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1、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,3 半导体三极管及放大电路基础,4.1.1 BJT的结构简介,4.1 半导体三极管（BJT）,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,(Semiconductor Bipolar Junction Transistor),4.1.1 BJT的结构简介,半导体三极管的结构示意图如图03.1.01所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。两种类型
2、的三极管,发射结(Je),集电结(Jc),基极，用B或b表示（Base）,发射极，用E或e 表示（Emitter）；,集电极，用C或c 表示（Collector）。,发射区,集电区,基区,三极管符号,结构特点：, 发射区的掺杂浓度最高；, 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；, 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。,管芯结构剖面图,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,三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。外部条件：发射结正偏，集电结反偏。,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 （以NPN为
3、例）,载流子的传输过程,以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。,4.1.2 BJT的电流分配与放大原理,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,IC= InC+ ICBO,IB= IB - ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+ IC,载流子的传输过程,根据,IE=IB+ IC,IC= InC+ ICBO,且令,2. 电流分配关系,3. 三极管的三种组态,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
4、CE表示；,BJT的三种组态,4. 放大作用,若,vI = 20mV,使,当,则,电压放大倍数,VEE,VCC,VEB,IB,IE,IC,vI,+vEB,+iC,+iE,+iB,iE = -1 mA，,iC = iE = -0.98 mA，,vO = -iC RL = 0.98 V，, = 0.98 时，,VBB,VCC,VBE,IB,IE,IC,vI,+vBE,+iC,+iE,+iB,vI = 20mV,设,若,则,电压放大倍数,iB = 20 uA,vO = -iC RL = -0.98 V，, = 0.98,使,4. 放大作用,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
5、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。,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,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,3.1.3 BJT的特性曲线,（以共射极放大电路为例）,(3) 输入特性曲线的三个部分,死
6、区,非线性区,线性区,1. 输入特性曲线,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:,4.1.3 BJT的特性曲线,4.1.4 BJT的主要参数,(1)共发射极直流电流放大系数=（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const,1. 电流放大系数,(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,1. 电流放大系数,(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/IE VCB=const,当ICBO和ICEO很小时，
7、 、 ，可以不加区分。,4.1.4 BJT的主要参数,1. 电流放大系数,(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO=（1+ ）ICBO,2. 极间反向电流,ICEO,(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。,4.1.4 BJT的主要参数,(1) 集电极最大允许电流ICM,(2) 集电极最大允许功率损耗PCM,PCM= ICVCE,3. 极限参数,4.1.4 BJT的主要参数,(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
8、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,3. 极限参数,4.1.4 BJT的主要参数,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。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,end,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。,？,思 考 题,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？,end,复习,1.三极管NPN和PNP的基本概念 2.三极管放大的条件： 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.。
9、外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,3.BJT的三种工作状态：放大、截止、饱和。BJT的三种工作组态：CE、CB、CC,4.BJT的特性曲线,（1）输入特性曲线,（2）输出特性曲线,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,4.2 共射极放大电路, 电路组成, 简化电路及习惯画法, 简单工作原理, 放大电路的静态和动态, 直流通路和交流通路, 书中有关符号的约定,3.2 共射极放大电路,1. 电路组成,输入回路（基极回路）,输出回路（集电极回路）,2. 简化电路及习惯画法,习惯画法,共射极基本放大电路,3. 简单工作原理,Vi=0,Vi=Vsint,
10、4. 放大电路的静态和动态,静态：输入信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。,动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。,电路处于静态时，三极管个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、 IC、和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。,# 放大电路为什么要建立正确的静态？,5. 直流通路和交流通路,交流通路,直流通路,共射极放大电路,？,思 考 题,1. 下列af电路哪些具有放大作用？,end,4.3 图解分析法, 用近似估算法求静态工作点, 用图解分析法确定静态工作点, 交流通路及
11、交流负载线, 输入交流信号时的图解分析, BJT的三个工作区, 输出功率和功率三角形,4.3.1 静态工作情况分析,4.3.2 动态工作情况分析,共射极放大电路,4.3.1 静态工作情况分析,1. 用近似估算法求静态工作点,根据直流通路可知：,采用该方法，必须已知三极管的 值。,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。,采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。,共射极放大电路,2. 用图解分析法确定静态工作点, 首先，画出直流通路,4.3.1 静态工作情况分析, 列输入回路方程：VBE =VCCIBRb, 列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc, 在输
12、入特性曲线上，作出直线 VBE =VCCIBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。, 在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。,4.3.2 动态工作情况分析,由交流通路得纯交流负载线：,共射极放大电路,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RL = Rc/RL,1. 交流通路及交流负载线,则交流负载线为,vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) RL,即 iC = (-1/RL) vCE + (1/RL) VCEQ+ IC
13、Q,2. 输入交流信号时的图解分析,3.3.2 动态工作情况分析,共射极放大电路,通过图解分析，可得如下结论：1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反；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。,# 动态工作时， iB、 iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？,4.3.2 动态工作情况分析,3. BJT的三个工作区,当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。,饱和区特点： iC不再随iB的增加而线性增加，即,此时,截止区特点：iB=0， iC= ICEO 发射结反偏，集电结反偏。,vCE= VCES
14、，典型值为0.3V。发射结正偏，集电结正偏。,放大区特点：,发射结正偏，集电结反偏。,非线性失真,静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。导致输出信号的波形不能完全重现输入信号的波形。,(1)定义,(2) 饱和失真 若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q/进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，对NPN管输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变。,饱和失真也称为底部失真,若Q点偏低，则Q/进入截止区，对NPN管而言，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。,(3) 截止失真,截止失真也称为顶部失真 饱和失真和截止失真统称为非线性失真。,放大电路
15、的动态范围,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；,4.3.2 动态工作情况分析,要有合适的交流负载线。,VCC/,4. 输出功率和功率三角形,要想PO大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Vom 和Iom 都要大。,功率三角形,放大电路向电阻性负载提供的输出功率,在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。,4.3.2 动态工作情况分析,例：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为：（1）U1=3.5V、U2=2.8V、 U3=12V（2）U1=3V、 U2=2.8V、 U3=12V（3）U1=6V、 U2=11.3V、 U3=12V（4）U1=6V、 U2=11.8V、 U3=12V 试判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。,（1）U1 b、U2 e、U3 c NPN 硅（2）U1 b、U2 e、U3 c NPN 锗（3）U1 c、U2 b、U3 e PNP 硅（4）U1 c、U2 b、U3 e PNP 锗,
