bjt及放大电路基础

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1、,基本要求： （1）掌握BJT输入及输出特性，了解其工作原理。 （2）掌握 BJT放大、饱和、截止三种工作状态条件及 特点。 （3）了解BJT主要参数。 （4）掌握放大电路组成原则、工作原理及基本分析方法。 （5）熟悉放大电路三种基本组态及特点。 （6）了解频率响应的概念。,第四章 双极结型三极管及放大电路基础,4.1 双极结型三极管（BJT）,4.2 基本共射极放大电路,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 共集电极放大电路与共基极放大 电路 4.6 组合放大电路及多级放大电路,4.7 放大电路的频率响应,主要内容：,(The Bipolar Juncti

2、on Transistor),4.1.1 BJT的结构简介,一、分类：,4.1 双极结型三极管（BJT）,按频率：低频管和高频管,按功率：小功率管、中功率管和大功率管,按材料：硅管和锗管,按类型：NPN型、PNP型,二、结构及符号：,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，且掺杂浓度最低， 一般在几个微米至几十个微米,作 用,发射载流子,传送控制载流子,收集载流子,二、结构及符号,4. 1. 2 电流分配和放大原理,1. 三极管放大的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,PNP 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,从电位的角度看： NPN

3、 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,二、内部载流子传输过程 （以NPN型为例）,动画,IB= IEP+IBNICBO,IE = IC+ IB,IE IEN+IEP,IC ICN + ICBO,三、 ：, 以 I为已知量：,其中： 共基极电流放大系数,电流分配关系,集电极-基极间反向饱和电流,说明：只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外在电压无关，其值小于1。 取值 =0.9-0.99, 以 I为已知量：,由 IE=IC+IB IC= IE + ICBO （ IB IC ）CBO,其中： 共射极电流放大系数,ICEO= ICBO /（1- ） =(1+ ) ICBO（穿透电流）,说明：

4、 只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外在电压无关。 1,四. 三极管的三种基本组态,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；,共射极电路特性曲线及共基极电路特性曲线。,一、共射极连接时特性曲线 (以NPN为例),输入特性曲线 iB=f(vBE),4.1.3 BJT的VI特性曲线：,1. 输入特性,特点:非线性,死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。,正常工作时发射结电压： NPN型硅管 vBE 0.7V,PNP型锗管 vBE ,0.2 V,2. 输出特性,iB=0,20A,放大区,输出特

5、性曲线通常分三个工作区：,(1) 放大区,在放大区有 iC= iB ，也称为线性区，具有恒流特性。,在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。,（2）截止区,iB =0 以下区域为截止区，有 iC 0 。,在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。 vCE VCC,饱和区,截止区,（3）饱和区,当vCE vBE时,饱和状态。 vCE 0 在饱和区，iB iC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏或零偏。 深度饱和时， 硅管vCES 0.3V， 锗管vCES 0.1V。,测量BJT三个电极对地电位如图所示， 试判断BJT的工作区域 ？,放

6、大区,截止区,饱和区,课 堂 讨 论 题,课 堂 讨 论 题,在三极管放大电路中，测得BJT各个电极对地电位如图所示，试判断BJT的类型、材料、电极。,(a),(b),(c),NPN硅管,PNP硅管,PNP锗管,E,B,C,E,C,B,C,E,B,4.1.4 主要参数,1、电流放大倍数 、,一般 = 0.90.99， 1,、只与管子的结构尺 寸和掺杂浓度有关，与外加 电压无关。,共发射极直流电流放大系数,4.1.4 主要参数,2、极间反向饱和电流,集电极基极间 反向饱和电流ICBO,交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const,4.1.4 主要参数,2、极间反向饱和电流,(2) 集电极发射

7、极间 反向饱和电流ICEO,ICEO,4. 集电极最大允许电流 ICM,5. 集-射极反向击穿电压 V(BR)CEO,集电极电流 IC上升会导致三极管的 值的下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。,当集射极之间的电压 VCE 超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压 V(BR) CEO。,6. 集电极最大允许耗散功耗PCM,PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。 PC PCM =IC VCE,硅管允许结温约为150C，锗管约为 7090C。,ICVCE=PCM,安全工作区,由三个极限参数可画出三极管的

8、安全工作区,VBE 温度升高，发射结电压下降 （T升高1 ， VBE减小2-2.5mV）, 温度升高， 增大 （T升高1 ， 增大0.5%-1%）,4.1.5 温度对BJT主要参数的影响(P114)了解,（ VBE具有负温度系数）,BJT的选择及注意事项,1、BJT必须工作在安全工作区,2、要依使用要求： 小功率还是大功率，低频还是高频，值大小等要求,3、注意对应型号选用。,4、要特别注意温度对三极管的影响 。,思考题,1、可否用两个二极管背靠背地相联以构成一个BJT？,2、BJT符号中的箭头方向代表什么？,3、能否将BJT的e、c两电极交换使用？,4、要使BJT具有放大作用，Je和Jc的偏置

9、电压应如何连接？,5、如何判断BJT 的三种组态？,6、有哪几个参数确定BJT的安全工作区,7、三极管组成电路如左图所示，试分析 （1）当Vi=0V时 （2）当Vi=3V时 电路中三极管的工作状态。,解：（1）当Vi=0V时,（2）当Vi=3V时,Vbe=0V,Ib0,此时三极管处于放大状态。,三极管Je结处于正偏， Jc结处于反偏状态,三极管处于截止状态, Vo=Vcc=12V,8、设某三极管的极限参数PCM150mW，ICM100mA，V（BR）CEO30V。试问：,分析：（1） PCMICVCE150mW，所以当VCE=10V时，IC150/1015mA是最大工作电流,（2） PCMIC

10、VCE150mW，当VCE=1V时，IC150/1150mA，超过其最大工作电流，所以ICM100mA,（3） PCMICVCE150mW，当IC1mA，VCE150/1=150V, 超过其最大工作电压，所以VCE30V,1、若它的工作电压VCE=10V，则工作电流IC最大不得超过多少？,2、若它的工作电压VCE=1V，则工作电流IC最大不得超过多少？,3、若它的工作电流IC =1mA, 则工作电压VCE最大不得超过多少？,(Common- Emitter Amplifier Circuit） (CE),4.2.1 放大电路基本知识(P7),4.2 基本共射极放大电路,4.2.2共射极放大电路

11、的组成及放大作用,放大的概念：,一是要求放大电信号，即能将微弱的电信号增强到人们所需的数值，以便于人们测量和使用；,如高温计，其输出电压仅有毫伏量级。,二是要求信号不能失真，即放大后的信号波形与放大前的波形的形状相同或基本相同，否则就会丢失要传送的信息，失去了放大的意义。,放大的本质是小能量对大能量的控制作用。,4.2.1 放大电路基本知识,4. 2. 1放大电路的基本知识, 输入电阻, 输出电阻, 电压放大模型, 电流放大模型,放大电路模型(P7),放大电路的主要性能指标(P12), 增益, 互阻放大模型, 互导放大模型, 隔离放大电路模型, 频率响应及带宽, 非线性失真,4.2.1 放大电

12、路模型及其性能指标,电压增益（电压放大倍数）,电流增益,互阻增益,互导增益,放大电路模型,放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。,输入端口特性可以等效为一个输入电阻,输出端口可以根据不同情况等效成不同的电路形式,放大电路模型,负载开路时的 电压增益,1. 电压放大模型,输入电阻,输出电阻,由输出回路得,则电压增益为,由此可见,即负载的大小会影响增益的大小,要想减小负载的影响，则希望？ （考虑改变放大电路的参数）,理想情况,放大电路模型,另一方面，考虑到输入回路对信号源的衰减,理想,有,要想减小衰减，则希望？,放大电路模型,关心输出电流与输入电

13、流的关系,2. 电流放大模型,放大电路模型,负载短路时的 电流增益,2. 电流放大模型,由输出回路得,则电流增益为,由此可见,要想减小负载的影响，则希望？,理想情况,由输入回路得,要想减小对信号源的衰减，则希望？,理想,放大电路模型,3. 互阻放大模型（自看）,输入输出回路没有公共端 安全性强，抗干扰能力强,4. 互导放大模型（自看）,5. 隔离放大电路模型,放大电路的主要性能指标,1. 输入电阻,放大电路的主要性能指标,2. 输出电阻,所以,另一方法,放大电路的主要性能指标,3. 增益,反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力,其中,“甲放大电路的增益为-20倍”

14、和“乙放大电路的增益为-20dB”，问哪个电路的增益大？,四种增益,常用分贝（dB）表示,放大电路的主要性能指标,4. 频率响应及带宽（频域指标）,A.频率响应及带宽,电压增益可表示为,在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。,或写为,其中,放大电路的主要性能指标,4. 频率响应及带宽（频域指标）,A.频率响应及带宽,普通音响系统放大电路的幅频响应,该图称为波特图,纵轴：dB,横轴：对数坐标,放大电路的主要性能指标,4. 频率响应及带宽（频域指标）,A.频率响应及带宽,其中,普通音响系统放大电路的幅频响应,高频区,中频区,低频区,直流(直接耦合)放大

15、电路的幅频响应与此有何区别？（P16 图1.5.5）,放大电路的主要性能指标,4. 频率响应及带宽（频域指标）,B.频率失真（线性失真）,幅度失真：,对不同频率的信号增益不同，产生的失真。,基波,二次谐波,输入信号,输出信号,基波,二次谐波,放大电路的主要性能指标,4. 频率响应及带宽（频域指标）,B.频率失真（线性失真）,幅度失真：,对不同频率的信号增益不同，产生的失真。,相位失真：,对不同频率的信号相移不同，产生的失真。,放大电路的主要性能指标,5. 非线性失真,由元器件非线性特性引起的失真。,非线性失真系数,一、电路组成：,输入端-b(基极）,输出端-c(集电极）,公共端（地点）-e(发射极）,4.2.2 基本共射极放大电路组成及放大作用：,二、各器件作用：,1 三 极 管T核心部件，起放大作用。,4 耦合电容Cb1，Cb2隔断直流传送交流。 取值一般为几-几十uF电解电容。 电容极性： Cb1 + -b Cb2 + -c,简化电路,4.2.3 基本共射极放大电路的工作原理：,一、符号表示规则：,总瞬时值：小大 如 iB,直流分量：大大 如 IB,IB,交流分量：,瞬时值：小小 如 ib,峰