???? ????
ceoebfec
cerebiebe
uhihi
uhihu
????
????
ib
ic
ube
uce
6,参数的意义和求法
48
6,参数的意义和求法
（ 2）短路输入阻抗
物理意义：反映了输入电压
对输入电流 iB的控制能力。
几何意义：表示输入特性的
Q点处的切线的斜率的倒数
单位,Ω,102~103Ω
在小信号的情况下是常数。
（常称为输入电阻）
CEB
BE
ie ui
uh
?
??
iB
uBE?uBE
?iB
对输入的小交流信号而言，三
极管相当于电阻 hie——rbe。
ib
ic
ube
uce
49
6,参数的意义和求法
（ 3）开路电压反馈系数
物理意义：反映了输出回路 uCE
对输入回路 uBE影响的程度
几何意义：在输入特性上表示 Q
点附近输入特性曲线横向的疏密。
它是一个无量纲的量（ 10-4）。
BiCE
BE
re u
uh
?
??
?uBE
iB
uBE
?uCE
ib
ic
ube
uce
50
6,参数的意义和求法
（ 4）短路电流放大系数
物理意义：晶体管对电流的放大
能力，即 β
几何意义：在输出特性上表示 Q
点附近输出特性曲线的纵向疏密。
它是一个无量纲的量。（ 10～ 102）
CEuB
C
fe i
ih
?
??
?iC
iC
uCE
?iB
ib
ic
ube
uce
51
6,参数的意义和求法
（ 5）开路输出导纳
物理意义：反映了输出电压 uCE对输
出电流 iC的控制能力
几何意义：保持 iB不变，有 ΔuCE，则
引起 ΔiC，反映了输出特性曲线的倾
斜程度。
单位：西门子（ S）（ 10～ 102μS）
BiCE
C
oe u
ih
?
??
?iC
iC
uCE
?uCE oe
oe h
1r ?
ib
ic
ube
uce
52
ib
ic
ube
uce
6,参数的意义和求法
（ 1） uCE=常数,iB=常数的意义
BiCE
C
oe u
ih
?
??（ 5）开路输出导纳
（ 2）短路输入阻抗
CEB
BE
ie ui
uh
?
??
（ 3）开路电压反馈系数
BiCE
BE
re u
uh
?
??
（ 4）短路电流放大系数
CEuB
C
fe i
ih
?
??
说明：由于四个参
数的量纲各不相同，
这种参数系统是不
同量纲的混合，称
为混合参数。 h即英
语中的“混合”。
在小信号的情况下，
四个参数都可以看
作是常数。
ceoebfec
cerebiebe
uhihi
uhihu
????
????
53
ube
ib
uce
ic
ube u
ce
ic
很小，一般忽略。
c
b
e
7,等效电路的引出
ceoebfec
cerebiebe
uhihi
uhihu
????
????
ib
?ib
rce
c
e
rbe
b
hreuce
+
-
rce很大，一般忽略。
rbe
?ib
ib
b c
e
ic
54
ube u
ce
ic
rbe
?ib
ib
b c
e
8,注意的问题
（ 1） 电压源和电流源的性质
☆它们是虚构的
☆它们是受控源
☆它们的极性不能随意假定
（ 2） 等效电路只对微变成分
等效
（ 3） h参数是在 Q点附近求出
的，因此它们与 Q点的位置有
关,Q点不同、等效电路的参
数也不同。
ib
?ib
rce
c
e
rbe
b
hreuce
+
-
55
uce
?ib
rce
c
e
b
Rbb’
Rb’e
Rbb’
Rb’e
e
?ib
rce
c
Cb’e
Cb’c
考虑到基区
的体电阻的 π参
数等效电路如
图：
高频工作时，
结电容不能忽略，
故高频等效电路的
如图
56
2.6 三极管电路分析法
基本知识：
非
线
性
线性电路
vCE ? 1V
一、图解法
57
一、图解法确定 Q点
由基极回路,EC=IBRB+UBE
由集电极回路,EC=ICRC+UBE
由输入特性曲线,IB=f1(UBE)
由输出特性曲线,IC=f2(UCE)
1、基本步骤
（ 1）把放大电路分为线性和非线性两部分。
（ 2）作出电路的非线性部分的伏安特性，即三极管的输入
和输出特性曲线。
（ 3）作出电路的线性部分的伏安特性，即直流负载线。
（ 4）电路的线性部分与非线性部分的伏安特性曲线的交点
即为 Q点。
图解法
RB
+EC
RC
T
58
先估算 IB,然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与
IB 对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是 Q点。
IC
UCE
B
BEC
B R
UEI ??
Q
C
C
R
E
EC
2、直流负载线
图解法
一、图解法确定 Q点
直流负载线的特点
（ 1） 与横轴的截距为 EC
（ 2） 与纵轴的截距为 EC/Rb或
EC/RC
（ 3）与横轴的锐夹角为 α=tg-
11/R
C
59
3、电路参数的改变时对 Q点的影响
图解法
一、图解法确定 Q点
IC
UCE
B
BEC
B R
UEI ??
Q
C
C
R
E
EC
RB
+EC
RC
T（ 1） RB的影响
若改变 RB，就会改变偏流 IB
RB↓→EC/RB↑→IB↑→Q↑
Q’
（ 2） RC的影响
若改变 RC，直流负载线的斜率会
发生变化
RC↓→EC/RC↑→Q右移 Q’’
60
3、电路参数的改变时对 Q点的影响
图解法
一、图解法确定 Q点
IC
UCE
B
BEC
B R
UEI ??
Q
C
C
R
E
EC
RB
+EC
RC
T（ 3） 电源 EC的影响
改变 EC，直流负载线发生平移
EC↑→Q↑
RB,RC,EC的改变都对 Q点
的位置有影响，但 RB的影响
最大，故为了得到合适的 Q
点，常常调节 RB。
Q’
61
1、交流负载线 ic
Lce
c
Ru
i
???
1
其中：
CLL RRR //??
uce
RB RC RLui
uo
交流通路
图解法
二、动态分析
因为 iC=IC+ic
uCE=UCE+uce
同时 uce=uo=-ic RL'=-(iC-IC) RL '
则 uCE=UCE-(iC-IC) RL '
或
iC=(-1/RL')uCE+(UCE+IC RL')/ RL'
结论
（ 1） 交流负载线的斜率是 -
1/ RL',与横轴的锐夹角为
α=tg-11/ RL '
（ 2） iC=IC时 uCE=UCE说明
交流负载线通过 Q点 。
62
交流负载线的作法 IC
UCE
EC
C
C
R
E
Q I
B方法 1：过 Q点作一
条直线，斜率为：
LR?
? 1
交流负载线
1、交流负载线
图解法
二、动态分析
63
交流负载线的作法 IC
UCE
EC
C
C
R
E
Q I
B
方法 2：过原点作一
斜率为 -1/ RL'的辅助
直线，再平行移动通
过 Q点即为交流负载
线。
交流负载线
1、交流负载线
图解法
二、动态分析
64
交流负载线的作法 IC
UCE
EC
C
C
R
E
Q I
B
方法 3,选择两个特
殊的点 ──静态工作
点、与横轴的交点。
与横轴的交点
的作法：令 iC=0,由
交 流 负 载 方 程 得
uCE=UCE+ICRL'
1、交流负载线
图解法
二、动态分析
LCCEce RIUu ???
65
IC
UCE
EC
C
C
R
E
Q I
B
说明
（ 1） 当有交流信号输
入时, 电路的瞬时工作
状态将沿着交流负载线
移动 。
（ 2） 直流负载线只能
用来确定静态工作点 。
（ 3） 当 RL=∞时, 直流
负载线与交流负载线重
合 。
1、交流负载线
2.3.3 图解法
二、动态分析
66
2、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形
作图步骤
（ 1） 确定放大器的直流工作状态。
（ 2） 按照输入电压的变化规律，在输入特性上画出 iB的波形。
（ 3） 在输出特性上按 iB的波形作出 iC和 uCE的波形。
注意,☆各级电流和电压的交流分量是总瞬时值的一部分。虽然
极性和方向始终不变，但为了分析和计算方便，其中交流分量的
极性和方向可以认为是变化的。这样对交流分量的分析就存在一
个假定正方向的问题。
☆各级电流和电压的交流成分保持一定的相位关系：输出电压
与输入电压相位相反是共射极电路的重要特点之一。
图解法
二、动态分析
67
IB
UBE
Q
uCE怎么变化
iB
t
iC
t
ui
t
图解法
二、动态分析
2、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形
IC
UCE
Q
uCE
t
# 动态工作时,iB,iC的实际电流方向是否
改变,vCE的实际电压极性是否改变？
68
IB
UBE
Q
iB
t
ui
t
图解法
二、动态分析
3、根据图解的结果计算放大器的放大倍数
Au=Uo/Ui
Ai=Io/Ii
Ap=Au·A i
iC
t
IC
UCE
Q
uCE
t
69
在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即
线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入
信号的情况，放大电路产生 非线性失真 。
失真产生的原因：
① 晶体管的非线性 。 解决的办法；选管子：线性区要宽
,输入曲线成直线, 输出曲线簇接近于平行等距 。
② 静态工作点不合适 。
图解法
二、动态分析
4、失真分析
70
iC
uCE
uo
可输出的
最大不失
真信号
ib
图解法
二、动态分析
4、失真分析
（ 1） Q点合适时
71
iC
uCE
uo
（ 2） Q点过低，信
号进入截止区
放大电路产生
截止失真
输出波形
输入波形 ib
图解法
二、动态分析
4、失真分析
72
iC
uCE
（ 3） Q点过高，信号进
入饱和区
放大电路产生
饱和失真
ib 输入
波形
uo
输出波形
为了得到尽量大的输出信号，要把 Q设置在交流负载线的中
间部分。如果 Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非
线性失真。
图解法
二、动态分析
4、失真分析
73
二,动态分析
5,BJT的三个工作区
Q
Q
1
Q
2
v
CE
/V
i
C
/ mA
放大区
0
i
B
= 40 uA
8 0 uA
12 0u A
16 0u A
20 0u A饱和区
截止区
当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真 。
饱和区特点,iC不再随 iB的增加而线性增加，即 BC ii ?? ? 此时 CB ii ???
截止区特点,iB=0,iC= ICEO
vCE= VCES,典型值为 0.3V
放大区特点,iC=β iB,vCE≥1V
74
6,输出功率和功率三角形
omom
omom
o 2
1
22 IV
IVP ???
要想 PO大，就要使功率三角形的
面积大，即必须使 Vom 和 Iom 都要大。
功率三角形
放大电路向电阻性负载提供的 输出功率
在输出特性曲线上，正
好是三角形 ?ABQ的面积，这
一三角形称为 功率三角形 。
二,动态分析
75
工程近似分析法 R
B
+EC
RC
T
例,用估算法计算静态工作点。
已知,EC=12V,RC=4kW，
RB=300kW,?=37.5。
解：
A40mA04.030012 ?????
B
C
B R
EI
mA51040537,..III BBC ????? ??
V645.112 ?????? CCCCCE RIUU
请注意电路中 IB 和 IC 的数量级。
76
微变等效电路分析法
用 h参数等效电路分析法分析共射极放大器
1、画出微变等效电路
（ 1） 画出实际电路的交流通道。
（ 2）忽略影响小的次要因素。
（ 3）把交流通道中的晶体管用 h参数等效电路代替。
RB RC RLui
uo
ui
hie ?ib
ibii ic
uo
RB RC
RL
rce
hreuce
77
一个理想电流源 (Current Source)，它的伏安特性是一条水
平线，如图，其电流为恒值 Io，与端电压 v大小无关。
更重要的是，这个电流源不是实际提供电流
的源，它的电流是由含有电压源的输出负载电路
提供的，受控器件的作用仅仅是由输入控制量来
确定这个电流值。
i0
I CQ I BQ
v CE
i C
VCE(sat)
2,7,1 电流源
从原理上来说，一个晶体三极管，若 iB为恒值，
它的输出伏安特性如图所示，由图可见，当输出
负载电路保证 v=vCE大于 VCE(sat)，管子工作在放大
区时，三极管便输出一接近恒值的电流。
与理想的电流源相比，实际的电流源的输出电
压是单极性，且变化范围有限。同时，由于晶体
三极管基区宽度调制效应，输出电流随 v的增大而
略有增大。
78
2,7,2 放大器
放大器 (Amplifer)是应用最广泛的一种功能电路,
它的作用是将输入信号进行不失真的放大, 使输出信号
强度 (功率, 电压或电流 )大于输入信号强度, 且不失真
地重现输入信号波形 。 VIQ为工作点电压, vi为欲放大的
输入信号电压 。 可以看到, 就电路结构而言, 放大电路
实际上是上述电流源电路 (接上输出负载电路 )的延伸,
仅是输入控制量中叠加了输入信号 。
从原理上来说，在输入端，输入信号电压 vi(设
vi=Vimsinωt)叠加在直流电压 VIQ上，作为受控器件的控
制量，控制受控电流源电流 io。当 ui足够小时,io将不
失真地反映 vi的变化
79
再论共射极放大电路
基本电路
+
_
+
--
RC
4k
VCC
12v
Rb
300k
C1
+
C2 +
vi
vo
VCC
12v
vi
RC
4k
Rb
300k
C1
+ +
C2
vo
iE
iCiB
+
--
+
_
vCE
vo
t
t
t
t
iC
iB
t
vivi
RC
4k
VCC
12v
Rb
300k
VBB
C1
+
C2 +
vo
2,7,2 放大器
80
根据上述讨论, 已画出的各端电压和电流的波形, 可见, 只要
RC足够大, 输出信号电压振幅 Vom就可大于输入信号电压振幅
vim,实现放大的功能 。 为了进一步了解放大器放大信号的实质,
对放大电路中的各部分功率作一分析 。 其中, 直流电源 VCC提供
的功率
QCCCCD IVtdiVP 00
2
02
1 ?? ? ?
?
?
COMCOQCL RIRItdRiP
222
0
2
0 2
1
2
1 ??? ? ?
?
?
COMOQCQooC RIIVtdviP 2
1
2
1 2
0 ??? ? ??
?
2,7,2 放大器
81
本质上, 放大器是在很小输入信号功率控制下, 输出大的输出
信号功率, 是实现功率放大的电路 (包括电压或电流的放大 )
2,7,2 放大器
不论有无输入信号,PL和 PC之和恒等于 PD 表明放大器
中,Vcc不仅保证三端器件工作在放大区，而且也是提
供能量的能源。外加输入信号后,PC减小，减小的部分
恰好等于 RC上取出的信号功率，好似输出信号功率是由
受控器件提供的，因此，有人将受控器件看作提供信号
功率的有源器件。
实际上,受控器件 总是消耗功率的，不过，由于它的正向
受控作用，放大器实现了能量转换作用,即将直流功率部
分地转换为输出信号功率 。
输入信号功率 仅仅是为了实现控制而消耗在输入回路中，
它不会对输出信号功率有所贡献，且其值一般是很小的。
82
2,7,3跨导线性电路
利用晶体三极管工作在放大模式下
呈现的指数律伏安特性，将 N个 (N为
偶数 )工作在放大模式下晶体三极管
的发射结 (或二极管 )接成如图 2— 7—
5所示的闭合电路。其中一半管子按
顺时针方向连接，另一半管子按逆时
针方向连接，就可实现电流量之间线
性和非线性的运算。
如图 2— 7— 5
83
2,7,3跨导线性电路
在图 2— 7— 5所示闭合环路中, 各发射结电压之和应为零, 即：
也就是顺时针方向 (Clockwise-Fachag简写 CW)连接的发射结电压之和等
于逆时针方向 (Counterclockwise Facing简写 CCW)连接的发射结电压之和
?? ?
C C W
B E K
CW
B E K VV
S
c
TBE I
iVV ln?
?? ?
C C W SK
ck
CW SK
ck
I
i
I
i lnln ?? ?
CCW SK
ck
CW SK
ck
I
i
I
i
