极管及放大电路基础图例

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1、3 半导体三极管 及放大电路基础,3.1 半导体三极管（BJT）,3.2 共射极放大电路,3.3 图解分析法,3.4 小信号模型分析法,3.5 放大电路的工作点稳定问题,3.6 共集电极电路和共基极电路,3.7 放大电路的频率响应,2,第三章 半导体三极管及放大电路基础,教学内容： 本章首先讨论了半导体三极管(BJT) 的结构、工作原理、特性曲线和主要参 数。 随后着重讨论了BJT放大电路的三 种组态，即共发射极、共集电极和共基 极三种基本放大电路。还介绍了图解法 和小信号模型法，并把其作为分析放大 电路的基本方法。,3,教学要求： 本章需重点掌握三极管的模型与 特性；并能熟练进行基本放大电路

2、静 态工作点的确定和输入电阻、输出电 阻、电压放大倍数的计算。,4,图3.1.1 几种BJT的外形,3.1 半导体三极管（BJT）,3.1.1 BJT的结构简介,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,3.1.3 BJT的特性曲线,3.1.4 BJT的主要参数, Jc反偏,3.1.1 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),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,6,发射极,基极,集电极,发射区,集电区,基区,7,3.1.2

3、 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,8,3.1.2 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。,9,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,IE=IB+ IC (1),IC= InC+ ICBO (2),IB= IB - ICBO (3),定义,通

4、常 IC ICBO,则有,所以,硅: 0.1A 锗: 10A, IE与IC的关系：,10,3. 放大作用,vI = 20mV,iE = -1mA,+iB,图 3.1.5 共基极放大电路, = 0.98,vO = 0.98 V,11,4. 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,VBE =VBB,VBC = VBE - VCE 0,问题(2)：信号通路？与共基有何

5、区别？,集电结反偏,或 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,14,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：发射区杂质浓度最高，基区杂质浓度远低于发射区且很薄，集电区杂质浓度低于发射区且面积大。

6、（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,15,3.1.3 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）,16,iC=f(vCE) iB=const,2. 输出特性曲线,在vCE小于1V时，输出特性很陡。 原因是集电结的反向电压很小，对到达基区的电子吸引力不够，这时，

7、iC受vCE的影响很大。,当vCE大于1V后，输出特性变的比较平坦。因为集电结的电场足够强，能使发射区扩散到基区电子绝大部分都到达集电区，vCE增加，iC增加不多。,特性比较平坦的部分随着vCE的增加略向上倾斜。当vCE增加时，由于vBE变化较少，故vCB增加，集电结加宽，基区宽度减小，载流子复合减少，增大，iC随vCE增大。称为基区宽度调制效应。,17,3.1.4 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,18,(1

8、) 共发射极直流电流放大系数 = (ICICEO)/IBIC / IB,1. 电流放大系数,(2) 共发射极交流电流放大系数 = iC / iB,3.1.4 BJT的主要参数,在放大区且当ICBO和ICEO很小时， ，可以不加区分。,19,3.1.4 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,20,3.1.4 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) EB

9、O 、V(BR)CBO, V(BR)CEO 基极开路时集电极和发射极间的击穿电压,21,复习思考题,2. 要使BJT具有放大作用，发射结和集电结的偏置电压应如何联接？,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，试说明理由。,3. 一只NPN型BJT，具有e、b、c三个电极，能否将e、c两个电极交换使用？为什么？,4. 为什么BJT的输出特性在VCE1V以后是平坦的？又为什么说BJT是电流控制器件？,22,习题,3.1.1 测得某放大电路中的BJT的三个电极A、B、C的对地电位分别为VA=-9V，VB=-6V，VC=-6.2V，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e

10、、集电极c，并说明此BJT是NPN型管还是PNP型管。,解 由于锗BJT的VBE=0.2V,硅BJT的VBE=0.7V，已知BJT的电极B的VB=-6V，电极C的VC=-6.2V，电极A的VA=-9V，故电极A是集电极。又根据BJT工作在放大区时，必须保证发射结正偏、集电结反偏的条件可知，电极B是发射极，电极C是基极，且此BJT为PNP管。,23,3.1.3 有两个BJT，其中一个管子的=150, ICEO=200A，另一个管子的=50， ICEO=10A，其他参数一样，你选择哪个管子？为什么？,解 选择=50， ICEO=10A，即ICEO较小的BJT。 大的BJT虽然电流放大作用大，但其I

11、CEO大，使放大电路的温度稳定性差，这是因为ICEO受温度影响较大。此外，ICEO也是衡量BJT寿命的一个指标，ICEO小的BJT寿命要长些。,24,3.1.4 某BJT的极限参数ICM=100mA，PCM=150mW，V(BR)CEO=30V，若它的工作电压VCE=10V，则工作电流IC不得超过多大？若工作电流IC=1mA，则工作电压的极限值应为多少？,解 BJT工作时，其电压和电流及功耗不能超过其极限值，否则将损坏。当工作电压VCE确定时，应根据PCM及ICM确定工作电流IC，即应满足ICVCEPCM及ICICM。当VCE=10V时, ICPCM/VCE=15mA, 此值小于ICM=100

12、mA，故此时工作电流不超过15mA即可。同理，当工作电流IC确定时，应根据ICVCEPCM及VCEV(BR)CEO确定工作电压VCE的大小。当IC=1mA时，为同时满足上述两个条件，则工作电压的极限值应为30V。,25,3.2 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,26,1. 电路组成,3.2 共射极放大电路,三极管T : 核心，电流分配、放大作用,Cb1、Cb2:隔离直流，传送交流,固定偏流,接地 零电位点,27,2. 简单工作原理,vi=0,vi=Vimsint,既有直流、又有交流 ！,分析思路,先静态:,后动态:,# 放

13、大电路为什么要建立正确的静态？,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？）,静态,动态,28,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,3.2 共射极放大电路,29,4. 简化电路及习惯画法,3.2 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,30,？,思 考 题,1. 下列 a f 电路哪些具有放大作用？,31,3.3 图解分析法,1. 近似估算Q点,2. 用图解

14、法确定Q点,2. 交流负载线,3.3.1 静态工作情况分析,3.3.2 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,2. 图解法确定Q点(静态),3. 图解法动态分析,4. 几个重要概念,(2)叠加原理？,1. 近似估算法求Q点,(1)非线性失真与线性工作区,32,1. 近似估算法求Q点,共射极放大电路,根据直流通路可知：,如果已知，可以求出IC和VCE。, 求IBQ 、VBEQ 、ICQ 、VCEQ,3.3 图解法分析法,33,2. 图解法确定Q点,3.3 图解分析法,分析步骤：,(1) vi

15、=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,(4) 作图：画直线，与BJT特性曲线的交点为Q点,VCb1 = VBEQ ; VCb2 = VCEQ,34,3.3 图解法分析法,2. 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。,35,3. 图解法动态分析,3.3 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,36,3. 图解法动态分析,3.3 图解法分析法,（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。,37,3. 图解法动态分析,3.3 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