模电第二章-三极管课件

《模电第二章-三极管课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电第二章-三极管课件（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、,2 三极管及放大电路基础,2.1 半导体三极管,2.3 放大电路的分析方法,2.4 放大电路静态工作点的稳定问题,2.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,2.2 共射极放大电路的工作原理,2.6 多级放大电路,2.1 半导体三极管,2.1.1 BJT的结构简介,2.1.2 放大状态下BJT的工作原理,2.1.3 BJT的VI特性曲线,2.1.4 BJT的主要参数,2.1.1 BJT的结构简介,(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管,按照所用的半导体材料分：硅管、锗管； 按照工作频率分：低频管、高频管； 按照功率分：小、中、大功率管。,半导体三极管的结构示意图

2、如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。,2.1.1 BJT的结构简介,(a) NPN型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图 (c) NPN管的电路符号 (d) PNP管的电路符号,集成电路中典型NPN型BJT的截面图,2.1.1 BJT的结构简介,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。,2.1.2 放大状态下BJT的工作原理,1. 内部载流子的传输过程,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为例）,由于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 Tr

3、ansistor)。,IC= ICN+ ICBO,IE=IB+ IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,外部条件： 发射结正偏 集电结反偏,放大状态下BJT中载流子的传输过程,发射结正偏,多子扩散,IE=IEN+ IEP,很多电子扩散到基区,IEIEN,发射极电流IE,放大状态下BJT中载流子的传输过程,基极复合电流IBN,扩散到基区的电子与基区的多子（空穴）复合，形成复合电流IBN,放大状态下BJT中载流子的传输过程,集电极电流IC,集电结反偏,漂移增强,载流子被集电极收集形成电流ICN,加上集电极和基极间的反相饱和电流,集电极电流,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,IC= ICN+

4、ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+ IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,2. 电流分配关系,则,3. 三极管的三种组态,共集电极接法，集电极作为公共电极。,共基极接法，基极作为公共电极；,共发射极接法，发射极作为公共电极；,BJT的三种组态,共基极放大电路,4. 放大作用,电压放大倍数,vO = -iC RL = 0.98 V，,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：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,2.1.3

5、 BJT的V-I 特性曲线,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）,共射极连接,饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，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。,iC=f(vCE) iB=const,2. 输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域:,截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时

6、， vBE小于死区电压。,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。,2.1.3 BJT的V-I 特性曲线,（1）共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/ IBIC / IB vCE=常数,1. 电流放大系数,2.1.4 BJT的主要参数,与iC的关系曲线,（2） 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=常数,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/IEvCB=常数,当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不加区分。,2.1.4 BJT的主要参数,2.

7、极间反向电流,（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。,2.1.4 BJT的主要参数,（2） 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO,ICEO=（1+ ）ICBO,2.1.4 BJT的主要参数,2. 极间反向电流,（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,2.1.4 BJT的主要参数,3. 极限参数,2.1.4 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

8、集电极和发射 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,2.1.5 温度对BJT参数及特性的影响,(1) 温度对ICBO的影响,温度每升高10，ICBO约增加一倍。,(2) 温度对 的影响,温度每升高1， 值约增大0.5%1%。,(3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响,温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。,2. 温度对BJT特性曲线的影响,1. 温度对BJT参数的影响,2.2 共射极放大电路的工作原理,2.2.1 基本共射极放大电路的组成,基本共射极放大电路,偏置电路： 直流电源VBB通过电

9、阻Rb给BJT的发射结提供正偏电压，并产生基极直流电流IB(常称为偏流，而提供偏流的电路称为偏置电路),2.2 共射极放大电路的工作原理,基本共射极放大电路,直流电源VCC是放大电路的能源，为输出信号提供能量，通过集电极负载电阻Rc，并与VBB和Rb配合，给集电结提供反偏电压，使BJT工作于放大状态。,2.2 共射极放大电路的工作原理,基本共射极放大电路,vs是待放大的时变输入信号，加在基极与发射极间的输入回路中，输出信号从集电极一发射极间取出,2.2. 2 基本共射极放大电路的工作原理,1. 静态(直流工作状态),输入信号vs0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。,直流通路,VCE

10、Q=VCCICQRc,2.2.2 基本共射极放大电路的工作原理,2. 动态,输入正弦信号vs后，电路将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。,交流通路,集电极-发射极间的电压,2.3 放大电路的分析方法,2.3.1 图解分析法,2.3.2 小信号模型分析法,1. 静态工作点的图解分析,2. 动态工作情况的图解分析,3. 非线性失真的图解分析,4. 图解分析法的适用范围,1. BJT的H参数及小信号模型,2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,3. 小信号模型分析法的适用范围,直流通路原则：,（1）信号源（交流信号）视为短路；,（2）电容

11、开路；,（3）电感短路。,交流通路原则：,（1）直流源视为短路；,（2）电容短路；,（3）电感开路。,2.3.1 图解分析法,1. 静态工作点的图解分析,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,2.3.1 图解分析法,1. 静态工作点的图解分析,列输入回路方程 （输入直流负载线）,列输出回路方程 （输出直流负载线） VCE=VCCiCRc, 首先，画出直流通路,直流通路, 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。, 在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点即是Q点，得到IBQ。, 根

12、据vs的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的波形,2. 动态工作情况的图解分析, 根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和vCE 的波形,2. 动态工作情况的图解分析,2. 动态工作情况的图解分析, 共射极放大电路中的电压、电流波形,3. 静态工作点对波形失真的影响,截止失真的波形,截止失真： 因静态工作点Q偏低而产生的失真称为截止失真。,饱和失真的波形,3. 静态工作点对波形失真的影响,饱和失真： 因静态工作点Q偏高而产生的失真称为饱和失真。,例画出电路的直流通路。,直流通路：,解：,4.交流负载线,动态工作情况分析,交流通路的画法：将电路中的直流电源置零、耦合电容

13、及旁路电容短路。 举例：,U,D,交流负载线,5.图解分析法的适用范围,幅度较大而工作频率不太高的情况,优点： 直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。,缺点： 不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。,2.3.2 小信号模型分析法,1. BJT的H参数及小信号模型,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性

14、器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。,1. BJT的H参数及小信号模型, H参数的引出,在小信号情况下，对上两式取全微分得,用小信号交流分量表示,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,对于BJT双口网络，已知输入输出特性曲线如下：,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,可以写成：,BJT双口网络,输出端交流短路时的输入电阻；,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；,输入端交流

15、开路时的反向电压传输比；,输入端交流开路时的输出电导。,其中：,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,1. BJT的H参数及小信号模型, H参数的引出,1. BJT的H参数及小信号模型, H参数小信号模型,根据,可得小信号模型,BJT的H参数模型,BJT双口网络,1. BJT的H参数及小信号模型, H参数小信号模型, H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。 H参数与工作点有关，在放大区基本不变。 H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。,受控电流源hfeib ，反映了BJT的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源的流向由ib的流向决定。 hrevce是一个受控电压源。

16、反映了BJT输出回路电压对输入回路的影响。,1. BJT的H参数及小信号模型, 模型的简化,hre和hoe都很小，常忽略它们的影响。,BJT在共射连接时，其H参数的数量级一般为,1. BJT的H参数及小信号模型, H参数的确定, 一般用测试仪测出；,rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。,rbe= rbb + (1+ ) re,其中对于低频小功率管 rbb200,则,2.3.2 小信号模型分析法,2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,前提:利用直流通路求Q点,共射极放大电路,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V， 已知。,求IEQ，估算rbe,2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,第一步：画小信号等效电