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1、,4.1 半导体三极管 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 4.8 单级放大电路的的瞬态响应 4.9 SPICE仿真例题,1,4.1.1 BJT的结构简介,二极管,三极管,2,2.BJT的分类,按频率分,高频管,中频管,低频管,按功率分,大功率管,中功率管,小功率管,按材料分,硅管,锗管,按结构分,NPN型管,PNP型管,4.1.1 BJT的结构简介,3,3.两种BJT类型及其符号,发射区,发射极(e),集电区,基区,基极(b),集电极(c),发射结
2、(Je),集电结(Jc),箭头代表发射结正偏时 流过发射结电流的实际方向。,4.1.1 BJT的结构简介,4,4. 三个区的作用：, 发射区:, 集电区:, 基区:,向基区发射(注入)载流子,控制由发射区注入到基区的多数载流子的传输和分配,收集由发射区注入到基区的载流子.,即:集电区在基区的控制下 收集由发射区发射的多数 载流子。,4.1.1 BJT的结构简介,5,5.结构特点：,三个区的杂质浓度、半导体厚度及PN结的结面 积均不同。,非对称结构的特点：, 发射区的掺杂浓度最高，杂质数量最多；基区掺杂浓度最低，杂质数量最少；集电区掺杂浓度介于两者之间。, 集电结的结面积很大；,集电区很厚而基区
3、很薄，一般在几个微米至几十 个微米。,4.1.1 BJT的结构简介,6,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,BJT的工作状态：,根据三极管两个PN结的偏置情况不同，可分为 四种状态、三种工作状态：,1.发射结和集电结均反偏,2.发射结和集电结均正偏,3.发射结正偏，集电结反偏,4.发射结反偏，集电结正偏,倒置状态是一种非工作状态。,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。,发射结正偏，集电结反偏。,外部条件：,发射结正偏，集电结反偏。,原则：,使发射结正偏的外电路: 基极电源VBB和Rb,使集电结反偏的外电路:集电极电源VCC和Rc， 且: VCC VBB,7,
4、a.发射区向基区注入电子 形成发射极电流IEN：,因发射结正偏,空间电荷区变薄,扩散运动加强,漂移运动减弱.,发射区的多数载流子电子向基区扩散。,因发射区外接电源的负极,所以电源负极不断向发射区提供电子,从而形成发射极电流IEN。,（1）形成发射极电流IE,b.基区向发射区扩散空穴 形成发射极电流IEP：,基区的多数载流子空穴向发射区扩散。扩散到发射区后被电源负极拉走，形成发射极电流IEP。,可见： IE=IEN+IEP,因发射区杂质浓度远远大于基区的杂质浓度故:,IENIEP,故: IE=IEN+IEPIEN,8,a.电子在基区复合形成基极电流IBN,(2) 发射区的电子注入到基区后的情况,
5、由发射区扩散到 基区的电子有很少一部分和基区的多数载流子空穴相遇而复合掉,因基区外接电源的正极,故电源VBB不断向基区提供空穴而形成基极电流IBN。,IBN,因基区的杂质浓度很低， 故IBN很小。,b.绝大多数没有复合掉的 电子继续向集电结靠拢 （扩散）。,9,(3) 集电区收集从发射区扩散到基区 的大部分电子形成集电极电流ICN,因集电结反偏，故有利于少数载流子的漂移运动。,由发射区扩散到基区的电子成为基区的少数载流子称非平衡载流子。,基区的非平衡载流子在集电结的作用下漂移到集电区，因集电区外接电源的正极，故电子被电源正极拉走形成集电极电流ICN。,可见： IEN= ICN+ IBN,10,
6、(4) 集电极的反向电流,因集电结反偏，故基区本身的少数载流子-电子和集电区本身的少数载流子-空穴也要发生漂移运动形成电流ICBO,IB=IBN-ICBO IC=ICN+ICBO,IB+IC=IBN+ICN=IEN,11,三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)都参与导 电，故称为双极型三极管。,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,因多数载流子的扩散而形成IEN、 IEP、 IBN、ICN；因少数载流子的漂移而形成ICBO。,IE=IEN+IEPIEN,IB=IBN-ICBO,IC=ICN+ICBO,IE=IB + IC,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,12,
7、双极型三极管有三个电极，其中一个可以作为 输入, 一个可以作为输出，这样必然有一个电极是 公共电极。三种接法也称三种组态。,3.BJT的三种连接方式(三种电路组态) ：,共基极连接方式：,共发射极连接方式：,共集电极连接方式：,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,发射极作为公共电极；,2)共基极连接方式：,基极作为公共电极;,3)共集电极连接方式：,集电极作为公共电极;,13,4.电流分配关系,通常 IC ICBO,IC= ICN+ ICBO ICN,IC IE,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,14,可得,所以,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,4.电流分配关系,15,4.1
8、.2 放大状态下BJT的工作原理,4.电流分配关系,（3）共集电极放大电路的输出电流IE,IB=IE-IC,16,+v0,若,vI = 20mV,则,电压放大倍数,iE = -1 mA，,iC = iE = -0.98 mA，,vO = -iC RL = 0.98 V，, = 0.98 时，,vBE +,17,+iC,+iB,+iE,vBE +,vI = 20mV,设,若,则,iB = 20 uA, = 0.98,使,vO = -iC RL = -0.98 V,电压放大倍数,18,三极管的放大作用，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。,发射结正向偏置，集电结反向偏置
9、。,IE=IB+ IC , IC=iB ， IC=IE,一组公式,实现这一传输过程的两个条件是：,（1）内部条件：,由结构决定；,（2）外部条件：,19,4.1.3 BJT的V-I特性曲线。.。,BJT的特性曲线,从使用BJT的角度来讲，了解它的特性要比了解 它的内部载流子的运动显得更为重要。,BJT的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关 系曲线，它是BJT内部载流子运动的外部表现。,20,输入回路：由基极和发射极组成的回路。,输出回路：由集电极和发射极组成的回路。,1）测量电路,1. 共射极连接时的输入V-I曲线,iB=f(vBE) vCE=const,4.1.3 BJT的V-I特性曲线。.
10、。,21,当VCE=0V时，相当于C和E短接，表现为PN结的正向伏安特性曲线。,4.1.3 BJT的V-I特性曲线。.。,VCE1V,22,2）输入特性曲线的三个区,死区,非线性区,线性区,VBE0.5V,Je结反偏。,VBE0.50.6V， Je结接近正偏。,VBE0.6V， Je结正偏， Jc结反偏,1. 共射极连接时的输入V-I曲线,iB=f(vBE) vCE=const,4.1.3 BJT的V-I特性曲线。.。,23,2. 共射极连接时的输出V-I曲线,1）测量电路,iC=f(vCE) iB=const,当IB=0A时，两个PN结均反偏，iC=iCEO,iB=0,(2)当IB=20A时
11、,(3)当IB=40A时,(4)当IB=60A时,4.1.3 BJT的V-I特性曲线。.。,24,2）输出特性曲线的三个区,饱和区：,iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE0.7V(硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。,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。发射结反偏，集电结反偏。,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， IC=IB。,2. 共射极连接时的输出V-I曲线,4.1.3 BJT的V-I特性曲线。.。,25,(1)共发射极直流电流放大系数,4.1.4 BJT的主要参数。.。,1. 电流放大
12、系数,(2) 共发射极交流电流放大系数, =IC/IBvCE=const,=IC/IE VCB=const,(4) 共基极交流电流放大系数,=IC/IE VCB=const,当BJT工作于放大区时， 、 ，可以不 加区分。,26,2. 极间反向电流,(1) 集基间反向饱和电流ICBO,发射极开路时，集电结的 反向饱和电流。,(2) 集射间反向饱和电流ICEO,基极开路时，晶体管的穿透电流。,穿透电流在特性曲线上表现,4.1.4 BJT的主要参数。.。,27,PCM,(1) 集电极最大允许电流ICM,(2) 集电极最大允许功率损耗PCM,注意：任何时候晶体管功耗 PCM= ICVCE,安 全工作
13、区,(3) 晶体管安全工作区,极限参数决定晶体管是否能安全工作 由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定 晶体管安全工作区。,过流区,过压区,28, 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基极开路时集射间的击穿电压，它与穿透电流直接联系,几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO,(4) 反向击穿电压,29,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响,1.温度对BJT参数的影响,1）温度对ICBO的影响,ICBO是集电结反偏时的反向饱和电流，对温度非 常敏感，温
14、度每升高100C， ICBO约增加一倍。,2）温度对的影响,增加,3）温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响,温度升高反向击穿电压也提高。,30,2.温度对BJT特性曲线的影响,1）对输入特性的影响,温度升高特性曲线左移，,说明在iB相同的条件下，vBE减小了。温度每升高10C， vBE减小22.5mV,2）对输出特性的影响,温度升高ICEO增加，特性曲线上移，,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响,31,BJT构造与BJT类型,BJT的电流分配关系,BJT的放大作用：条件、机理,BJT的主要工作参数： 、 ICEO,BJT的特性曲线：输入、输出,BJT的主要极限参数，安全工作区,本 节 小 结,32,作 业,33,4.1.1 4.1.2,
