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1、4 半导体三极管及放大电路基础41 半导体BJT411 结构 1 分类,高频- 小- 硅,频率 - 功率 中- 材料,-低频- 大- 锗,NPN,都有三个极： 按其结构,PNP,由两个PN结的三层半导体制成。 三层半导体分别引出三个脚，发射极e，基极b,集电极c 对应的三层半导体为发射区，基区，集电区发射区与基区之间PN结为发射结，基区与集电区PN结为集电结,发射极 E,基极 B,集电极 C,发射结,集电结, 基区, 发射区, 集电区,emitter,base,collector,NPN 型,PNP 型,2结构特点： b薄（基区薄），e浓（掺杂浓度大），c大（集电区大）,1. 三极管内部载流子
2、的传输过程,I CN,IE,I BN,基区空 穴来源,基极电源提供(IB),集电区少子漂移(ICBO),I CBO,IB,IBN IB + ICBO,即：,IB = IBN ICBO,412 放大状态下BJT的工作原理,1）发射区向基区发射电子：be正偏，发射结势垒由Vo减小到 Vo-VEE，e区电子扩散到b，形成IEN， b区空穴扩散到e形成IEP,有IE= IEN+ IEP IEN, IEP忽略（e浓）,2）电子在b区中的扩散与复合：基区靠近发射结电子浓度高，向集电结扩散，在此过程中多数向 BC 结方向扩散形成 ICN。少数与空穴复合，形成 IB N。且VEE不断从b拉走电子，好象给b不断
3、提供空穴，形成IB，复合掉的电子越多，到达c区的越少，所以要求b区薄。,I C = ICN + ICBO,3）集电极收集扩散过来的电子：集电结bc加反向电压，势垒由Vo增加到Vo+Vcc，c区电子和b区空穴难以通过，而对b区靠近c区的电子吸引力很强，电子漂移过集电结，形成ICN，同时基区少子电子和集电区空穴在此电场下反向漂移形成反向饱和电流ICBO,I CN,IE,I BN,I CBO,IB,IC,2电流分配关系：IES：发射结反向饱和电流集电极电流是发射极电流的一部分，常用一系数 （共基极电流放大系数）表示， 接近于1但小于1，所以 ic= iE,根据KCL：iE=ic+iB iB=（1 ）
4、iE,3.放大作用：BJT的基本应用,e、b间加一VI信号，VEB=VEE+VI，IE产生iE的变化，PN结的电流受电压影响显著，很小的VI引起很大的iE，根据ic= iE，产生iC，在Rc（Ro）产生VO,如VI=20mV，产生 iE=1mA， =0.98,RL=1K, 则ic= iE=0.98mA VO=icRL=0.98V (共基极)也即很小的输入电压引起输出电压很大的变化,Av=VO/VI=,ic= iE=0.98mA VO=icRL=0.981K=0.98V,4. 共射极连接方式：发射极公共端，基极输入，集电极输出基极加VI=20mV，设 =0.98,RL=1K,则iB=20 A，
5、iE=iB/（1- ）= =1mA,特点：1）分析的是iciB的关系2）iB作为输入信号，信号源消耗功率小3）电流放大系数为 ，远大于1，且ic iB 电压、电流放大,413 特性曲线 （电压电流的关系曲线，是内部载流子 运动的外部表现。）1共射极电路的特性曲线,观察输出特性 起始部分：很陡，vCE略增加，ic增加很多，原因为集电结反向电压小，对基区吸引力不够 ic受vCE影响大.vCE略增加，ic变化很多,平坦上翘部分：vCE超过一定数值后，集电结电场足够强，能使到达基区的电子大部分到达集电区，vCE再增加，ic增加不多。改变iB，得到一条输出特性曲线上翘：基区宽度调制效应，vCE=vCB+
6、vBE vBE一定，vCE，vCB，基区有效宽度，iB不变，iC 锗管：输入特性较硅管左移,1）输入特性： iE=f（vEB）vCB=常数 vCB=0时，相当于二极管的正向伏安特性vCB=某一常数时，特性向左平移，原因：集电极反偏，注入基区的载流子有更多数目到达集电区，iE略增加,2）输出特性iE=0，发射极不发射电子，ic=iCBOiE=iE1，发射极电流由0增到iE1，ic= iE1外加vCB=0时，ic0是由于集电结内电场的存在，从发射区注入到基区的电子仍可能被集电区收集，而共射电路中，vBE=0.7V，vCE=vCB+vBE,共射、共基各自特点：1）输入 2）输入、输出关系 3）电流放
7、大系数 4）应用 共射：基极电流iB iC与iB 电压电流放大共基 ：发射极电流iE iC与iE 电压放大,如vCEvCB收集电子能力，如vCE继续使vCB变负,vBC反偏变正偏，阻止基区过来的电子。,1 电流放大系数： 直流 交流,2. 极间反向电流 1） 集基反向饱和电流ICBO。大小决定于T 。少子浓度一般很小, 小功率硅管1 A 锗管10 A。,如在输出特性曲线上， IB从40 A60 A，iC=2.31.5=0.8mA,在线性部分且输出特性曲线间距基本相等并忽略ICEO的情况下,414 三极管的主要参数,（2）集射反向饱和电流ICEO(穿透电流)ICEO=ICBO+ ICBO=(1+
8、 )ICBOCE加正向电压, 使发射结分配有正向电压、集电结反向电压。,3. 极限参数、集电极最大允许电流 ICM 超过，性能下降, 甚至烧坏。、集电极最大允许功耗 PCM=iCVCE集电结上允许功耗的最大值。 温度越高PCM值越小。硅 管上限1500C, 锗700C。,大部分电子到达集电区, 每向基区提供一个 复合用载流子即向集电区提供 个。,发射区多子电子扩散到B, 与集电区漂到基区的少子空穴复合, 形成ICBO。,、反向击穿电压 V(BR)EBO 集电极开路时, eb间反向击穿电压, 通常在加入大信号或开关状态时出现。就是发射结本身的反向击穿电压。 V(BR)CBO 发射极开路,cb间反
9、向击穿电压,决定于集电 结的雪崩击穿电压,数值较高 V (BR)CEO 基极开路,ce间反向击穿电压,VCE,ICEO,集电结雪崩击穿,大小和ICEO有关V(BR)EBOV(BR)CEO V(BR)CBO实际应用中eb间接有电阻,ce间击穿电压 V (BR)CERV (BR)CEO当电阻R0, V (BR)CEO最大,用V (BR)CES表示, 且V (BR)CESV (BR)CBOV (BR)CBOV (BR)CESV (BR)CERV (BR)CEO,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响前述为固定偏置电路，Q点由IB决定（偏流），即Rb决定。当T，或换管子时，Q变化，所以讨论稳定工作点
10、问题。1 温度对BJT参数的影响,1）T ICBOICEO IC ,2）T 扩散 0.51，输出特性间隔变大,4. T V(BR)EBO， V(BR)CEO ,3）T VBE 硅：2.2mV / 通过Ib影响Ic,放大元件, iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使T工作在放大区 。,使发射结正偏，并提供适当的基极电流。,基极电源,42 基本共射极放大电路,4.2.1基本共射极放大电路组成：,参考点,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，将变化的电流转变为变化的电压。,信号源,4.2.2工作原理：,静态：当vs=0时，电路中电压、电流只有直流，称为直流工作 状态或静止
11、状态，简称静态,1静态（直流工作状态）,VBE ：,ICQ=IBQ,VCEQ=VCC-ICQRC,直流通路：在电路中只考虑直流信号作用。要获得直流通路: 应将电路中电容开路。,2动态：,动态：加入vs ,电路中电压、电流处于变化状态 ，简称动态.,当vi加到输入端，引起iB变化，ic变化，ic在Rc上产生压降， vce=Vcc-icRc,3 直流偏置的重要性：直流偏置给三极管正常放大提供合适的工作点，工作点不合适，输出失真,交流通路：在电路中只考虑交流信号作用。要获得交流通路，应将电容短路，直流电压源短路，直流电流源开路。,图示工作原理：,静态,动态,单电源供电时常用的画法,后一页,前一页,可
12、以省去,参考点,输入,输出,返回,2）小信号模型分析法：在一定条件下（如小信号或非线性影 响甚微），晶体管等非线性元件可用线性参数表示,1） 图解法：利用晶体管输入、输出特性曲线，将电路分为 线性和非线性两部分，用直线和曲线图解表示，动态过程用 V、I 随时间变化的波形表示。,4.3 放大电路的分析方法：,431图解分析法 静态工作点图解分析,一、由输入特性和 求IB和VBE。,1）画出输入特性,2）由 求出两特殊的点,两交点即为其Q点。,VBB,Q,VBEQ,IBQ,二、由输出特性确定IC 和VCE。,直流负载线,直流负载线斜率,由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点，得到静态值
13、Ic和UCE,并由此找出两特殊点作一直线, Vcc：Vcc，负载线向上平移 QQ3Vcc，负载线向下平移, Rc：Rc N点上移至L,QQ2,Rb，IBQ,如 QQ1,5） 电路参数对直流负载线和静态工作点影响 Rb变化：IB=Vcc/ Rb ，Rb，IBQ, 动态工作情况的图解分析 1 Vi为正弦信号时工作情况 、由Vi在输入特性上求iB 设 Vi=0.02Sint be间在VBE上叠加一个交流分量Vi由输入特性画出对应iB,(2)、根据iB在输出特性求iC和VCEib在20 A60 A变动时, Q点在 和 间移动, 和 间直线段是工作点移动轨迹, 称为动态工作范围。,(3)、几点讨论 、电压、电流 iB=IB+ib iC=Ic+iC vCE=VCE+vce瞬间值在变, 但电压、电流方向不变。,、vCE中的交流分量远比vi为大,且同为正弦波,体现放大作用,、vo与vi反相 共射电路反相电压放大器。,2.交流负载线: 输出接RL,作法:先画出直流负载线NM, 求出Q,、画出交流通路: 耦合电容短路, 直流电源内阻小,短路,v1,v2,电压动态工作范围=min（v1，v2）,iB1,iB2,ic1,ic2,ib动态工作范围=min（ib1，ib2）,iC动态工作范围=min（iC1，iC2）,、平移 L M与Q点重合。,、在交流负载线上求出动态工作范围。,
