第二章 双极型晶体三极管

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1、第二章 双极型晶体三极管（BJT）2.1知识点归纳一、BJT原理双极型晶体管（BJT）分为NPN管和PNP管两类（图2-1,图2-2）。当BJT发射结正偏，集电结反偏时，称为放大偏置。在放大偏置时，NPN管满足V V V . PNP 管满足 V V r r a r以上参数满足：& Ce b 固皿e高频参数：集电结电容Cb，c :由厂家给出；C A- - C发射结电容Cb，e :估算b，e 2nfTb C *最常用的BJT模型是低频简化模型(1) 电压控制电流源(七=g呢)模型(图2-23)(2) 电流控制电流源(七=6 %)模型(图2-24，常用)，其中rbe = rb. +rb，e2.2习题

2、解答2-1如果在电路中测得放大偏置的BJT的三个电极的电位为下面四组数据：(1) 7.1V, 2.16V, 1.4V(2)6.1V, 5.8V, 1V(3)8.87V, 8.15V, 2V(4)-9.6V, -9.27V, 0V试判断各电位对应的电极以及三极管的类型(NPN管或PNP管)和材料(Si管或Ge管)。解将三电压按从高到低排列，列出如下表：题号(1)(2)(3)(4)电位(V)7.12.161.46.15.818.878.1520-9.27-9.6电极CBEEBCEBCCBE管型NPNPNPPNPNPN材料SiGeSiGe2-2如果将BJT的集电极与发射极对调使用，在放大偏置时,If

3、 的关系是否仍然成 立？为什么？解不成立。集电区较基区不是高掺杂，七中有较大的成分是基区多子向集电区注 入形成。这部分电流不能转化为，C , .会比七明显减小。IB6m A18m AIc0.4mA1.12mA两组IB和IC的数值如下表所示。（1）由数据表计算、ICBO、ICEO和a（2 ）图中晶体管是S管还是Ge管?解(1)由七二+(】+)ICk1400= +1CEOCBOICEO图 P2-3联立112 0胸ice求得卜60ICEO = 400 - 6 = 40旦 A2-3图示电路可以用来测量晶体管的直流参数。改变电阻RB的值，由两支电流表测得I= i ce = 0.656 日a =1 +61

4、60 = 0.984（2）是Ge管。ICBO为H A量级，硅管不可有如此大的集电结反向饱和电流。2-4*由两支错PNP管T1和T2可以组合成的一支等 效PNP管（称为复合管）。已知T1的1 = 100，ICBO1=1 M A。T2 的 2= 50，ICBO2=10p A。如果复合管的 IB=10 M A，试求IC。（提示：两管均为放大偏置，电流分配 关系成立。）解I = I +（1+） I= 1mA + 0.101mA = 1.101mAC11 B1 CBO1图 P2-4_ IE1 = IC1 + IB = 1-111mAI = I +(1+ ) I = I + (1+ ) I= 55.55

5、+ 0.51 = 56.06C22 B22 CBO22 E12 CBO2 I = I +1 +1.101 + 56.06 = 57.16 mA。2-5如果在电路中一支晶体管的VB、匕、V”为：(1) 0.7V，6V，0V；(3) 1.7V，6V，1.0V试判断BJT的偏置状态。解CE(2) 6V，5.8V，1.0V；(4) 4.8V，2.3V，5.0VmA(1) 匕Vb Ve(6V) (0.7V) (0V)为放大偏置(NPN)(2) VC5.8V6V1V VB CVE为PNP管的截止状态匕匕匕(4)匕 匕 匕(6V) (1.7V) (1V)(2.3V) (4.8V)(5V)X = W处因集电结

6、反偏少子被抽x = 0处因发射结正偏的在基区累积为放大偏置(NPN)。为PNP管的放大偏置2-6若一支NPN管的基区自由电子浓度曲线分别如图(a)、(b)和。)所示，试判完,大量少子I -1pI 6CCBOC = = 150(b) 截止区在x = 0和x = W处基区少子为0, 说明CB结与EB结均反偏。(c) 饱和区在x = 0和x = W处都有非平衡少 子在基区累积说明CB结和EB结均正 偏。2-7图为一支3DG6A的静态输出 特性曲线。试求在工作点 IC=6mA, V =5V处该管的P、p和&、a的值。 CE(设 ICBO=10nA)I +1 I 0.04 BCBOB取/b=+20 目

7、a,则、= 2.667mAAI半=AI。= 133再取 AIB=20 目 a,则 AIC =-3-133mA则 2片=157取p 1、p2平均值作Q点的交流p ,a = = 0.993a = - = 0.9931 +p ,1 +p 。133 +157 =1452该例说明在工作点处bjt的p, a 以。2-8图示电路中，硅BJT的，6=100，/ 00试通过计算判断当R分别等于200kCBOQ和50kQ时，晶体管工作在什么状态。(提示：果不合理，么？)B先按放大状态估算偏置电流电压，如果结 则晶体管一定工作在饱和状态，为什解取VeBE(1) Rb= 200k。，设BJT工作在放大区，= 0.7v

8、，则Vbb 牝 b R200k ，-100 x 4.3L b=F=览5mA图 P2-8VCE = VCC - ICRC = 10 - 3 x 2.15 = 3.55 V。VCEVBE，集电结反偏，假设成立，BJT工作在放大区。(2) Rb = 50kQ，若假设BJT工作在放大区，VBE = 0.7V，则 ,4.3,100 x 4.3 。二b = 50k，乙厂=8,6mAV = 10-3x8.6 = -15.8 VCEVVCE不可能为负值，故假设不成立。.该管已进入饱和区。I = Vcc =空=3.27取饱和的VCEs =.2V，则CRc3mA。3.27mA即改变Rb时，IC可能达到的最大电流。

9、2-9 图示硅 PNP 管的 VBE 演 *7V，P = 60，IcboR0。试问：界饱和状态？(即IB增加到VCE刚好等于VCEs时的状态)解Rb=?时BJT刚好处于临取VC/.2v，则9 = -3.871.5kmAPNP管饱和时V - V I =CESC临界饱和时。=ICS / = -0-0644mA图 P2-9V V-5.3R =be = 82.2 k。产生上述IB的七为BIB一0644。2-10*图为BJT共射放大原理电路。输入电压七=Vm Sin 2兀ft，七的幅度可使发射结 上的信号电压满足小信号条件。试推导BJT集电极平均功耗pc的表达式。将Pc与静态 (v =0)时的集电极功耗

10、比较是增大还是减小？电源的平均功耗是增大还是减小？i解由(2-20)式在小信号条件下Ii = I + i = I + CVC C C C V iTv = V - R i = V - R (I + J-CV )故 CE CE C C CC C C V i集电极瞬时管耗PC (t)= VCEC集电极平均管耗为图 P2-10R 12 一C C v 2 dtV 2 iT P = 1 JT P (t)dt = 1 JTv i dt c T o c T o ce c将iC和L表式代入上式，可得=1 J TV IT 0cc cv dt = 01JTi，T 0PC-R 12 - RcC v + (V- R I

11、 ) !C v注意到1 JoTC C V i CC C C V iT v 2 dt = v 2i 2 im1 R 12.Pc=VCCIC - RCIC -守 Vm静态时 P = P = V I - R2 I . P 0），iC减小，交流iC0。 图 P2-11-1交流iC在RC上产生的匕0，即七与匕反相。2-12试用图2-21给出的共基放大原理电路证明：在小信号条件下，v =。VBT i愠-v i解 1 a 1 口 a I e vt =a I eVT e vt小信号条件, 匚U I e-七/V = I cvTi =-cvC V iT=-R I + (J-c )v RR 上由压v =-R i =

12、-R (I + i ) c c V i cCRC C C CCCT匕与v此时同相。v = Vcv R2-13在图示BJT电路中改变集电极电阻Rc的值时，可由毫安表和伏特表读出Ic和VCE 的两组数据为：I =1mA,Vp,=1V; I =1.1mA,VE=12V。据此估算该管的厄利电压V。C1CE1C2CE2A解按题意可画出VBE = VBB时的近似输出特性曲线（图P2-13-1）图 P2-13图 P2-13-1V +1 2 V + 1由上图 1=V,匕=号=109 (V)2-14试判断以下各电路中BJT的发射结和集电结的偏置状态发射结零偏发射结正偏发射结反偏集电结反偏集电结零偏集电结正偏2-

13、15分析指出：BJT各条共射输出特性曲线（以IB为参变量）沿vcE减小的方向延伸 在横轴上的交点约为厄利电压的一半，据此估算题2-8同一工作点处的混合参数g、rbe、rce 和 rbc。gm 口 38-5Ic = 23 1ms解将题2-8IB = 40H A曲线延长与 横轴交点为-16.5 cm (图P2-15-1)0.5匕20由此图，16.5 - 4.3 ,匕=153 V又 Ic = 6 mA, T = 26 mV, P = 145 ,a = 0-993图 P2-15-1r = (1+ P)匕=145 x 类=633。beI6Vr -a = 25.5k。cr =P r = 3.7M。2-16

14、测得一支PNP管在工作点Ic=1mA,VCE=-6V处的低频H参数r/2.9kQ邛=100。 并已知在该点f=150MHz, cb*3pf,且该管的匕=120V。试求出该管的七个混合n模型参数 并画出混合口模型。解gm= 3 8. 4 = 3 8msr =P /g = 2.597k。r = r - ； = 2.9 - 2.597 = 302。r Ve/I =120k。 rb e二者并联，rbc不,Vber /be加(C + C )b cb el = g V -1C m b e,Vbe ZZ ( bcb b c (TV=r /b c1加 Cbc )(gm - ZL):bc-lb/r /bbe +

15、 CbP上式即be 加(C + C )b eb c8 =8=81 + j 叫 eC + CbP 1 + 迪%1。=苴中 8 r (C + C ) b e b e b c, 令18由上式=1 得 1 + 削 fC + Cbc ) =8h兀 fTC + Cb,)2 = 82 -1 82.fT 2兀 r (C + C ) = 2兀(C + C ) ,b b e b e b cb e b c2.3复习题解答一.填空题1. 当发射结正偏，集电结反偏时，BJT工作在（放大）区，当发射结和集电结都（正 偏）时，BJT饱和；当发射结和集电结都（反偏）时，BJT截止。2.放大偏置的NPN管，三电极的电位关系是（

16、VC 匕 匕）。而放大偏置的PNP管，三电极的关系是（匕 匕1,故BJT适于电流放大，不适于作电压放大。纠错：只要输出电流在负载上的电压能大于输入电压，就实现了电压放大。因此电流放 大能能力不能反映电压放大能力。4. 放大管集电结反向电压增大，会使集电极电流iC增大，这是因为此时集电结对从基 区扩散过来的载流子吸引力增大的结果。纠错：原因应该是基区宽调效应。5. PNP和NPN是一种对称结构。因此将发射极与集电极对调使用，BJT仍然能正常放 大信号。纠错：由于发射区比基区高掺杂，而集电区不具有此特性，故C极和E极不能交换使 用。三、单选题1.在图F2-1所示NPN管放大偏置电路中，若匕增加，则

17、4 （ B ）。A,几乎不变 B,略有减小C,略有增大D.无法判定理由：集电结反偏电压匕增加时，根据基区宽调效应，】C和。增加 2.图F2-2中的微安表测得的电流是（A ）。B. 集电极反向饱和电流D.X作点电流与工作点电流Ic无关的参数只有（C. %D. rbc下述说法中的（D ）不正确。B.估算BJT的一些参数D. 分析放大器的频率特性A.穿透电流C.集电极最大允许电流3. 在下面各混合兀模型参数中A ZB.膈B ）。4. 关于晶体管特性曲线的用途，A.判断BJT的质量C.计算放大电路的一些指标理由：晶体管频率特性是内部电抗效应所致。此时静特性曲线不再适用。若BJT是NPN管，试在各象限中C,饱和区D.反向有源偏置。5. 以BJT的VCB为横轴，VBE为纵轴组成四个象限。标出该管偏置状态。A.放大区 B.截止区图 F2-1图 F2-2图 F2-3