双极型晶体管电路ppt培训课件

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1、北京邮电大学 信息与通信工程学院 xxx,电子电路基础 Electronic and Circuit Foundation,电子电路基础 北京邮电大学 信息与通信工程学院 孙文生,第二章 双极型晶体管电路,http:/sws.ipchina.org,2.1 双极型晶体管,半导体三极管有两大类型: 双极型半导体晶体三极管 两种载流子参与导电的半导体器件，由两个 PN结组成，称为双极型结型晶体管，简记为BJT。场效应半导体晶体三极管 仅一种载流子参与导电的半导体器件，简记为MOS。半导体二极管：单向导电性 半导体三极管：具有电流放大作用,世界上第一只晶体管,2.1.1 晶体管的工作原理,晶体管的结

2、构,双极型晶体管的发射区掺杂浓度大，基区和集电区掺杂浓度低，基区很薄，其厚度一般在几微米至几十微米。,NPN型晶体管的结构和电路符号,三极：发射极、基极、集电极 二结：发射结、集电结 三区：发射区、基区、集电区,2.1.1 晶体管的工作原理,晶体管的结构,PNP型晶体管的结构和电路符号,2.1.1 晶体管的工作原理,晶体管的四种工作状态,应用举例,实验测得甲、乙、丙三只硅NPN晶体管的极间电压如下表所示，试分析它们的工作状态(放大、截止、饱和)。,例：放大电路中三个晶体管的各极电位如下，试填写该表。,NPN型晶体管,PNP型晶体管,晶体管中载流子的运动,双极型晶体极管在工作时要加上适当的直流偏

3、压. 在放大状态：发射结正偏, 集电结反偏,NPN型晶体管放大电路偏压,晶体管中载流子的运动,+,晶体管中载流子的运动,+,晶体管电流分配规律：发射区每向基区提供一个复合用的载流子，就要向集电区提供个载流子，因此到达集电区的载流子数等于在基区复合的倍。,晶体管的电流传输关系,1. 三种组态晶体管为三端器件，根据输入、输出、公共端子的不同，晶体管有三种连接方式，也称三种组态.,共集电极电路，集电极作为公共电极，用CC表示;,共 基 极电路，基极作为公共电极，用CB表示。,共发射极电路，发射极作为公共电极，用CE表示；,晶体管的三种组态,2. 共基极组态的电流传输关系,为表明发射极电流iE 对集电

4、极电流iC的控制作用, 引入定义:,称为共基直流电流放大系数，表示最后到达集电极的电流iCn与总发射极电流iE的比值。 的典型值: 0.950.995。 由,ICBO为集电极反向饱和电流 .,得 共基直流电路传输方程:,3. 共射极电流传输关系,为求基极电流iB 对集电极电流iC的控制作用, 由:,得,其中,共射直流电流放大系数 典型值：几十几百,ICEO 基极开路时流过集电极与发射极的电流，称为穿透电流.,ICEO典型值：微安级,4. 共集电极电流传输关系,为求基极电流iB 对发射极电流iE的控制作用, 由:,得,从以上讨论可以看出，无论哪种连接方式输入电流对输出电流皆有控制作用，所以说晶体

5、管是电流控制器件。,单管共射放大电路图例,单管共射放大电路,单管共射放大电路图例,2.1.2 晶体管的静态特性曲线,共发射极特性曲线,输出伏安特性曲线,输入伏安特性曲线,2.1.2 晶体管的静态特性曲线,1. 输入特性,当vCE=0时, 输出短路,相当于两个PN结并联。,当vCE增大时, 集电结逐渐由正偏转为反偏。集电区收集电子能力加强，基极电流减小，曲线右移。,当vCE1时, iB与vCE无关, 输入特性曲线几乎集中为一条曲线。,2.1.2 晶体管的静态特性曲线,基区宽度调制效应的影响,1. 输入特性,2.1.2 晶体管的静态特性曲线,2. 输出特性,(1) 以iB为参变量,饱和区:,放大区

6、:,2.1.2 晶体管的静态特性曲线,2. 输出特性,(1) 以iB为参变量,放大区:,VA为厄尔利(Early)电压,2.1.2 晶体管的静态特性曲线,2. 输出特性,(1) 以iB为参变量,晶体管输出电阻rce的含义,2.1.2 晶体管的静态特性曲线,2. 输出特性,(1) 以iB为参变量,截止区:,击穿区:,基区和集电区掺杂浓度低，雪崩击穿；且随着iB增加，击穿电压降低。,2.1.2 晶体管的静态特性曲线,2. 输出特性,(2) 以vBE为参变量,2.1.3 温度对晶体管特性曲线的影响,温度对发射结正向电压降vBE的影响,温度升高 IS增加 正向电流增大。 若保持iB不变，每升高1， v

7、BE约减小22.5mv，即发射结压降vBE具有负温度系数。,2.1.4 晶体管的主要参数电流放大系数,共射直流电流放大系数,当vCE一定时,共基直流电流放大系数,当vCB一定时,2.1.4 晶体管的主要参数电流放大系数,共射交流电流放大系数,共基交流电流放大系数,当vCE不变，即 vCE 0时,当vCB一定时,当ICBO和ICEO很小时， 、 ， 可以不加区分。,2.1.4 晶体管的主要参数电流放大系数,在输出特性曲线上求,当vCE不变，即 vCE 0时,图 在输出特性曲线上求,在放大区 值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于横轴的直线求取iC/iB。,2.1.4 晶体管的主要参数

8、极间反向电流,反相饱和电流 ICBO,ICBO: 发射极开路时，集电结的反向饱和电流.,反相饱和电流 IEBO,IEBO: 集电极开路时，发射结的反向饱和电流.,穿透电流 ICEO,ICEO: 基极开路时，集电极和发射极间的穿透电流.,2.1.4 晶体管的主要参数极限参数,1. 集电极最大允许电流ICM,当集电极电流增加时， 就要下降，当 值下降到线性放大区 值的 2/3 时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。可见，当ICICM时，并不表示晶体管会损坏。,2.1.4 晶体管的主要参数极限参数,2. 反向击穿电压,(a) V(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压，通常为几十伏。

9、 (b) V(BR) EBO集电极开路时发射结的击穿电压，通常为几伏。 (c) V(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。 (d) V(BR)CER发射极与基极间接电阻时的击穿电压。 (e) V(BR)CES发射极与基极短路时的击穿电压。,V(BR)CBOV(BR)CESV(BR) CER V(BR)CEOV(BR) EBO,(c),(d),2.1.4 晶体管的主要参数极限参数,3. 集电极最大允许耗散功率PCM,集电极电流通过集电结时产生功耗，PCM表示集电极允许功率损耗的最大值， PCM与散热条件有关。PC = iCvCE锗管允许集电结温度为75C，硅管允许集电结温为150 C

10、 。为了提高PCM ，通常采用加散热装置的方法。,2.1.4 晶体管的主要参数,4. 晶体管的安全工作范围,由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区，见下图所示。,晶体管的安全工作范围,2.1.4 晶体管的主要参数高频参数,共射截止频率f和特征频率fT,由于晶体管中PN结结电容的存在，交流放大系数是信号频率的函数，用 表示。用0表示低频时的。,截止频率f ： 下降到0的 的频率 特征频率f T： 的频率,晶体管的混合模型,2.1.4 晶体管的主要参数高频参数,共基截止频率f,其中：,因此，共基极组态的频率特性较好.,当 f = f 时：,晶体管的频

11、率参数：,2.1.5 集成电路中的晶体管,多发射极晶体管的结构与符号,多集电极晶体管的结构与符号,2.1.5 集成电路中的晶体管,二极管的4种连接方式,集成电路中的二极管、电阻、电容,集成电路的特点 具有良好的对称性 不宜制作大阻值电阻和大电容 不能制作电感,习题,例：某晶体管的输出特性曲线如下图所示，试求该管的、ICEO、V(BR)CEO和PCM。,习题,例：某晶体管的输出特性曲线如下图所示，试求该管的、ICEO、V(BR)CEO和PCM。,2.2 放大电路的基本知识,放大电路的组成,放大的概念,放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。输出信

12、号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载.,2.2.1 放大电路的组成,基本放大电路是指由一个晶体管与相应元件组成的电路。放大电路的特点是交、直流共存，交流信号叠加在直流工作点之上。在分析计算时，可以将直流(静态)和交流(动态)分开处理。,基本单管共射放大电路,静态：vs = 0时放大电路的工作状态，也称直流工作状态。 动态：vs 0时放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,2.2.1 放大电路的组成,直流工作点的设置,放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。在分析放大电路时，必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。,静态工

13、作点：(VBEQ , IBQ ; VCEQ , ICQ),VBB：基极直流电压 VCC：集电极直流电压,2.2.1 放大电路的组成,交流信号的放大,2.2.1 放大电路的组成,直流通路,交流通路,单管共射放大电路,放大电路的分析,2.2.1 放大电路的组成,静态分析：直流通路定Q点求静态工作点Q (VBEQ , IBQ ; VCEQ , ICQ),单管共射放大电路 直流通路,2.2.1 放大电路的组成,动态分析：交流通路求指标求动态指标：Av ，Ri ，Ro,若直流电源内阻为零，交流信号流过直流电源时，没有压降，相当于短路。当电路中的电容 足够大时，其上的交流压降近似为零，也相当于短路。,单管

14、共射放大电路 交流通路,2.2.1 放大电路的组成,放大电路交、直流共存，交流信号叠加在Q点之上，分析计算时，可将直流和交流分开计算。 直流通路定Q点，交流通路求指标。 对放大电路的要求(放大电路的组成原则)： 直流偏置量必须正确：发射结正偏；集电结反偏。 交流信号vs vo传递畅通。此时，电路就有可能放大交流信号。 在交流通路中，直流电源和耦合电容对交流相当于短路。,应用举例试分析下列各电路对交流正弦信号有无放大作用。,基极无直流偏压,VBB交流短路,直流偏压极性错误,应用举例试分析下列各电路对交流正弦信号有无放大作用。,基极交流短路,基极无直流偏压,2.2.2 放大电路的主要性能指标,用于

15、评价放大电路的质量，如：放大能力、保真度等。 输入阻抗 输出阻抗 放大倍数(增益) 通频带 非线性失真 最大输出功率、效率,1. 输入阻抗,表征放大电路从信号源吸取电流的大小，对信号源电压的衰减程度。 对于纯阻性网络，可用输入电阻Ri代替输入阻抗 Zi。,考虑电抗元件的作用,中频区, 纯阻性网络,2. 输出阻抗,输出阻抗是表征放大电路带负载的能力。对于纯阻性网络，可用输出电阻Ro代替输出阻抗 Zo。,考虑电抗元件的作用,中频区, 纯阻性网络,2. 输出阻抗和输出电阻,外加电压法求输出阻抗,实验法求输出阻抗,3. 增益 (放大倍数),衡量放大电路对信号的放大能力。对放大电路而言，常用的有电压增益、电流增益、功率增益,通常它们都是按正弦量定义的。,电压增益,源电压增益,注意：增益、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。,3. 增益,电流增益,源电流增益,功率增益,衡量放大电路对信号的放大能力。对放大电路而言，常用的有电压放增益、电流增益、功率增益,通常它们都是按正弦量定义的。,4. 频率响应,放大电路一般含有电抗元件，因而它对不同频率的信号具有不同的放大能力，增益是频率的函数：,下限截止频率：fL ，上限截止频率：fH ， 通频带BW fHfL,