BJT的电流分配与放大原理.ppt

3 1半导体BJT 一 BJT结构 图3 1 3AX22低频锗 3AD6低频大功率管 3DG6高频硅 图3 2 三区两结三极 下图是NPN管的结构及符号 图3 3 PNP管的结构及符号如下 符号中的箭头表示BJT导通时的电流方向 二 BJT的电流分配与放大原理 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 外部条件 发射结正偏 集电结反偏 1 BJT内部载流子的传输 图3 4 2 电流分配关系 一个三极管制定后 发射区发射的电子传输到集电结所占比例一定 这个比例系数用 表示 称为共基极电流放大系数 代入 通常忽略ICBO 一般为0 9 0 99 假设 0 99 则发射100个电子 扩散99个 复合1个 3 共发射极连接方式 BJT的三种连接方式 a 共基极连接 信号从e极输入 从集电极c输出 b 共发射极连接 信号从b极输入 从c极输出 c 共集电极连接 信号从b极输入 从e极输出 共射连接方式的电流放大作用 a 由于VBB Rb的作用 发射结正偏 由于VCC VBB 调节Rc 使VCE VBE 则VC VB 集电结反偏 满足放大的外部条件 b 下面推导IC和IB的关系 IE IB IC 代入 整理 式得 ICEO 基极开路 c流到e的电流 称穿透电流 把ICEO代入 得 忽略ICEO c 之实质 共射电流放大系数为扩散电子数 复合电子数 为几十 几百倍 若 0 99 则 99 共射电路具有电流放大作用 归纳 BJT满足内部条件和外部条件 具有放大作用 BJT的放大作用 按电流分配实现 称之为电流控制元件 电流放大系数 共基电路 共射电路 三 BJT的特性曲线 共射连接 1 输入特性曲线 图3 9 vCE 0V VCE 1V vCE 0 相当于二极管的正向特性 vCE 1V后 vCE iC基本不变 iB亦基本不变 vCE 1V 曲线右移 原因是集电结反偏 iE大部分被拉到集电区 iB 工程上vCE 1V的曲线即可代表vCE 1V的情况 2 输出特性曲线 图3 10 100 80 60 20 iB 0 ICE0 iB 40 A 先看iB 40 A的一条曲线 要想改变iC 得改变iB 这样 得到一组曲线簇 vCE很小时 集电结反偏小 收集载流子能力弱 vCE iC 当vCE 1V后 iC大致与横轴平行 四 BJT的主要参数 1 电流放大系数 共射 若IC ICEO则 交流放大系数用 表示 如图3 11 若满足条件 ICEO很小时 可忽略 管子工作在线性区 共基 2 集电极 基极反向饱和电流ICBO 发射极开路 c b间加上一定反向电压时的反向电流 由少数载流子引起 硅管 1 A 小功率锗管 约为10 A 3 集电极 发射极反向饱和电流ICE0 穿透电流 基极开路 c e间加一定反向电压时的集电极电流 4 极限参数 a 集电极最大允许电流ICM 三极管的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流 当电流超过ICM 管子性能下降 甚至烧坏 b 集电极最大允许功率PCM 集电结上允许损耗功率的最大值 超过此值会使管子性能变坏或烧毁 c 反向击穿电压VBR 例3 1在晶体管放大电路中 测得三个晶体管的各个电极的电位如图 试判断各晶体管的类型 是NPN管还是PNP管 是硅管还锗管 并区分e b c三个电极 a NPN硅 e b c b PNP硅管 c b e c PNP锗管 c e b 解 1 依 VBE 0 7V 或 VBE 0 2V 确定硅还是锗 2 找出c极 极间电压不是0 7V或0 2V的为c极 3 VB VE VC三个电位中 VC最低 是PNP管 VC最高 是NPN管 4 PNP管 VCVB VE 以确定b e极 3 2共射极放大电路 放大要求 幅度放大 波形不失真 放大实质 实现能量转换与控制 放大对象 交流量 即变化量 一 电路 VCC VBB 直流电源 RC RB 分别为集电极负载电阻 基极偏置电阻 Cb1 Cb2 耦合电容 隔直滤交 极性 把交流短路 直流电位高的端接电容之正极 地 vi v0 VBB VCC之公共端 又叫参考点 此点电位为0 二 简化电路 取VBB VCC 见图3 14 a 省略电源VCC的符号 只标出VCC的非接地端的电压数值及极性 见图3 14 b 图3 14 3 3图解分析法 一 静态工作情况分析 静态 当放大电路vi 0时 电路中各处的电压 电流都为直流 称为直流工作状态或静止状态 简称静态 静态工作点 静态下 IB IC VCE在管子特性曲线上有一确定的点 此点为静态工作点 又叫Q点 动态 当放大电路输入信号后 vi 0 电路中各处的电压 电流处于变动状态 这时电路处于动态工作情况 简称动态 1 估算法确定静态工作点 见图3 14 b VBE 硅管约为0 7V 锗管约为0 2V 一般VCC VBE 图3 14 b 2 图解法确定静态工作点 图3 15 a 显然 既满足特性曲线 又要满足直线 曲线和直线的交点即Q点 思路 左边为IB 40 A的一条特性曲线 iC与vCE是非线性关系 右边iC与vCE是直线关系 VCE VCC iC RC 直流负载线 步骤 a 作三极管的输出特性曲线 图3 15 b b 作直流负载线 vCE 12 4iC c 计算IB d 确定Q点 IB 40 A所对应的特性曲线和直流负载线的交点即Q点 IB 40 A Q IC 1 5 二 动态工作情况分析 目的 得出v0与vi的相位关系和动态范围 1 放大电路接入正弦信号时的工作情况 设vi 0 02sin t V 依vi在输入特性上求iB 图3 17 Q Q Q v0 3sin t V 依iB在输出特性上求iC和vCE 图3 17 总结 a iB IB ibiC IC icvCE VCE vce 它们为脉动直流 在直流量的基础上迭加了一个交流量 b v0是与vi同频率的正弦波 c v0与vi反相 此为共射电路特有的倒相作用 2 交流负载线 输出端接负载 由于Cb2的隔直作用 不影响静态工作点 但动态工作情况会发生变化 交流通路 不考虑直流 交流信号通过的路径 原则 a 隔直电容视为短路 b VCC视为短路 图3 18 a Rc和RL并联 此并联值为交流负载电阻 图3 18 b 作交流负载线 由图3 18 b 可见交流v0 vce vce ic RL 交流量等于脉动直流量减直流量 vCE VCE iC Ic 此交流负载线一定过Q点 Q 1 5 交流负载线 直流负载线 图3 19 斜率为定出的负载线为直流负载线 Q点的选择 Q点应选在交流负载线的中央 Q点选得太低 出现截止失真 Q点选得太高 出现饱和失真 3 BJT的三个工作区域 图3 20 截止区 IB 0以下部分为截止区 发射结零偏或反偏 IC ICEO 0VCE VCC 管子c e间如同断开 放大区 线性区 平坦部分 发射结正偏 集电结反偏 IC IBVCE VCC ICRC 图3 20 饱和区 输出特性的上升和弯曲部分 发射结正偏 集电结正偏 IB ICVCE VCES 0 3V 硅 VCE VCES 0 1V 锗 管子c e间如同短接 图3 20 例3 2判断下列管子的工作状态 0 2V 3V a 0 0 7V 3V b 2 3V 3V 2 6