模拟电子技术ch041ppt课件

1,4 双极结型三极管及放大电路基础,4.1 BJT,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 共集电极放大电路和共基极放大电路,4.2 基本共射极放大电路,4.6 组合放大电路,4.7 放大电路的频率响应,*4.8 单级放大电路的瞬态响应,2,4 双极结型三极管及放大电路基础,主要内容 半导体三极管的结构及工作原理，及其构成放大电路的三种组态 放大电路的静态（直流工作状态）与动态（交流工作状态） 静态工作点对非线性失真的影响 用H 参数小信号模型计算共射极放大电路的主要性能指标 共集电极电路和共基极电路的分析计算 三极管放大电路的频率响应,3,4 双极结型三极管及放大电路基础,基本要求（本章重点） 了解半导体三极管的工作原理、特性曲线及主要参数 了解静态工作点与非线性失真的关系 熟练掌握放大电路静态工作点的设置和估算，以及用小信号模型分析法求解放大电路的动态指标 掌握BJT 放大电路三种组态的结构及性能的特点 掌握放大电路的频率响应的基本概念 了解各元件参数对放大电路的频率响应性能的影响,学时数 15,4,4.1 BJT,4.1.1 BJT的结构简介,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,4.1.4 BJT的主要参数,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响,5,4.1.1 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,中国俗称：三极管,管的外面伸出三个电极,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 Transistor)。,第一个BJT,7,集成电路中典型NPN型BJT的截面图,4.1.1 BJT的结构简介,在一个晶片（硅或锗）生成三个杂质半导体区,管芯结构剖面图,8,该结构与原理结构类似,9,4.1.1 BJT的结构简介,三个极,两个结,三个区,集电区 基区 发射区,集电极（C极） 基极（B极） 发射极（E极）,集电结 发射结,10,4.1.1 BJT的结构简介,两种类型,NPN型,PNP型,箭头表示发射结正偏时。发射结电流实际方向,NPN与PNP的区别：,1.电源电压的极性相反,2.产生的电流方向相反,关于NPN型BJT的讨论同样适用于PNP型BJT，只用作以上两项修改,11,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射区：掺 杂浓度较高,集电区掺杂浓度低于发射区,BJT结构特点,不对称结构,12,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,组成四种工作状态：,BJT内部状态：,主要讨论放大状态,13,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,1. 内部载流子的传输过程（以NPN为例）,IE=IB+ IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,BJT放大的外部条件：,发射结正偏,集电结反偏,放大状态内部过程分析：,BJT外部电流关系：,14,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,1. 内部载流子的传输过程（以NPN为例）,集电区：收集载流子,发射区：发射载流子,基区：传送和控制载流子,对电子而言：（注意与电流方向相反）,ICBO集电结反向饱和电流,不关联载流子,红色箭头是关联载流子,多子电流,少子变多电流,15,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,1. 内部载流子的传输过程（以NPN为例）,集电区：流进基区的电流,发射区：汇集基区和集电区电流,基区：基区电流会同集电区电流共同流进发射区,对电流而言：,反着理解 正着使用,16,反着理解 正着使用,由于电子流动的方向与电流流动的方向相反，顾要：,17,电子流向,电流流向,少部分流向基极,电子由发射极发出,大部分穿过基极被集电极收集,集电极电流子穿过基极流进发射极,少量基极电流会同集电极电流流进发射极。,一个单位基极电流引起，多个单位（ ）集电极电流,控制特性！,18,一个单位基极电流引起，多个单位（ ）集电极电流,好像基极电流，能够控制集电极电流的大小。,控制特性！,19,BJT电流放大原理,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,1,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB ，多数扩散到集电结。,20,EB,RB,Ec,从基区扩散来的电子漂移进入集电结而被收集，形成IC。,2,要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。,BJT电流放大原理,21,一个单位基极电流引起 多个单位集电极电流,特点两个PN结紧紧背靠背,发射结正偏，集电结反偏。,发射结有正向特性，集电结有反向特性。,控制特性！,22,23,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,IC= ICN+ ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+ IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,放大倍数等于1，好像没放大？,集电结反向饱和电流,集电中受发射结电压控制的电流,表达发射到集电极电流的多少,24,2. 电流分配关系,得：,得：,（穿透电流）,25,2. 电流分配关系,发射区发射的电子有一个发射到基区 就有个电子到达集电区,电流放大,IB控制IC,BJT放大的核心表达式！,牢牢记住！,26,基极像一个闸门控制由集电极流向发射极电流的大小,27,3. 三极管的三种组态,(c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。,(b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；,BJT的三种组态,以那个极为关于输入输出公共点，就是共那个极。,28,共基极放大电路,4. 放大作用,电压放大倍数,vO = -iC RL = 0.98 V，,1K ,将20电阻的电流转移到1000 电阻上,恒流源,输出电压和电压放大倍数都和负载电阻成正比,29,VBB,VCC,VBE,IB,IE,IC,vI,+vBE,+iC,+iE,+iB,vI = 20mV,设,若,则,电压放大倍数,iB = 20 uA,vO = -iC RL = -0.98 V，, = 0.98,使,结论：共射放大电路既有电流放大能力又有电压放大能力。,30,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。（集电极电位基极电位 发射极电位）,# 针对PNP管和NPN管，外部条件各是怎样的？二者是什么关系？,31,放大的外部条件,发射结正偏，集电结反偏。,高,低,更高,低,高,更低,结论：NPN管和PNP管放大的极间电压极性相反。,32,4.1.3 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,工作压降 硅管 0.60.7V 锗管 0.20.3V,死区电压 : 硅管0.5V, 锗管0.2V,两结都正偏,曲线受Vce的影响很小曲线可用一条曲线表示,33,iC=f(vCE) iB=const.,2. 输出特性曲线,输出特性曲线三个区域分析,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,每个IB对应一条曲线,此时曲线应为集电PN结反向饱和曲线,所以有恒流特性,反映IB对IC的控制,34,IC(mA ),此区域对应于曲线较平坦的部分,发射结正偏，集电结反偏 IC=IB，基本不随UCE变化 称为放大区或线性区,三极管放大区的特性,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。,35,发射结、集电结均正偏IB=IC的关系不成立 UCE 0.3V 且小于UBE 称为饱和区。,三极管饱和区的特性,此区域对应于曲线快速上升的部分,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。,36,发射结、集电结均反偏 IB=0, IC=ICEO, UBE 死区电压称为截止区,三极管截止区的特性,此区域对应于IB 0的部分,截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时， vBE小于死区电压。,37,三极管的工作状态判别,1 .结电压判别法,38,放大,截止,饱和,2 .极电流判别法,饱和时IB上升速率大于IC上升速率，此时集电结反压小，收集电子能力较差。,39,BJT放大过程总结,用电压（电流）调节发射结电场，导致通过反射结的电子量变化。利用PN结的正向调节作用,由于集电结流过的是反向饱和电流，电流有一定的恒定性质，不随集电结电压变化。恒流作用保持被控量不变。,将基极做的很薄，使发射结过来的电子大部分被集电结收集。旁路作用分离被控量,40,BJT放大过程总结,设计的三极管结构将控制量与被控量分开。,发射PN结正向特性仍然保持,利用PN结正向时的电阻调节作用起到对电流的控制作用,集电PN结反向特性仍然保持,利用PN结反向时的电流恒定作用保持电流恒定,41,(1) 共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const.,1. 电流放大系数,4.1.4 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=const.,42,1. 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=const.,当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不加区分。,4.1.4 BJT的主要参数,43,2. 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。,4.1.4 BJT的主要参数,44,(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO,ICEO=（1+ ）ICBO,4.1.4 BJT的主要参数,2. 极间反向电流,穿过两个PN结电流反大了？,加在CB结上的反压小了。,45,(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 （双曲线）,3. 极限参数,4.1.4 BJT的主要参数,红色禁区,加散热措施可以扩大使用区域,46,3. 极限参数,4.1.4 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,47,4.1.5 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,雪崩击穿有正温度系数,影响很大！,48,4.2 基本共射极放大电路,4.2.1 基本共射极放大电路的组成,4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理,49,4.2.