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1、Chapter4 晶体三极管及其基本放大电路,本节课内容,双极型晶体三极管 双极型晶体管的导电原理 晶体管电流分配关系和放大作用 晶体三极管的放大作用,4.1 晶体三极管,Bipolar Junction Transistor 缩写 BJT（双极型晶体管） 简称晶体管或三极管双极型 器件两种载流子（多子、少子）,4.1 晶体三极管,4.1.1 基本结构及类型,基极,发射极,集电极,NPN型,PNP型,符号：,NPN型三极管,PNP型三极管,基区：最薄，掺杂浓度最低,发射区：掺杂浓度最高,发射结,集电结,结构特点：,集电区：面积最大,4.1.2 晶体管的电流放大作用,1. 三极管放大的外部条件,
2、发射结正偏、集电结反偏,PNP发射结正偏 VBVE集电结反偏 VCVE集电结反偏 VCVB,2. 各电极电流关系及电流放大作用,结论:,1）三电极电流关系 IE = IB + IC,把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。,2） IC IB ， IC IE,3） IC IB,实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。,晶体管主要功能:,晶体管具有的能力1、电流控制（current control）,3.三极管内部载流子的运动规律,基区空穴向发射区的扩散可忽略。,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,进入P 区
3、的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,3. 三极管内部载流子的运动规律,IC = ICE+ICBO ICE,IB = IBE- ICBO IBE,ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数,集射极穿透电流, 温度ICEO,(常用公式),若IB =0, 则 IC ICEO,外电路电流,IE = IB + IC -可以视为 结点关系（KCL）,IC,IB,IE,C,E,B,电流关系,IC,IE,IB,晶体三极管的放大作用,重申晶体管放大 (正向受
4、控) 的 - 两个重要条件：内部条件 ：e 区 高掺杂, b 区 很 窄。外部条件 ：eb 结 正偏置, cb 结 反偏置。,偏置要求,对 NPN管 要求 VC VB VE,VC,VE,VB,偏置要求,对 PNP管 要求 VC VB VE,VC,VE,VB,三极管载流子运动,晶体管内部载流子的运动（1）发射区向基区大量注入电子,（2）电子在基区复合和进一步扩散,（3）集电区大量收集电子,3AX31 3DG12B 3DD6PNP低频小功率锗三极管 NPN高频小功率硅三极管 NPN低频大功率硅三极管 3CG 3AD 3DK PNP高频小功率硅三极管 PNP低频大功率锗三极管 NPN硅开关三极管,半
5、导体三极管器件的命名方式,目测判别三极管极性,B,E,C,4.1.3 特性曲线,即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。,为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析管子的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路,重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线,发射极是输入回路、输出回路的公共端,共发射极电路,输入回路,输出回路,测量晶体管特性的实验线路,1. 输入特性,特点:非线性(与二极管的伏安特性相似),死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。,正常工作时发射结电压： NPN型硅管 UBE 0.60.7VPNP型锗
6、管 UBE 0.1 0.3V,2. 输出特性,IB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1) 放大区,在放大区有 IC= IB ，也称为线性区，具有恒流特性。,在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。,共射输出特性曲线,（2）截止区,IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。,在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。,饱和区,截止区,（3）饱和区,当UCE UBE时，晶体管工作于饱和状态。 在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。 深度饱和时， 硅管UCES 0.3V， 锗管UCES 0.1V
7、。,三极管的输出特性,例1：测量三极管三个电极对地电位如图 所示，试判断三极管的工作状态。,三极管工作状态判断,4.1.4 主要参数,1. 电流放大系数，,直流电流放大系数,交流电流放大系数,当晶体管接成发射极电路时，,表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。,注意：,和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。,常用晶体管的 值在20 200之间。,例：在UCE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 点IB=60 A, IC=2.3mA。,在以后的计算中，一般作近似处理： = 。
8、,Q1,Q2,在 Q1 点，有,由 Q1 和Q2点，得,2.集-基极反向截止电流 ICBO,ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。 温度ICBO,3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO,ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,4. 集电极最大允许电流 ICM,5. 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,集电极电流 IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。,当集射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR) CE
9、O。,6. 集电极最大允许耗散功耗PCM,PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。 PC PCM =IC UCE,硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。,ICUCE=PCM,安全工作区,由三个极限参数可画出三极管的安全工作区,晶体管参数与温度的关系,1、温度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管优 于锗管。,2、温度每升高 1C，UBE将减小 (22.5)mV， 即晶体管具有负温度系数。,3、温度每升高 1C， 增加 0.5%1.0%。,4.2 单管共射放大电路的工作原理,一三极管的放大原理三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。,UCE（-ICRc）,放大
10、原理：,UBE,IB,IC（bIB）,电压放大倍数：, uo,ui,放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,二.单管共射极放大电路的结构及各元件的作用,共射电路的组成,各元件作用：,使发射结正偏，并提供适当的静态IB和UBE。,基极电源与基极电阻,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC，将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F50F,作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,+,+,各元件作用：,基本放大电路的习惯画法,放大电路组成(简化),1.静态工作点Ui=0时电路的工作状态,三
11、. 静态工作点,o,.,ui=0时,由于电源的存在，电路中存在一组直流量。,无输入信号(ui = 0)时:,uo = 0uBE = UBEuCE = UCE,+VCC,Rb,Rc,C1,C2,T,+,+,ui,+,uo,+,+,+,uBE,uCE,iC,iB,iE,结论：,(1) 无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流:IB、UBE和 IC、UCE 。,(IB、UBE) 和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。,为什么要设置静态工作点？,放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。,放大器的静态工作点,UBE,无输
12、入信号(ui = 0)时:,uo = 0uBE = UBEuCE = UCE,？,有输入信号(ui 0)时,uCE = VCC iC RC,uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uo,共射放大电路的电压放大作用,放大电路的基本原理(有信号的说明),结论：,(2) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大 小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了 一个交流量，但方向始终不变。,+,集电极电流,直流分量,交流分量,动态分析,静态分析,结论：,(3) 若参数选取得当，输出电压比输入电压大， 即电路具有电压放大作用。,(4) 输出电压与输入电压在相位上相差180， 即共发射极电路具有
13、反相作用。,实现放大的条件,(1) 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集 电结反偏。(2) 正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大 区。(3) 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电 流。(4) 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。,4.3.1 直流通路和交流通路,因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。,直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路， 用来计算静态工作点。,交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路， 用来计算电压放大
14、倍数、输入电阻、 输出电阻等动态参数。,4.3 放大电路的基本分析方法,例：画出下图放大电路的直流通路,直流通路,直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC 、 UCE ),对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）,断开,断开,对交流信号(有输入信号ui时的交流分量),XC 0，C 可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。,短路,短路,对地短路,交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,4.3.2 放大电路的静态分析,静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。,分析方法：估算法、图解法。分析对象：各极电压、电流的直流分量。所用电路：放大电路的直流通路。,设置Q点的目的： (1) 使放大电路的放大信号不失真； (2) 使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。,
