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1、,4 双极结型三极管及放大电路基础,4.1 BJT,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,4.2 基本共射极放大电路,4.6 组合放大电路,4.7 放大电路的频率响应,4.1 BJT(半导体三极管),4.1.1 BJT的结构简介,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,4.1.3 BJT的VI特性曲线,4.1.4 BJT的主要参数,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响,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）,4.1.1 BJT的结构简介,(a) 小功率管 (b)
2、小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管,三极管的不同封装形式,金属封装,塑料封装,中功率管,半导体三极管的结构有两种类型:NPN型和PNP型。,4.1.1 BJT的结构简介,1. NPN型,NPN管的电路符号,2.PNP型,PNP管的电路符号,正常放大时外加偏置电压的要求,问：若为PNP管，图中电源极性如何？,发射区向基区注入载流子,集电结应加反向电压（反向偏置）,发射结应加正向电压（正向偏置）,集电区从基区接受载流子,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,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）,另外,基区集电区本身存在的少子， 在集电结上存在漂
3、移运动，由此形成电流ICBO,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),1.三极管内载流子的传输过程,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,放大状态下BJT中载流子的传输过程,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,IC= INC+ ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+ IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,所以 IC= IE+ ICBO,且令,整理得：,3. 三极管的三种组态,(c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。,(b) 共发射极接法，发射极作为公
4、共电极，用CE表示；,(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；,BJT的三种组态,共基极放大电路,4. 放大作用,电压放大倍数,vO = -iC RL = 0.98 V，,共基极放大电路只实现电压放大，电流不放大（控制作用）,两个要点,特性曲线是指各电极之间的电压与电流之间的关系曲线。将BJT看作一双口网络，我们主要考察：,输入特性曲线,输出特性曲线,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,iB=f(vBE) vCE=const.,(2) 当vCE1V时， vCB= vCE - vBE0，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。,(1)
5、当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1. 输入特性曲线,（以共射极放大电路为例）,共射极连接,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。,iC=f(vCE) iB=const.,2. 输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域:,截止区：iB=0，iC iCEO0，三极管如同工作于断开状态，此时， vBE小于死区电压。,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。,再次注意：管子正常工作时，,0.7V(硅管）,0.2V(锗管）,(1) 共射极直
6、流电流放大系数=（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const.,1. 电流放大系数,4.1.4 BJT的主要参数,与iC的关系曲线,(2) 共射极交流电流放大系数 =iC/iBvCE=const.,在iC一定范围内为常数,(3) 共基极直流电流放大系数=（ICICBO）/IEIC/IE,(4) 共基极交流电流放大系数=iC/iEvCB=const.,当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不加区分。,与间的关系：,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）,ICBO
7、越小越好,小功率硅管1A,小功率锗管10 A左右,(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO,ICEO=（1+ ）ICBO,ICEO越小越好,小功率硅管几微安以下,小功率锗管几十微安以上,温度变化大的场合宜选用硅管,(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，不宜过小,(2) 集电极最大允许功率损耗PCM,PCM= ICVCE,3. 极限参数,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。 结温：硅管150C，锗管70C,(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
8、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)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响,(1) 温度对ICBO的影响,温度每升高10，ICBO约增加一倍。,(2) 温度对 的影响,温度每升高1， 值约增大0.5%1%。,(3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响,温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。,2. 温度对BJT特性曲线的影响,1. 温度对BJT参数的影响,end,4.2 基本共射极放大电路,4.2.1 基本共射极放大
9、电路的组成,4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理,基本放大电路：,共射极放大电路,静态工作点Q（IB，IC，VCE）,电压增益Av,输入电阻Ri,共集电极放大电路,共基极放大电路,分析方法：,图解法,小信号模型分析法,待求量：,输出电阻Ro,4.2.1 基本共射极放大电路的组成,VBB , Rb:使发 射极正偏， 并提供合适的 基极偏置电流,VCC :通过Rc使 T集电极反偏,三极管 T 起放大作用。,RC: 将集电极电流信号 转换为电压信号， 限流,分析方法：叠加 前提：BJT工作在线性放大区,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vs0时，放大电
10、路的工作状态称为静态或直流工作状态。,直流通路,电容开路,所有电量大写,画直流通路原则：,短路， 开路,电流关系：,直流通路,VCEQ=VCCICQRc,硅:VBEQ=0.7V 锗:VBEQ=0.2V,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 ）。,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,s,控制,v,c,R,且,s,v,电容短路,所有电量小写,画交流通路原则：,， 短路,交流通路,分析动态参数时，使用交流通路,4.3 放大电路的分析
11、方法,4.3.1 图解分析法,4.3.2 小信号模型分析法,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,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,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,(1) 输入回路,线性部分：,非线性部分：,(2) 输出回路,非线性部分：,得出Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ）,线性部分：,称为直流负载线,2. 动态工作情况的图解分析,2. 动态
12、工作情况的图解分析, 共射极放大电路中的电压、电流波形,1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可测量出放大电路的电压增益。,3. 静态工作点对波形失真的影响,Q点过低截止失真,Q点过高饱和失真,例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,(a)直流通路,(b)交流通路,(1)静态工作情况,得出Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ） =Q（40A，1.5mA，6V）,称为交流负载线,(2)动态工作情况,1.从Q点做一条斜率为-1/RL 的直线。,作法：,2.截距法,可得如下结论： 直
13、流负载线和交流负载线相交于Q点； 不接RL时，两根线重合； RLRC，即交流负载线比直流负载线陡，相同输入电压条件下，带负载后输出电压幅度下降，电压放大倍数下降。,最大不失真输出幅度的获取：,Q点较高,Q点不允许动,上取到饱和区，下取等长度,Q点较低,下取到截止区，上取等长度,Q点允许动,把Q点取到负载线的中间,4. 图解分析法的适用范围,幅度较大而工作频率不太高的情况,优点：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。,缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分
14、析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。,4.3.2 小信号模型分析法,1. BJT的H参数及小信号模型,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。,1. BJT的H参数及小信号模型, H参数的引出,在小信号情况下，对上两式取全微分得,用小信号交流分量表示,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfe
15、ib+ hoevce,对于BJT双口网络，已知输入输出特性曲线如下：,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,可以写成：,BJT双口网络,输出端交流短路时的输入电阻；,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；,输入端交流开路时的反向电压传输比；,输入端交流开路时的输出电导。,其中：,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,1. BJT的H参数及小信号模型, H参数的引出,(1)模型的建立,H 参数模型,（2)模型中的主要参数,表示三极管的 电流放大作用,hie为输入电阻，即 rbe,hre为电压反馈系数，即r,hfe为电流放大系数，即,hoe为输出电导，即 1/rce。,注意：, H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。,（1）ib 和 rvce 都是受控源，只表示电流电压间的控制作用；,（2）应注意受控源的方向问题。, 模型的简化,hre和hoe都很小，常忽略它们的影响。,BJT在共射极连接时，其H参数的数量级一般为, H参数的确定, 一般用测试仪测出；,
