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1、2.1 晶体管,晶体管又称半导体三极管,晶体管是最重要的一种半导体器件之一，它的放大作用和开关作用，促使了电子技术的飞跃。,2 晶体管及放大电路基础,晶体管图片,2.1.1 晶体管的结构,1. NPN型晶体管结构示意图和符号,(2) 根据使用的半导体材料分为: 硅管和锗管,(1) 根据结构分为: NPN型和PNP型,晶体管的主要类型,发射区,集电区,基区,发射极E(e),集电极C(c),发射结JE,集电结JC,基极B(b),NPN型晶体管结构示意图,NPN型晶体管符号,2. PNP型晶体管结构示意图和符号,(1) 发射区小，掺杂浓度高。,3. 晶体管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）,平
2、面型晶体管的结构示意图,(2) 集电区面积大。,(3) 基区掺杂浓度很低，且很薄。,2.1.2 晶体管的工作原理（以NPN型管为例）,依据两个PN结的偏置情况,放大状态,饱和状态,截止状态,倒置状态,1发射结正向偏置、集电结反向偏置放大状态,原理图,电路图,(1) 电流关系,a. 发射区向基区扩散电子,形成发射极电流IE,发射区向基区扩散电子,称扩散到基区的发射区多子为非平衡少子,b. 基区向发射区扩散空穴,基区向发射区扩散空穴,发射区向基区扩散电子,形成空穴电流,因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流可忽略不记。,基区向发射区扩散空穴,发射区向基区扩散电子,c. 基区电子的扩散和复合,
3、非平衡少子在基区复合，形成基极电流IB,非平衡少子向集电结扩散,非平衡少子到达集电区,d. 集电区收集从发射区扩散过来的电子,形成发射极电流IC,少子漂移形成反向饱和电流ICBO,e. 集电区、基区少子相互漂移,集电区少子空穴向基区漂移,基区少子电子向集电区漂移,晶体管的电流分配关系动画演示,发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。,基极是两个回路的公共端，称这种接法为共基极接法。,输入回路,输出回路,定义,称为共基极直流电流放大系数,各电极电流之间的关系,IE=IC+IB,晶体管共射极接法,原理图,电路图,定义,为共射极直流电流放大系数,当UCEUCB时，集电结正偏，发射结反偏，晶体管仍
4、工作于放大状态。,各电极电流之间的关系,ICEO称为穿透电流,或,一般情况,如果 UBE 0，那么IB 0， IC 0 ，IE 0,当输入回路电压,U BE =UBE+UBE,那么,I B =IB+IB,I C =IC+IC,I E =IE+IE,如果 UBE 0，那么IB 0， IC 0 ，IE 0,为共基极交流电流放大系数,为共射极交流电流放大系数,定义,与的关系,一般可以认为,uBE = ube + UBE,(2) 放大原理,设输入信号ui=Uimsint V,那么,UCE = VCC ICRC,放大电路,a. 在RC两端有一个较大的交流分量可供输出。,可知,ui ibicicRc,b.
5、 交流信号的传递过程为,2发射结正向偏置、集电结正向偏置饱和状态,(2) IC bIB，IB失去了对IC的 控制。,(1) UCEUBE，集电结正向偏。,饱和状态的特点,(3) 集电极饱和电压降UCES较小，小功率硅管为 0.30.5V 。,(5) UCE对IC的影响大， 当UCE增大，IC将随之增加。,(4) 饱和时集电极电流,(2) IC=ICBO,3发射结反向偏置、集电结反向偏置截止状态,截止状态的特点,(1) 发射结反偏,(3) IB=ICBO,4发射结反向偏置、集电结正向偏置倒置状态,(1) 集电区扩散到基区的多子较少,倒置状态的特点,(2) 发射区收集基区的非平衡少数载流子的能力小
6、,(3) 管子的电流放大系数很小,2.1.3 晶体管共射极接法的伏安特性曲线,1共射极输入特性,共射极输入特性,三极管共射极接法,(1) 输入特性是非线性的， 有死区。,(2) 当uBE不变，uCE从零增大 时，iB将减小。,输入特性的特点,(3) 当uCE1V，输入特性曲线几乎重合在一起， 即uCE对输入特性几乎无影响。,2共射极输出特性,输出特性曲线,饱和区,截止区,放大区,各区的特点,(1) 饱和区,a. UCEUBE,b. ICIB,c. UCE增大， IC 增大,饱和区,(3) 截止区,a. IB0,b. IC0,(2) 放大区,a. UCEUBE,b. IC=IB,c. IC与UC
7、E无关,饱和区,放大区,NPN管与PNP管的区别,iB、uBE、iC、 iE 、uCE的极性二者相反。,硅管与锗管的主要区别,(3) 锗管的ICBO比硅管大,2.1.4 晶体管的主要电参数,1. 直流参数,(3) 集电极基极间反向饱和电流ICBO,(1) 共基极直流电流放大系数,(2) 共射极直流电流放大系数,(4) 集电极发射极间反向饱和电流ICEO,2. 交流参数,(1) 共基极交流电流放大系数,值与iC的关系曲线,(2) 共射极交流电流放大系数,3. 极限参数,(4) 集电极最大允许电流ICM,(1) 集电极开路时发射极基极间反向击穿 电压U(BR)EBO,(2) 发射极开路时集电极基极
8、间反向击穿 电压U(BR)EBO,(3) 基极开路时集电极发射极间反向击穿 电压U(BR)EBO,不安全区,安全区,(5) 集电极最大允许功率耗散PCM,晶体管的安全工作区,等功耗线PC=PCM =uCEiC,2.1.5 温度对管子参数的影响,1对的影响,2对ICBO的影响,3对UBE的影响,4温度升高，管子的死区电压降低。,思 考 题,2.如何用万用表判别晶体管的类型和电极？,3. 晶体管能够放大的内部和外部条件各是什么？,1. 晶体管的发射极和集电极是否可以调换使用？,4. 晶体管工作在饱和区时，其电流放大系数是否与其工作在放大区时相同？,2.2 共射极放大电路的组成和工作原理,2.2.1
9、 放大电路概述,1放大电路的用途,应用举例,把微弱的电信号不失真地放大到负载所需的数值,2放大电路的主要性能指标,放大器性能指标测量原理方框图,功率放大倍数Ap,(2) 输入电阻Ri,Ri越大，Ui也就越大，电路的放大能力越强。,a. 由于,b. Ri越大，输入电流ii越小，信号源的负载越小。,(3) 输出电阻Ro,a. 输出电阻Ro的定义,测量电路,即 Ro越小，输出电压越稳定，电路带负载能力越强。,由图可知,b. Ro对输出电压的影响,一种测量Ro的方法,(4) 全谐波失真度D,(5) 动态范围Uopp,Uopp也称为最大不失真输出电压,即谐波电压总有效值与基波电压有效值之比,使输出电压u
10、o的非线性失真度达到某一规定数值时的uo的峰 峰值,(6) 频带宽度fbw,相频特性,2.2.2 共射极放大电路的组成及其工作原理,1. 共射极放大电路的组成,电路存在的主要问题,(1) 信号源与放大电路 相互影响,(2) 放大电路与负载相 互影响,各元器件的作用,T 放大器件,隔离放大电路对信号源和负载的直流影响。,沟通信号源、放大电路、负载之间的信号传递通道。,改进的共射极放大电路,为T提供Je正偏电压UBE,提供基极偏置电流IB,为T提供Jc反偏电压UCE及集电极电流IC,为电路提供能量,RC 将集电极电流的变化变换为电压电压的 变化,(1) 减少电源数,(2) 电路的简化画法,不画电源
11、符号，只写出电源正极对地的电位,放大电路的两种工作状态,静态 当输入信号为零时电路的工作状态,静态时放大电路中只有直流分量。,动态 有输入信号时电路的工作状态,动态时电路中的信号为交、直流混合信号。,注 不同书写体字母的含义,UBE、IB 大写字母，大写下标，表示直流量。,ube、ib小写字母，小写下标，表示交流瞬时值。,uBE 、iB小写字母，大写下标，表示交、直混合量。,Ube 、Ib大写字母，小写下标，表示交流分量有效值。,信号的传递过程,思 考 题,1. 对于电压放大器来说，电路的输入电阻是越高越好还是越低越好？为什么？,2. 对于电流放大器来说，电路的输出电阻是越高越好还是越低越好？
12、为什么？,2.3 放大电路的静态分析,静态分析就是通过放大电路的直流通路求解静态工作点值IBQ、ICQ、UCEQ等。,直流通路,2.3.1 图解法在放大电路静态分析中的应用,1输入回路,列写输入回路方程,VCC=iBRB+uBE,求解静态工作点的常用方法,直流负载线与晶体管输入特性曲线的交点，即为放大电路的输入静态工作点Qi。,在iB uBE坐标系中表示是一条直线,称为输入回路的直流负载线,三极管输入特性曲线,直流负载线,2输出回路,VCC=iCRC+uCE,输出回路方程,称为输出回路的直流负载线。,直流负载线,输出特性曲线,直流负载线与晶体管输出特性曲线的交点，即为放大电路的输入静态工作点Q
13、o。,在iC uCE坐标系中也是一条直线，,2.3.2 估算法在放大电路静态分析中的应用,UCEQ=VCCICQRC,式中，|UBEQ |凡硅管可取为0.7 V、锗管0.3 V。,由输入回路方程,VCC=iBRB+uBE,得,思 考 题,图解法和估算法是晶体管放大电路静态分析常用的的两种分析方法，它们各有哪些优缺点？,放大电路的动态分析是在静态分析的基础上，分析电路中的信号的传输情况，考虑的只是电压和电流的交流分量（信号分量）。,2.4 放大电路的动态分析,图解法,微变等效电路法,2.4.1 图解法在放大电路动态分析中的应用,1当RL=时,在输入回路,uBE=UBE+ui,uBE波形图,iB的
14、波形图,工作点的移动,uBE波形图,(1) 信号的传递,已知Q,a,b,t,O,O,t,O,a. iB的形成过程,a,b,t,M,N,O,O,t,iB1,iB2,b. 输出波形,已知Q,已知 iB,工作点的移动,uCE波形图,iC波形图,输出电压uo,O,已知输入信号,小结,输出信号波形,输出电压uo与输入电压ui相位相反,(2) 如果静态工作点Q太低,工作点的移动,uBE波形图,a,b,已知Q,iB1,iB2,iB的波形图,a. 输入波形,a,b,iB1,iB2,已知Q,已知 iB,工作点的移动,uCE波形图,iC波形图,输出电压,b. 输出波形,截止失真,t,M,N,O,t,O,t,O,工
15、作点的移动,uBE波形图,a,b,已知Q,iB1,iB2,iB的波形图,a. 输入波形,(3) 如果静态工作点Q太高,a,b,iB1,iB2,已知Q,已知 iB,工作点的移动,uCE波形图,iC波形图,b. 输出波形,输出电压,饱和失真,t,M,N,O,O,t,O,t,O,工作点的移动,uBE波形,a,b,已知Q,iB1,iB2,iB的波形,a. 输入波形,(4) 如果输入信号太大,a,b,iB1,iB2,已知Q,已知 iB,工作点的移动,uCE波形,iC波形,b. 输出波形,t,M,N,（忽略 UCES和ICBO）,(5) 放大电路的动态范围,a. 如果UCEQ=ICQRC=VCC/2,iB波形,输出波形,=2ICRC,Uopp=2UCEQ,=VCC,O,t,O,M,N,b. 如果UCEQICQRC,iB波形,输出波形,Uopp=2UCEQ,uo1,uo2,uo3
