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4 双极结型三极管及放大电路基础

4 双极结型三极管及放大电路基础. 4.1 BJT. 4.2 基本共射极放大电路. 4.3 放大电路的分析方法. 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题. 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路. 4.6 组合放大电路. 4.7 放大电路的频率响应. 4.1 双极型三极管 BJT. 一个 PN 结. 二极管. 单向导电性. 二个 PN 结. 三极管. 电流放大（控制）. (a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管. 4.1.1 BJT 的结构简介.

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4 双极结型三极管及放大电路基础

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Presentation Transcript

  1. 4 双极结型三极管及放大电路基础 4.1 BJT 4.2 基本共射极放大电路 4.3 放大电路的分析方法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路 4.6 组合放大电路 4.7 放大电路的频率响应

  2. 4.1 双极型三极管BJT 一个PN结 二极管 单向导电性 二个PN结 三极管 电流放大（控制）

  3. (a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管 4.1.1 BJT的结构简介 按频率分有高频管、低频管 分类： 按功率分有小、中、大功率管 按材料分有硅管、锗管 按结构分有NPN型和PNP型

  4. 大功率管 塑料封装 金属封装 三极管的不同封装形式 中功率管

  5. 4.1.1 BJT的结构简介 半导体三极管的结构有两种类型:NPN型和PNP型。 1. NPN型 NPN管的电路符号

  6. 2.PNP型 PNP管的电路符号

  7. 4.1.2 放大状态下BJT的工作原理 正常放大时外加偏置电压的要求 发射结应加正向电压（正向偏置） 发射区向基区注入载流子 集电区从基区接受载流子 集电结应加反向电压（反向偏置） 问：若为PNP管，图中电源极性如何？

  8. 1.发射区向基区注入电子（IEN、IEP小） 1.三极管内载流子的传输过程 三极管内有两种载流子参与导电，故称此种三极管 为双极型三极管，记为BJT (Bipolar Junction Transistor) 另外,基区集电区本身存在的少子， 在集电结上存在漂移运动，由此形成电流ICBO 2.电子在基区中的扩散与复合（IBN） 3.集电区收集扩散过来的电子（ICN）

  9. 放大状态下BJT中载流子的传输过程 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

  10. 2. 电流分配关系  为电流放大系数。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 。 根据传输过程可知 IE=IB+ IC IC= INC+ ICBO 所以 IC= IE+ ICBO 通常IC >> ICBO 放大状态下BJT中载流子的传输过程

  11. IE=IB+ IC 代入 IC= IE+ ICBO 又：把 整理得： ICEO= (1+  ) ICBO （穿透电流）  是另一个电流放大系数。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 。 且令

  12. 3. 三极管的三种组态 BJT的三种组态 (a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示； (b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； (c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。

  13. 若 vI = 20mV 使 iE = -1 mA， 当  = 0.98 时， 则 iC =  iE = -0.98 mA， 4. 放大作用 共基极放大电路 vO = -iC•RL = 0.98 V， 电压放大倍数 共基极放大电路只实现电压放大，电流不放大（控制作用）

  14. 三极管的放大作用,主要是依靠它的IE能通过基区传输,然后顺利到达集电极而实现的。故要保证此传输,一方面要满足内部条件,即发射区掺杂浓度要远大于基区掺杂浓度,基区要薄;另一方面要满足外部条件,即发射结正偏,集电结要反偏。三极管的放大作用,主要是依靠它的IE能通过基区传输,然后顺利到达集电极而实现的。故要保证此传输,一方面要满足内部条件,即发射区掺杂浓度要远大于基区掺杂浓度,基区要薄;另一方面要满足外部条件,即发射结正偏,集电结要反偏。 输入电压的变化,是通过其改变输入电流,再通过输入电流的传输去控制输出电压的变化,所以BJT是一种电流控制器件。 两个要点

  15. 4.1.3 BJT的V-I 特性曲线 输入特性曲线 特性曲线是指各电极之间的电压与电流之间的关系曲线 输出特性曲线

  16. 共射极连接 0.7V(硅管） 管子正常工作时， －0.2V(锗管） 1. 输入特性曲线 （以共射极放大电路为例） iB=f(vBE)vCE=const. (1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (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。

  17. 再次注意：管子正常工作时， 2. 输出特性曲线 iC=f(vCE)iB=const. 输出特性曲线的三个区域: 饱和区：vCE很小，iC iB，三极管如同工作于短接状态，一般vCEvBE，此管压降称为饱和压降。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。 放大区： vBE >Vth，vCE反电压大于饱和压降， 此时，发射结正偏，集电结反偏。 截止区：iB=0，iC＝ iCEO0，三极管如同工作于断开状态，此时， vBE小于死区电压。 0.7V(硅管） －0.2V(锗管）

  18. (1) 共射极直流电流放大系数 =（IC－ICEO）/IB≈IC / IB  vCE=const. 与iC的关系曲线 4.1.4 BJT的主要参数 1. 电流放大系数 在iC一定范围内为常数 (2) 共射极交流电流放大系数  =iC/iBvCE=const.

  19. (3) 共基极直流电流放大系数 =（IC－ICBO）/IE≈IC/IE 当ICBO和ICEO很小时， ≈、 ≈，可以不加区分。 (4) 共基极交流电流放大系数α α=iC/iEvCB=const.

  20. α与β间的关系：

  21. 2. 极间反向电流 (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。 与单个PN结的反偏电流相同，T一定时为常数（取决于少子浓度） 小功率硅管<1A ICBO越小越好 小功率锗管10 A左右

  22. ICEO=（1+ ）ICBO (2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO 小功率硅管几微安以下 ICEO越小越好 小功率锗管几十微安以上 温度变化大的场合宜选用硅管

  23. 3. 极限参数 (1) 集电极最大允许电流ICM——三极管正常工作时集电极所允许的最大工作电流 (2) 集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE PCM值与环境温度有关，温度愈高，则PCM值愈小。当超过此值时，管子性能将变坏或烧毁。

  24. (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

  25. 4.1 小结 • 三极管（晶体管，BJT）是电流控制器件 • 三极管要实现放大作用，必须工作在放大区。

  26. 4.1 试题常见类型 • 三极管基础知识正确性的判断； • 三极管工作状态的判断； • 由管子的特性求解主要参数（例如给出一个输出特性曲线，求值）。

  27. 例题 1，三极管在放大区时的集电极电流是由多子漂移形成的？（ ） 2，当三极管工作在放大区时，发射结电压为偏置，集电结电压为 偏置。

  28. 12V 12V 12V 11.3V 3.7V 15V 0V 3V 14.8V 判断依据： 1.在放大区，NPN管：VCVB>VE PNP管： VCVB<VE 3，测得放大电路中三只晶体管的直流电位如图示，分析他们的类型、管脚和所用的材料（硅或锗）。 2.硅管：VBE=0.7V 锗管：VBE=-0.2V e c c b b e c e b 硅管，PNP 硅管，NPN 锗管，PNP

  29. 8V 12V 3.3V 3.7V 2V 3.7V 3V 3V 3V 4,测出电路中晶体管三个电极对地的电位，判断其工作状态。 VBE＝0.7V VC>VB>VE VBE＝－1V VBE＝0.7V VCE=0.3V<VBE 放大 截止 饱和 判断依据： NPN管： 放大状态：VCVB>VE，且VBE>Vth 截止状态：VBE<Vth 饱和状态： VBE>Vth，且VCE  VBE PNP管： 放大状态：VC  VB<VE，且VBE<Vth 截止状态：VBE>Vth 饱和状态： VBE<Vth，且VCE VBE

  30. 4.2 基本共射极放大电路 4.2.1 基本共射极放大电路的组成 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理

  31. 基本放大电路： 共射极放大电路 共集电极放大电路 共基极放大电路 分析方法： 图解法 微变等效电路法 待求量： 静态工作点Q（IB，IC，VCE） 电压放大倍数 输入电阻Ri 输出电阻Ro

  32. VCC :通过Rc使 • T集电极反偏置 4.2.1 基本共射极放大电路的组成 VBB,Rb:使发 射极正偏置， 并提供合适的 基极偏置电流 三极管 T 起放大作用。 分析方法：叠加 前提：BJT工作在线性区 • RC:将集电极电流信号 • 转换为电压信号。

  33. 短路， 开路 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理 1. 静态(直流工作状态) 输入信号vs＝0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。 画直流通路原则： 所有电容开路 直流通路 所有电量大写

  34. 硅:VBEQ=0.7V 锗:VBEQ=0.2V 电流关系： VCEQ=VCC－ICQRc 直流通路 IB、IC和VCE是静态工作状态的三个量，用Q表示，称为静态工作点Q（ IBQ，ICQ，VCEQ）。

  35. 2. 动态 输入正弦信号vs后，电路将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。 三极管放大作用 控制 v s R c 且 v s

  36. ， 短路 交流通路 分析动态参数时，使用交流通路 画交流通路原则： 所有电容短路 所有电量小写

  37. 4.3 放大电路的分析方法 4.3.1 图解分析法 1. 静态工作点的图解分析 2. 动态工作情况的图解分析 3. 静态工作点对波形失真的影响 4. 图解分析法的适用范围 4.3.2 小信号模型分析法 1. BJT的H参数及小信号模型 2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路 3. 小信号模型分析法的适用范围

  38. 4.3.1 图解分析法 1. 静态工作点的图解分析 vS=0，求Q（ IBQ、ICQ和VCEQ） 线性 线性 非线性

  39. (1). 输入回路 线性部分： 非线性部分：

  40. (2). 输出回路 非线性部分： 线性部分： 称为直流负载线 得出Q（ IBQ，ICQ，VCEQ）

  41. Rb Rb RC RC VCC VCC （3）电路参数对Q点的影响： 其他参数不变： IB Q点下移 变Rb IB Q点上移 斜率 Q点左移 变RC 斜率 Q点右移 MN上移 Q点右移 变VCC 截距变 Q点左移 MN下移

  42. 2. 动态工作情况的图解分析

  43. 可得如下结论： • 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| • 2. vo与vi相位相反； • 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数。

  44. 3. 静态工作点对波形失真的影响 Q点过低——截止失真

  45. Q点过高——饱和失真

  46. 动画3-2

  47. 例4.3.1 一个实际的单管放大电路 C1、C2：耦合电容 RL：负载电阻 Rb=300K RC=4K VCC=12V

  48. (a)直流通路 (b)交流通路

  49. (1)静态工作情况 得出Q（ IBQ，ICQ，VCEQ） =Q（40A，1.5mA，6V）

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