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1、4 半导体三极管 及放大电路基础,4.1 半导体三极管（BJT）,4.2 共射极放大电路,4.3 图解分析法,4.4 小信号模型分析法,4.5 放大电路的工作点稳定问题,4.6 共集电极电路和共基极电路,4.7 放大电路的频率响应,图4.1.1 几种BJT的外形,4.1 半导体三极管（BJT）,4.1.1 BJT的结构简介,4.1.2 BJT的电流分配与放大原理,4.1.3 BJT的特性曲线,4.1.4 BJT的主要参数, Jc反偏,4.1.1 BJT的结构简介,发射极 Emitter,集电极Collector,基极Base,1、结构和符号,发射结(Je),集电结(Jc),发射载流子(电子),
2、收集载流子(电子),复合部分电子 控制传送比例,由结构展开联想,2、工作原理,3、实现条件,Je正偏,4.1.2 BJT的电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,2. 电流分配关系,4. 三极管的三种组态,3. 放大作用,发射结正偏,发射区发射载流子,基区：传送和控制载流子,集电区收集 载流子,本质:电流分配,5. 共射极连接方式,集电结反偏,4.1.2 BJT的电流分配 与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,+iB,放大作用？ （原理）,三极管的放大作用是通过载流子传输体现出来的。本质：电流分配关系外部条件：发射结正偏，集电结反偏。,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,IE=IB
3、+ IC (1),IC= InC+ ICBO (2),IB= IB - ICBO (3),定义,通常 IC ICBO,则有,所以,硅: 0.1A 锗: 10A, IE与IC的关系：,3. 放大作用,vI = 20mV,iE = -1mA,+iB,图 4.1.5 共基极放大电路, = 0.98,vO = 0.98 V,4. 三极管（放大电路）的三种组态,共集电极接法，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；,如何判断组态？,外部条件：发射结正偏，集电结反偏,5.共射极连接方式,问题(1)：如何保证？,发射结正偏,
4、VBE =VBB,VBC = VBE - VCE VBE,但希望,Ri= vI / iB =1k,5.共射极连接方式, IC与IB的关系：,由的定义：,即 IC = IE + ICBO = (IB + IC) + ICBO,整理可得:,令：, 是共射极电流放大系数，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（10100）,ICBO 硅: 0.1A锗: 10A,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
5、置，集电结反向偏置。,4.1.2 BJT的电流分配与放大原理,4.1.3 BJT的特性曲线,vCE = 0V,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) 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）,iC=f(vCE) iB=const,2. 输出特性曲线,4.1.3 BJT的特性曲线,iC=f(vCE) iB=const,2. 输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域:,饱和区: iC明显受vC
6、E控制的区域，一般vCE0.7V(硅管)。 此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。,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。,截止区: iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压(发射结反偏)。,4.1.4 BJT的主要参数,交流参数,直流参数,极限参数,结电容 Cbc 、 Cbe,集电极最大允许电流ICM,集电极最大允许功率损耗PCM,反向击穿电压,极间反向电流 ICBO 、 ICEO,交流电流放大系数 、,特征频率fT,(1) 共发射极直流电流放大系数 = (ICICEO)/IBIC / IB,1. 电流放大系数,
7、(2) 共发射极交流电流放大系数 = IC / IBvCE=const,4.1.4 BJT的主要参数,在放大区且当ICBO和ICEO很小时， ，可以不加区分。,4.1.4 BJT的主要参数,2. 极间反向电流,(1) 集电极基极间反向饱和电流 ICBO O （发射极）开路,(2) 集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO,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) 集电极最大允许功率损耗PCM = iCvCE,(3) 反向击穿电压V(BR)CEO 、V(BR) EBO 、V(BR)CBO, V(BR)CEO 基极开路时集电极和发射极间的击穿
8、电压,4.2 共射极放大电路,1. 电路组成,4. 简化电路及习惯画法,2. 简单工作原理,3. 放大电路的静态和动态,1. 电路组成,4.2 共射极放大电路,三极管T : 核心，电流分配、放大作用,vi 接入问题？,串入Je回路,直接连接,？,电容连接,Cb1、Cb2:隔离直流，传送交流,固定偏流,接地 零电位点,1. 电路组成,4.2 共射极放大电路,耦合方式,阻容耦合,变压器耦合,直接耦合,直接耦合,阻容耦合,负电源,习题4.5.5,2. 简单工作原理,vi=0,vi=Vimsint,既有直流、又有交流 ！,动态,静态,分析思路,先静态:,后动态:,# 放大电路为什么要建立正确的静态？,
9、确定静态工作点Q（IBQ 、ICQ、VCEQ）,确定性能指标（AV 、Ri 、Ro 等）（叠加原理？）,工作点合适,工作点偏低,# 放大电路为什么要建立正确的静态？,合适的 静态工作点,保证Je正偏， Jc反偏,保证有较大的线性工作范围,4.2 共射极放大电路,4. 简化电路及习惯画法,4.2 共射极放大电路,习惯画法,小结:放大电路组成原则,合适的静态工作点(Je正偏Jc反偏),正确的耦合方式,共射极基本放大电路,？,思 考 题,1. 下列 a f 电路哪些具有放大作用？,4.3 图解分析法,1. 近似估算Q点,2. 用图解法确定Q点,2. 交流负载线,4.3.1 静态工作情况分析,4.3.
10、2 动态工作情况分析,1. 放大电路在接入正弦信号时的工作情况,3. BJT的三个工作区域,(4)交流通路与交流负载线,(3)直流通路和交流通路,1. 图解法确定Q点(静态),2. 图解法动态分析,3. 几个重要概念,(2)叠加原理？,4. 近似估算法求Q点,(1)非线性失真与线性工作区,1. 图解法确定Q点,4.3 图解法分析法,分析步骤：,(1) vi =0（短路）,Cb1、Cb2开路（被充电）,(2) 把电路分为线性和非线性,(3) 写出线性部分直线方程,直流通路, 输入回路（Je）方程:, 输出回路（Jc）方程:,vBE = VCC iBRb,vCE = VCC iCRc,直流负载线,
11、(4) 作图：画直线，与BJT特性曲线的交点为Q点,VCb1 = VBEQ ; VCb2 = VCEQ,4.3 图解法分析法,1. 图解法确定Q点,（作图过程）, 在输入特性曲线上，作出直线： vBE = VCC iBRb, 在输出特性曲线上，作出直流负载线： vCE = VCC iCRc,即：, 与特性曲线的交点即为Q点， IBQ 、VBEQ 、ICQ 、VCEQ。,2. 图解法动态分析,4.3 图解法分析法,输入特性,输出特性,暂令 RL=（开路）,输入回路,vBE = VCb1 + vi = VBEQ + vi,分析思路：,设、C 电容电压不能突变,2. 图解法动态分析,4.3 图解法分
12、析法,（作图过程）,可得如下结论：,Q点沿负载线上下移动,Q点沿输入特性上下移动,2. vo 与vi 相位相反（反相电压放大器）；,3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；,4. 可以确定最大不失真输出幅度。,2. 图解法动态分析,4.3 图解法分析法,（作图过程）,几个问题：,Q点沿负载线上下移动,Q点沿输入特性上下移动, 几个重要概念！,1. 静态工作点Q的位置 非线性失真,2. 最大不失真输出幅度 线性范围（动态范围）,3. 接入负载对放大有无影响？,4. 能否使用叠加原理？如何使用？,图解分析（动画）,3. 几个重要概念,(1) 非线性失真与线性范围,饱和失真,截止失真,当工作点达到了
13、饱和区而引起的非线性失真。 NPN管 输出电压为底部失真,当工作点达到了截止区而引起的非线性失真。 NPN管 输出电压为顶部失真。,饱和区特点： iC不再随iB的增加而线性增加，即,此时,，vCE= VCES ，典型值为0.3V,截止区特点：iB=0， iC= ICEO,非线性失真,注意：对于PNP管，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,发射结正偏 集电结正偏,发射结反偏,4.3 图解法分析法,线性范围 (动态范围),(1) 非线性失真与线性范围,线性范围 用最大不失真输出幅度Vom来衡量,Q点偏高 易出现饱和失真， Vom为Q点到饱和区边沿的距离,Q点偏低 易出现截止失真， Vom为Q点到
14、截止区边沿的距离,(2) 叠加原理？,vBE = VBEQ + vi,iB = IBQ + ib,iC = ICQ + ic,vCE = VCEQ + vce,VCC作用的分量,vi作用的分量,叠加原理使用条件 小信号,输入特性: 范围小,输出特性: 不超出放大区,否则，非线性失真,3. 几个重要概念,(3) 直流通路和交流通路,3. 几个重要概念,叠加原理,Cb1、Cb2等电容 隔离直流，传送交流,(4) 交流通路与交流负载线,3. 几个重要概念,由交流通路有: vce= -ic (Rc /RL),因为交流负载线必过Q点，即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令
15、RL = Rc/RL,vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) RL,iC =0: vCE =VCEQ + ICQ RL,线性范围（动态范围）,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，要求:, 工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；, 要有合适的交流负载线。,(4)交流通路与交流负载线,4. 近似估算法求Q点,共射极放大电路,根据直流通路可知：,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。, 求IBQ 、VBEQ 、ICQ 、VCEQ,4.3 图解法分析法,例题1,共射极放大电路,已知 =80，Rb=300k，Rc=2k， VCC= +12V，VCES 0。求：,（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,解:（1）,BJT工作在放大区。,例题1,
