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电子技术 第四章半导体三极管放大电路基础 模拟电路部分 4半导体三极管及放大电路基础 4 1半导体三极管 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共射极放大电路的工作原理 4 6组合放大电路 4 7放大电路的频率响应 本章主要内容 基本元件 三极管三极管的工作原理三极管三个电极电流分配关系基本概念静态工作点不同组态放大电路基本电路共射极放大电路 固定偏流 分压式 基本方法图解法小型号模型分析法 4 1半导体三极管 4 1 1BJT的结构简介 4 1 2放大状态下BJT的工作原理 4 1 3BJT的V I特性曲线 4 1 4BJT的主要参数 4 1 5温度对BJT参数及特性的影响 4 1 1BJT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 NPN型 PNP型 发射区 基区 集电区 4 1 1BJT的结构简介 发射结Je 集电结Jc 1 结构和符号 发射区 基区 集电区 面积较大 较薄 掺杂浓度低 掺杂浓度较高 收集载流子 电子 发射载流子 电子 复合部分电子控制传输比例 4 1 1BJT的结构简介 2 结构特点 发射区 基区 集电区 收集载流子 电子 发射载流子 电子 复合部分电子控制传输比例 4 1 2放大状态下BJT的工作原理 1 实现条件 内部条件 外部条件 发射区掺杂浓度很高集电区面积很大 掺杂浓度低于发射区基区很薄 掺杂浓度最低 Je正偏Jc反偏 Je正偏 Jc反偏 EB RB EC 进入P区的电子少部分与基区的空穴复合 形成电流IBN 多数扩散到集电结 发射结正偏 发射区电子不断向基区扩散 形成发射极电流IEN 2 内部载流子的传输过程 以NPN为例 4 1 2放大状态下BJT的工作原理 VEE RB VCC 集电结反偏 有少子形成的反向电流ICBO 从基区扩散来的电子作为基区的少子 漂移进入集电结而被收集 形成ICN 2 内部载流子的传输过程 以NPN为例 4 1 2放大状态下BJT的工作原理 IE IB IC 2 内部载流子的传输过程 以NPN为例 4 1 2放大状态下BJT的工作原理 以上看出 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 BipolarJunctionTransistor 总结 4 1 2放大状态下BJT的工作原理 3 电流分配关系 根据传输过程可知 IC ICN ICBO ICN IE IB IC 4 1 2放大状态下BJT的工作原理 且令 3 电流分配关系 4 1 2放大状态下BJT的工作原理 4 三极管的三种组态 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 共发射极接法 发射极作为公共电极 用CE表示 BJT的三种组态 4 1 2放大状态下BJT的工作原理 共基极放大电路 5 放大作用 若 vI 20mV 则 电压放大倍数 VEE VCC VEB IB IE IC vI vEB iC iE iB iE 1mA iC iE 0 98mA vO iC RL 0 98V 0 98 动态输入电阻太小 怎么办 b c e RL 1k VBB VCC VBE IB IE IC vI vBE iC iE iB 5 放大作用 共射极放大电路 外部条件 发射结正偏 极电结反偏 VBC VBE VCE 0 即VBE VCE vI 20mV 设 若 则 iB 20uA 0 98 使 vO iC RL 0 98V 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 三极管的放大作用是由电流控制的 4 1 2放大状态下BJT的工作原理 1 既然BJT具有两个PN结 可否用两个二极管相联以构成一只BJT 试说明其理由 思考题 2 能否将BJT的e c两个电极交换使用 为什么 3 为什么说BJT是电流控制器件 end iB f vBE vCE const 1 输入特性曲线 4 1 3BJT的V I特性曲线 以共射极放大电路为例 当vCE 0V时 相当于发射结的正向伏安特性曲线 当vCE 1V时 vCB vCE vBE 0 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 输入特性曲线的三个部分 死区 非线性区 线性区 1 输入特性曲线 导通压降 硅管VBE 0 6 0 7V 锗管VBE 0 2 0 3V 死区电压 硅管0 5V 锗管0 1V 4 1 3BJT的V I特性曲线 二 输出特性 IC mA 此区域满足IC IB称为线性区 放大区 当VCE大于一定的数值 IC只与IB有关 IC IB iC f vCE iB const 4 1 3BJT的V I特性曲线 此区域中VCE VBE 集电结正偏 IB IC VCE 0 7V称为饱和区 二 输出特性 4 1 3BJT的V I特性曲线 此区域中 IB 0 IC ICEO VBE 死区电压 称为截止区 二 输出特性 4 1 3BJT的V I特性曲线 输出特性曲线的三个区域 饱和区 iC明显受vCE控制的区域 该区域内 一般vCE 0 7V 硅管 IB IC 此时 发射结正偏 集电结正偏或反偏电压很小 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 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 IC IB 且 iC iB 二 输出特性 4 1 3BJT的V I特性曲线 4 1 4BJT的主要参数 1 电流放大系数 2 共发射极交流电流放大系数 1 共发射极直流电流放大系数 3 共基极直流电流放大系数 4 共基射极交流电流放大系数 2 极间反向电流 1 集电极基极间反向饱和电流ICBO 2 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO 3 极限参数 1 集电极最大允许电流ICM 2 集电极最大允许功率损耗PCM 3 反向击穿电压 1 共发射极直流电流放大系数 IC ICEO IB IC IB vCE const 1 电流放大系数 4 1 4BJT的主要参数 2 共发射极交流电流放大系数 IC IB vCE const 3 共基极直流电流放大系数 IC ICBO IE IC IE 4 共基极交流电流放大系数 IC IE vCB const 当ICBO和ICEO很小时 可以不加区分 1 电流放大系数 4 1 4BJT的主要参数 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 4BJT的主要参数 B E C N N P ICBO进入N区 形成IBE 根据放大关系 由于IBE的存在 必有电流 IBE 集电结反偏有ICBO 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 2 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO 2 极间反向电流 4 1 4BJT的主要参数 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 4 1 4BJT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 CBO V BR CEO V BR EBO 3 极限参数 4 1 4BJT的主要参数 1 集电极最大允许电流ICM 2 集电极最大允许功率损耗PCM 3 反向击穿电压 ICVCE PCM 安全工作区 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