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1、模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学2.1 晶体管2.2 放大的概念及放大电路的性能指标 2.3 共发射极放大电路的组成及工作原理2.4 放大电路的图解分析法2.5 放大电路的微变等效电路分析法 2.6 分压式稳定静态工作点电路2.7 共集电极放大电路2.8 共基极放大电路2.9 组合单元放大电路 第第2 2章章 晶体管及其基本放大电路晶体管及其基本放大电路模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学2.12.1晶体管晶体管2.1.1 晶体管的结构及类型2.1.2 晶体管的三种连接方式2.1.3 晶体管的工作方式模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学本节重点： 1.
2、从晶体管内部载流子的运动理解晶体管的电流控制与放大作用。 2. 掌握晶体管实现放大的内部条件与外部条件。 3. 掌握晶体管三极电流之间的关系。 4. 掌握晶体管的三种工作状态及其特点。 5. 熟记晶体管的伏安特性曲线 6. 晶体管三种状态的判断。 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学NNP发射极 E基极 B集电极 CPPNEBCECBNPN 型PNP 型ECB2.符号箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向。模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学3. 分类按材料分： 硅管、锗管按功率分： 小功率管 1 W中功率管 0.5 1
3、W模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学2.1.2 晶体管的三种连接方式 (a) 共发射极 (b) 共集电极 (c) 共基极图2-3 晶体管的三种连接方式 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 2.1.3 晶体管的工作状态 工作状态可分为三种： 放大状态 饱和状态 截止状态 1. 放大状态（发射结正向偏置、集电结反向偏置 ） 晶体管放大的条件：内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电区体积大外部条件发射结正偏集电结反偏模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学1) 发射区正偏，发射区发射电子，形成电流 IEN。I CN 多数向 BC 结方向扩散形成 ICN。I
4、E少数与空穴复合，形成 IBN 。I BN基极电流少数在基区与空穴复合形成的电流(IBN)集电区少子漂移(ICBO)I CBOIB即：IB = IBN ICBO 2)电子在基区的复合和传输(1) 放大状态下晶体管中载流子的传输过程IE= IEN + IEPIEN IENIEIEN = IBN + ICN IC 3) 集电结反向偏置形成集电极电流 ICI C = ICN + ICBO 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学穿透电流（2）晶体管的电流分配关系IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBO 共射直流电流放大系数 IE = IC + IB集电极收集到的电子数与在
5、基区复合掉的电子数之比，意味着基区每复合一个电子，则有 个电子扩散到集电区去。模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学IE = IC + IB模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 共基直流电流放大系数 的值小于1且接近于1，一般为0.950.99。 的关系它是集电极收集的电子数与发射极发射的总电子数的比值 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 (3) 晶体管的放大作用放大状态各电极电位之间的关系是： NPN型： UCUBUE PNP型： UCUBUE晶体管实现电流放大的外部偏置条件： 发射结正偏，集电结反偏模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 电流放
6、大作用的实质是通过改变基极电流IB的大小，达到控制IC的目的，而并不是真正把微小电流放大了，因此，晶体管称为电流控制型器件。 定义 ：保持工作点处UCE不变，集电极电流变化量与基极电流变化量之比，称为共发射极交流电流放大系数。即 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 定义 ：保持工作点处UCB不变，集电极电流变化量与发 射极电流变化量之比，称为共基极交流电流放大系数。 即 在数值上 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 2. 饱和状态 (发射结正向偏置、集电结正向偏置) 集电极电位低于基极电位，集电结正向偏置，不利于集电极从基区收集非平衡少数载流子，从发射区扩散到基区的
7、非平衡少子在基区复合的数量增大，而进入集电区的数量减少，集电极电流不再随基极电流的增大而增大，基极电流失去了对集电极电流的控制作用（晶体管失去了放大能力），集电极电流好像饱和了。 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 2. 饱和状态 (两个结都正偏) IC主要受UCE的控制，随着UCE的增大，集电结由正向偏置向零偏变化过程中，集电区收集电子的能力逐步增强，集电极电流IC随UCE的增大而增大。 晶体管工作于饱和状态时的UCE称为集电极饱和电压降，记作UCES。处于深度饱和时，锗管:硅管:模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 3. 截止状态 （两个结都反偏） 晶体管发射结反
8、向偏置或零偏(UBE0)，集电结反向偏置(UBC0），不利于发射极多数载流子的扩散运动，发射极电流几乎为零，此时，集电极流过反向饱和电流IC=ICBO， 基极电流： IB= ICBO， ICBO很小可忽略不计，认为晶体管处于截止状态。 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 例三极管3个电极的对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。放大状态截止状态饱和状态两个结正偏两个结反偏发射结正偏 集电结反偏模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学解:(a) uBE=0.7V, uBC=-4.3V, 发射结正偏,集电结反偏，三极管处于放大状态;(b) uBE =-1V,uBC 0条件：
9、两个结正偏特点：IC IB临界饱和时： uCE = uBE深度饱和时：CEBE0.3 V (硅管)UCE(SAT)=0.1 V (锗管)iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321放大区截止区饱和区ICEO此区域中UCE UBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V 较小时, 管子的集电极电流基本上不随基极电流而变化, 这种现象称为饱和。饱和区：iC明显受uCE控制的区域，该区域内，一般uCE0.7V(硅管)。模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学饱和状态的晶体管等效为闭合的开关两个结正偏饱和状态：模拟电子技术模拟电子技术
10、太原科技大学太原科技大学 4. 击穿区：条件：发射结正偏 集电结反偏特点：集电结发生 了雪崩击穿 基极开路(IB=0)时，使集电极发生击穿的UCE值，记为U(BR)CEO 。模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学输出特性三个区域的特点:(1)放大区 条件：发射结正偏，集电结反偏。(2) 特点： IC=IB , 且 IC = IB(2) 饱和区： 条件：发射结正偏，集电结正偏。 特点： IBIC，UCEUCES(3) 截止区： 条件：发射结反偏，集电结反偏。 特点： IB=0 ， IC=ICEO 0 集电结的空间电荷区变窄，内电场减弱，集电结收集载流子的能量降低，C不再随着B作线性变化
11、，出现发射极发射有余，而集电极收集不足现象。 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 2.1.5 晶体管的直流模型 输入特性近似 输出特性近似 由晶体管的伏安特性曲线可知，晶体管的输入输出特性是非线性的，它是一种复杂的非线性器件。当晶体管工作于直流时，其非线性主要表现为三种截然不同的工作状态，即放大、截止和饱和状态。在实际应用中，根据实现的功能不同，可通过外电路将晶体管偏置在需要的某一种状态。 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 截止状态模型放大状态模型 饱和状态模型 1. 截止状态直流模型当外电路使UBEUBE(on)时，发射结反向偏置，晶体管截止。此时，IB=0，I
12、C=0，晶体管b、e极间和c、e极间相当于开路 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 截止状态模型放大状态模型 饱和状态模型 2. 放大状态直流模型当外电路使晶体管UBEUBE(on)，且UBEUCE时，则发射结正向偏置，集电结反向偏置，晶体管工作于放大状态。此时，一般认为晶体管发射结导通电压UBE=UBE(on)，集电极直流电流IC=IB，IC受IB的控制，晶体管c、e极间可等效为一个受IB控制的受控电流源IB 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 截止状态模型放大状态模型 饱和状态模型 3. 饱和状态直流模型当外电路使晶体管UBEUBE(on)，且UBEUCE时，则
13、发射结、集电结均正向偏置，晶体管工作于饱和状态。此时，一般认为晶体管发射结导通电压UBE =UBE(on)，集-射极间电压为饱和压降UCES，晶体管c、e极间相当于接了一个恒压源UCES 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学2.1.6 晶体三极管的主要参数一、电流放大系数1. 共发射极电流放大系数iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数 交流电流放大系数一般为几十 几百Q在分立元件电路中,一般取 在20100范围内的管子 ,太小电流放大作用差, 太大受温度影响大,性能稳定性差. 模拟电子技术模拟电子
14、技术太原科技大学太原科技大学iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 共基极电流放大系数 1 一般在 0.98 以上。 Q模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学二、极间反向饱和电流CB 极间反向饱和电流 ICBO，CE 极间反向饱和电流 ICEO。 (a) ICBO (b) ICEO图2-15 晶体管极间反向电流的测量ICEO = (1+)ICBO集基反向饱和电流 ICBO ,发射极开路时,集电极和基极间的反向饱和电流. ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。锗管：ICBO为微安数量级，
15、 硅管：I CBO为纳安数量级。集射反向饱和电流 ICEO,基极开路时，集电极和发射极间的穿透电流. ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学三、极限参数1. ICM 集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。2. PCM 集电极最大允许功率损耗PC = iC uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全 工 作 区模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学U(BR)CBO 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。3. U(BR)CEO 基极开路时 C、E 极间反向击穿
16、电压。U(BR)EBO 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBO已知:ICM = 20 mA, PCM = 100 mW，U(BR)CEO = 20 V，当 UCE = 10 V 时，IC mA当 UCE = 1 V，则 IC mA当 IC = 2 mA，则 UCE T1模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学2. 温度升高，输出特性曲线向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0温度每升高 1C， (0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。O温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 【例2-3】 晶体管VT的特性曲线如下图所示，在其上确定、 、PCM、ICEO、U(BR)CEO。在如下电路中，当开关S接在A、B、C三个触点时，判断晶体管VT的工作状态，确定UCE的值。输出特性曲线 模拟电子技术模拟电子技术太原科技大学太原科技大学 【解2.3】 在输出特性上PCM与IB1=40A的特性曲线交于点 F（25V，2mA）则 PCM= UCEIC =25V2mA=50m
