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1、电子技术基础 A（模拟部分）,4：BJT放大电路,内容提要,内容提要,4.1.1. BJT结构简介,4.1.2. 放大状态下BJT工作原理,4.1.3. BJT的V-I特性,4.1.4. BJT的主要参数,4.1.5. 温度对BJT的影响,4.1.1 BJT结构简介,半导体三极管的结构如图。两种类型: NPN型和PNP型,4.1.1 BJT结构简介,发射结(Je),集电结(Jc),发射极，E或e 表示(Emitter),集电极，C或c 表示(Collector),发射区,集电区,三极管符号,基极，B或b表示(Base),基区,4.1.1 BJT结构简介, 发射区的掺杂浓度最高；, 集电区掺杂浓
2、度低于发射区，面积大；, 基区很薄，一般几几十m，掺杂浓度最低。,结构特点：,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,BJT 放大作用是在一定外部条件控制下，通过载流子传输体现。外部条件是：,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,反偏,正偏,以NPN为例,发射结正偏 集电结反偏,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IEN,电流下标含义： P：空穴运动形成的电流 N：电子运动形成的电流,基区空穴向发射区的扩散电流IBP(IEP)，很小，可忽略,进P区的电子少量与基
3、区空穴复合，形成电流IBN ，多数扩散到集电结,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,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ICN,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,集电结反偏，有少子形成反向电流ICBO ，很小，可忽略,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,B,E,C,N,N+,P,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,B,E,C,N,N+,P,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,以上看出，三极管内有两种载流子（自由电子和
4、空穴）参与导电，故称双极型三极管 或BJT (Bipolar Junction Transistor)。,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,2. 电流分配关系,根据传输过程知：,通常 IC ICBO, ：电流放大系数，只与管子结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 = 0.90.99,设：,则有：,传输到集电极的电流,发射极的注入电流,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,2. 电流分配关系, ：另电流放大系数，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,根据：,又设：,穿透电流,又：,则：,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,3. 三极管的三种组态,共集电极接法
5、，集电极作为公共电极，用CC表示。,共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,若：vi = 20mV,使：ie = -1 mA，,当： = 0.98时,则：ic = ie = -0.98 mA，,电压放大倍数：,vo = -ic RL = 0.98 V,4. 放大作用（CB电路）,4.1.2 BJT电流分配与放大原理,4. 放大作用（ CE电路）,+,设： = 0.98,若：vi = 20mV,则：,电压放大倍数：,vo = ic RL = 0.98 V，,使：ib = 20 mA,4.1.2 BJT电流分
6、配与放大原理,5. 总结,综上所述，三极管的放大作用，主要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。 实现这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。 （2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,4.1.3 BJT的特性曲线,1. 输入特性曲线（CE放大电路）,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vCE1V时，vCB= vCE-vBE0，集电结反偏并可收集电子，基区复合，同样的vBE下IB，特性曲线。,4.1.3 BJT的特性曲线,1. 输入特性曲线
7、,iB= f(vBE)vCE=const,(3) 输入特性曲线的三个部分,死区,非线性区,线性区,4.1.3 BJT的特性曲线,2. 输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域:,iC= f(vCE)iB=const,截止区：iC 接近0区域，相当 iB= 0 曲线的下方。此时，vBE小于死区电压，集电结反偏。,截止区,4.1.3 BJT的特性曲线,2. 输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域:,iC= f(vCE)iB=const,饱和区：iC受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE0.7V(Si)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。,4.1.3 BJT的特性曲线,2. 输出特性曲线,输出
8、特性曲线的三个区域:,iC=f(vCE) iB=const,饱和区,放大区：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。,4.1.4 BJT的主要参数,1. 电流放大系数,(1) 共射极直流电流放大系数,4.1.4 BJT的主要参数,1. 电流放大系数,(2) 共射极交流电流放大系数,4.1.4 BJT的主要参数,1. 电流放大系数,(3) 共基极直流电流放大系数,(4) 共基极交流电流放大系数,4.1.4 BJT的主要参数,2. 极间反向电流,(1) 集-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。,4.1.4 BJT的主要参数,2. 极间反
9、向电流,输出特性曲线中IB = 0曲线所对应的Y 坐标数值。ICEO也称集射极穿透电流,(2) 集-射极间反向饱和电流ICEO:,4.1.4 BJT的主要参数,3. 极限参数,(1) 集电极最大允许电流ICM,(2) 集极最大允许功率损耗PCM,(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。,V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO,4.1.4 BJT的主要参数,3. 极限参数,由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲
10、线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。,安全工作区,过压区,过损区,过流区,4.1.4 BJT的主要参数,思考题,1. 既然BJT具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构成一只BJT，试说明其理由。,2. 能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什么？,3. 为什么说BJT是电流控制器件？,4.2.1 电路组成,4.2.2 工作原理, 简化电路及习惯画法, 静态和动态, 直流通路和交流通路,输入回路,4.2.1 电路组成,1. 电路,输出回路,习惯画法,4.2.1 电路组成,2. 简化电路及习惯画法,习惯画法,共射极基本放大电路,4.2.2 工作原理,Vi = 0,4.2.2 工作原理,vi
11、=Vsint,输入信号vi 或 ii = 0 时，放大电路的工作状态称静态或直流工作状态,4.2.2 工作原理,1. 静态,电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称 静态工作点 或 Q 点。一般用IB、IC、VCE （或IBQ、ICQ、VCEQ ）表示。,vi=0,输入信号不为零时，放大电路的工作状态，称动态或交流工作状态。,4.2.2 工作原理,2. 动态,# 放大电路为什么要建立正确的静态,vi=Vsint,4.2.2 工作原理,3. 直流通路和交流通路,共射极放大电路, 耦合电容：通交流、隔直流,直流电源和耦合电容对交流相当于短路！,4.2.2 工作原理,3.
12、直流通路和交流通路,共射极放大电路, 耦合电容：通交流、隔直流 直流电源：内阻为零，短路,直流电源和耦合电容对交流相当于短路！,4.2.2 工作原理,4. 思考题：,下列af电路哪些具有放大作用, BJT的H参数及小信号模型, H参数分析基本共射极放大电路,4.3.1 图解分析法,4.3.2 小信号模型分析法, 静态工作点Q, 动态工作情况, 静态工作点对波形失真的影响, 图解法适用范围,4.3.0 分析方法概述,4.3.0 分析方法概述,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,1. 概述,都是近似估算！,利用BJT和管外电路的V-I特性曲线，通过
13、作图进行静态和动态分析。,失真分析！,定量分析！,定量分析！,4.3.0 分析方法概述,2. 直流通道与交流通道,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。,电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可认为它对交流不起作用，即对交流短路；而对直流可看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道进行分析。,叠加定理！,1. 静态工作点 Q : 近似估算法,4.3.1 图解分析方法,条件：必须已知三极管的 b 值 方法：先提取直流通路再分析之,根据直流通路，知：,RB称为
14、偏置电阻，IBQ称为偏置电流。,硅管取0.7V，锗管0.2V,常识！必记,1. 静态工作点 Q : 近似估算法,4.3.1 图解分析方法,电路如图, 已知：VCC=12V，RC= 4k，RB=300k， = 37.5。试用估算法计算静态工作点。,解：,请注意电路中IB 和IC 的数量级。,1. 静态工作点 Q : 图解法,4.3.1 图解分析方法,条件：须已知BJT的输入输出特性曲线, 提取直流通路：,方法：,最好利用估算法获得之,1. 静态工作点 Q : 图解法,4.3.1 图解分析方法,条件：须已知BJT的输入输出特性曲线, 提取直流通路；,方法：, 输入回路求IBQ:,列输入回路方程：V
15、BE =VCCIBRb 在输入特性曲线上画此线，两线交点即 Q ，得IBQ；,1. 静态工作点 Q : 图解法,4.3.1 图解分析方法,条件：须已知BJT的输入输出特性曲线, 提取直流通路；,方法：, 输入回路求IBQ:, 输出回路求ICQ、VCEQ；,列输出回路方程：VCE =VCCICRC 在输出特性曲线上画此线，与IBQ曲线的交点即 Q ，得ICQ和VCEQ,1. 静态工作点 Q,4.3.1 图解分析方法,思考题：放大电路如图。试分析下列情况下，负载线如何变化？Q点怎样变化？,（1）增大Rc；,1. 静态工作点 Q,4.3.1 图解分析方法,思考题：放大电路如图。试分析下列情况下，负载线如何变化？Q点怎样变化？,（1）增大Rc；,（2）增大Rb；,1. 静态工作点 Q,4.3.1 图解分析方法,思考题：放大电路如图。试分析下列情况下，负载线如何变化？Q点怎样变化？,（1）增大Rc；,（2）增大Rb；,（3）减小VCC；,（4）减小RL；,2. 动态工作图解,4.3.1 图解分析方法,意义：可全面考察各电压波形的幅值和相位关系。, 先求（画）出静态工作点；,方法：, 由交流通路获得入交流负载线；,2. 动态工作图解,4.3.1 图解分析方法, 交流负载线；,方法：,因为交流负载线必过Q点，即 ：,则交流负载线为：,交流负载线是有 交流输入信号时 Q点的运动轨迹,
