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1、第三章 半导体三极管及其应用3.1 双极型三极管3.1.1 半导体三极管的结构双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN 型和 PNP 型。双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。从外表上看两个 N 区,( 或两个 P 区) 是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。3.1.2 三极管内部的电流分配与控制双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压，如图所示。在发射结正偏，集电结反偏条件下，三极管中载流
2、子的运动：(1)在 VBB 作用下，发射区向基区注入电子形成 IEN，基区空穴向发射区扩散形成IEP。(2) 电子在基区复合和扩散，由发射区注入基区的电子继续向集电结扩散，扩散过程中少部分电子与基区空穴复合形成电流 IBN。由于基区薄且浓度低，所以 IBN 较小。(3) 集电结收集电子，由于集电结反偏，所以基区中扩散到集电结边缘的电子在电场作用下漂移过集电结，到达集电区，形成电流 ICN。(4) 集电极的反向电流，集电结收集到的电子包括两部分：发射区扩散到基区的电子ICN，基区的少数载流子ICBOIE=IEN+IEP 且有 IENIEPIEN=ICN+IBN 且有 IEN IBN ，ICNIB
3、N IC=ICN+ICBOIB= IEP+IBNI CBOI E=IC+IB3.1.3 三极管各电极的电流关系 (1)三种组态双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见下图共发射极接法，发射极作为公共电极，用 CE 表示；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。(2)三极管的电流放大系数对于集电极电流 IC 和发射极电流 IE 之间的关系可以用系数来说明，定义: 称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极的电子电流 ICN 与总发射极电流 IE 的比值。I
4、CN 与 IE 相比，因 ICN 中没有 IEP 和 IBN，所以的值小于 1, 但接近 1，一般为 0.980.999 。由此可得:在忽略 ICBO 情况下， IC 、 IE 和 IB 之间的关系可近似表示为：3.1.4 三极管的共射极特性曲线信号表示信号表示（对 IC 、V BE 、VCE 等意义相同）：IB 表示直流量Ib 表示交流有效值Ib 表示复数量iB 表示交直流混合量i b 表示交流变化量1. 输入特性曲线(1) VCE=0 时：b、e 间加正向电压， JC 和 JE 都正偏， JC 没有吸引电子的能力。所以其特性相当于两个二极管并联 PN 结的特性。VCE=0V： 两个 PN
5、结并联(2) VCE1V 时，b、e 间加正向电压，这时 JE 正偏， JC 反偏。发射区注入到基区的载流子绝大部分被 JC 收集，只有小部分与基区多子形成电流 IB。所以在相同的 VBE 下，I B要比 VCE=0V 时小。V CE1V： iB 比 VCE=0V 时小(3) VCE 介于 01V 之间时，JC 反偏不够，吸引电子的能力不够强。随着 VCE 的增加，吸引电子的能力逐渐增强，iB 逐渐减小，曲线向右移动。0VCE 1V: VCE 增加，iB 减小2. 输出特性曲线3) 饱和区：对应于 VCEVBE 的区域，集电结处于正偏，吸引电子的能力较弱。随着 VCE增加，集电结吸引电子能力增
6、强，iC 增大。JC 和 JE 都正偏， VCES 约等于 0.3V，饱和时c、e 间电压记为 VCES，深度饱和时 VCES 约等于 0.3V。饱和时的三极管 c、e 间相当于一个压控电阻。3. 温度对三极管特性的影响温度升高使：（1）输入特性曲线左移（2）ICBO 增大，输出特性曲线上移（3） 增大 3.1.5 半导体三极管的参数半导体三极管的参数分为三大类: 直流参数，交流参数，极限参数3.1.6 三极管的型号3.1.7 三极管应用三极管工作情况总结例 3.1.1：判断三极管的工作状态例 3.1.2：判断三极管的工作状态3.2 基本共射极放大电路电路分析3.2.1 基本共射放大电路 1.
7、 放大电路概念：基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。a.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。b.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。2. 电路组成 :(1)三极管 T;(2)VCC：为 JC 提供反偏电压，一般几 几十伏;(3)RC：将 IC 的变化转换为 Vo 的变化，一般几 K几十 K。VCE=V CC-ICRC RC ，VCC 同属集电极回路。(4)VBB：为发射结提供正偏。(6)Cb1，Cb2：耦合电容或隔直电容，其作用是通交流隔直流。(7)Vi
8、：输入信号(8)Vo：输出信号(9)公共地或共同端，电路中每一点的电位实际上都是该点与公共端之间的电位差。图中各电压的极性是参考极性，电流的参考方向如图所示。 3. 共射电路放大原理4. 放大电路的主要技术指标放大倍数输入电阻 Ri输出电阻 Ro通频带（1）放大倍数(2) 输入电阻 Ri(3) 输出电阻 Ro(4) 通频带问题 1：放大电路的输出电阻小，对放大电路输出电压的稳定性是否有利？问题 2：有一个放大电路的输入信号的频率成分为 100 Hz10 kHz，那么放大电路的通频带应如何选择？如果放大电路的通频带比输入信号的频带窄，那么输出信号将发生什么变化？3.2.2 放大电路的图解分析法1
9、. 直流通路与交流通路静态：只考虑直流信号，即 Vi=0，各点电位不变（直流工作状态）。动态：只考虑交流信号，即 Vi 不为 0，各点电位变化（交流工作状态）。直流通路：电路中无变化量，电容相当于开路，电感相当于短路。交流通路：电路中电容短路，电感开路，直流电源对公共端短路。放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。直流通路交流通路2. 静态分析例 3.2.1：电路及参数如图，求 Q 点值 例 3.2.2：电路及参数如图，求 Q 点值(2) 静态工作点的图解分析讨论：电路参数变化对 Q 点的影响3. 动态分析截止失真：由
10、于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN 管，输出电压表现为顶部失真。饱和失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于 NPN 管，输出电压表现为底部失真。注意：对于 PNP 管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与 NPN 管正好相反。交流负载线最大不失真输出：放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要输出功率和功率三角形3.2.3 放大电路的小信号模型分析法图解法的适用范围：信号频率低、幅度 较大的情况。如果电路中输入信号很小，可把三极管特性曲线在小范围内用直线代替，从而把放大电路当作线性电路处理微变等效电路。1.三极管可以用一个模型来代
11、替。2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。 1. h 参数等效电路2. 三极管共射 h 参数等效电路3. 参数的物理含义三极管共射简化 h 参数等效电路3.2.3 基本共射电路分析计算1. 计算电压放大倍数 Av2. 计算输入电阻 Ri例 3.2.3：求 Av ，R i，Ro例 3.2.43.3 基本放大电路的三种组态组态一：共射电路 组态二：共集电极电路 共集电极组态基本放大电路如图所示。(1) 直流分析(2) 交流分析放大倍数输入电阻输出电阻组态三：共基极放大电路共基组态放大电路如图交流、直流通路微变等效电路共基极组态基本
12、放大电路的微变等效电路性能指标三种组态电路比较3.4 基本放大电路的频率响应频率失真：幅度失真和相位失真(p20-21 图 1.2.9) 3.4.1 RC 电路的频率响应2. RC 高通滤波电路3.4.2 三极管的高频等效模型三极管的频率参数 f和 fT高频等效模型的单向化在简化混合 型模型中，因存在 Cbc ，对求解不便，可通过单向化处理加以变换。密勒定理高频等效模型的单向化3.4.3 基本共射电路的频率响应高频段等效电路高频段频响波特图低频段等效电路全频段总电压放大倍数全频段放大倍数波特图放大电路的增益带宽积3.5 多级放大电路3.5.1 多级放大电路 3.5.2 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路动态分析3.5.3 阻容耦合多级放大电路3.5.4 变压器耦合多级放大电路3.5.5 多级放大电路的频率响应本章总结例题 1 共基电路例题 2 共集电路例题 3 共射电路例题 4 共射电路低频响应例题 5 多级放大电路 1例题 6 多级放大电路 2
