模拟电子技术康第五版-ch04-1

,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,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,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,双极型晶体三极管BJT,按工作频率分：高频管、低频管,按功率分：小、中、大功率管,按材料分：硅管、锗管,按结构分：NPN型、PNP型,BJT的类型：,BJT是由两个PN结构成的三端器件，有两种基本类型: NPN型和PNP型。,+,+,两者除了电源极性不同外，工作原理都是相同的，NPN管性能优于PNP管，应用更广泛，故重点讨论NPN管。,基区,发射区,集电区,发射极,基极,集电极,注意区分两者的符号,箭头方向表示电流的实际方向,4.1.1 BJT的结构简介,半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。,4.1.1 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,BJT结构特点：,（1）发射区高掺杂；,（2）基区很薄，一般在几微米至几十微米；且掺杂浓度很低；,（3）集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大.,管芯结构剖面图,发射区,基区,集电区,+,是BJT具有电流放大作用的内部原因。,要使BJT实现放大功能，还必须构建外部电路，给BJT加上适当的直流偏置，让它处于放大状态。,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。外部条件：发射结正偏 集电结反偏,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,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,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)。,IE=IB+ IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,IE =IEN+IEP IEN；,IC =ICN+ICBOICN ；,IB =IBN+IEP-ICBOIBN,1、发射区向基区注入大量电子,2、电子在基区的复合和继续扩散,发射结正偏,因浓度差，发射区的大量电子经发射结扩散注入基区，形成电子流,基区空穴扩散注入发射区,从发射区扩散到基区的电子成为基区的少子，极少数电子与基区的空穴复合，形成复合电流,绝大部分电子继续扩散到达集电结附近。,IBN,IEN,集电结反偏,3、集电区收集发射区扩散过来的电子, ICBO,在外电场作用下，由发射区扩散在集电结附近的少子漂移到集电区,ICN,基区的电子漂移到集电区集电区的空穴漂移到基区,（扩散）,IEP,（漂移）,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,且令,2. 电流分配关系,放大偏置时BJT内部载流子的传输过程,给NPN型BJT加适当的偏置：发射结正偏，集电结反偏。,1、发射区向基区注入大量电子,2、电子在基区的复合和继续扩散,IEN,IEP,发射结正偏,因浓度差，发射区的大量电子经发射结扩散注入基区，形成电子流,基区空穴扩散注入发射区,从发射区扩散到基区的电子成为基区的少子，极少数电子与基区的空穴复合，形成复合电流,绝大部分电子继续扩散到达集电结附近。,IB1,IEN,集电结反偏,3、集电区收集发射区扩散过来的电子, ICBO,在外电场作用下，由发射区扩散在集电结附近的非平衡少子漂移到集电区,ICN,基区的电子漂移到集电区集电区的空穴漂移到基区,ICN,ICBO,（扩散）,IEP,（漂移）,放大偏置时BJT各极电流的关系：,IE =IEN+IEP IEN,IC =ICN +ICBOICN,IB =IBN+IEP-ICBOIBN,各极电流的构成：,IE = IC+ IB ；,说明：BJT具有电流放大作用；,IC受IB控制，BJT为电流控制器件。,因此放大偏置的BJT中IE、IC和 IB近似成比例关系。,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,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。,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,共射极连接,对于一定的uBE ，uCE， uCB， 集电区收集电子的能力增强，使iC ， iB。当uCE增大到一定值后，集电结的电场已足够强，足以将发射区注入到基区的绝大部分少子收集到集电区，因此即使再增大uCE ， iC也不可能明显增大了，即iB不再明显减小了。,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， 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。,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,BJT的放大偏置,1、什么叫放大偏置？,放大偏置使“发射结正偏、集电结反偏”的直流电压。,2、处于放大状态时BJT三个电极的电位关系：,识别管脚和判断管型的依据,是BJT具有电流放大作用的外部条件。,（此时BJT处于放大状态）,3、放大偏置时BJT三个电极的电流方向,例题：测得放大电路中的某只晶体管三个管脚的电位如图所示：试判断各个管脚对应的电极，晶体管的结构类型及材料。,1、基极电位UB居中（可先识别基极）；,3、NPN管各极的电位关系：UCUBUE；,PNP管各极的电位关系：UCUBUE；,B,C,E,该管为PNP型硅管。,2、发射结正偏压降: |UBE| = 0.7（0.6）V （硅管） |UBE| = 0.3（0.2）V （锗管）,可识别发射极（所剩者即为集电极）；并判断管子材料；,可识别管子类型（NPN/PNP）。,共射直流电 流放大倍数,共基直流电 流放大倍数,共射交流电 流放大倍数,共基交流电 流放大倍数,一般在电流不是很大的情况，可以认为：,今后不再区分直流还是交流，统一用和表示。,4.1.4 BJT的主要参数,1. 电流放大系数,练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对“地”电压如下：判断管子工作状态（放大、截止、饱和、倒置、损坏）,（a）,发射结反偏，集电结反偏，,截止状态。,（b）,发射结正偏，集电结反偏，,放大状态。,（c）,发射结反偏，集电结正偏，,倒置状态。,（d）,发射结正偏，集电结正偏，,饱和状态。,2.极间反向电流：,（1）集电极基极反向饱和电流 ICBO：,（2）集电极反向穿透电流ICEO ：,IB = -ICBO， IC = ICBO,ICEO= （1+）ICBO,与单个PN结的反向饱和电流一样。,ICBO的值很小，但受温度影响很大，易使管子工作不稳定，应尽量减小。,此电流从集电区穿越基区流至发射区，故叫穿透电流，它不是单纯的PN结反向电流。,ICBO和ICEO都是衡量BJT温度稳定性的重要参数，因ICEO大，容易测量，所以常把ICEO作为判断管子质量的重要依据。,ICBO和ICEO越小，说明其质量越好。,(1)集电极最大允许电流ICM,使BJT的值明显减小的集电极电流。,(2)集电极最大允许功率损耗PCM,管子的功率损耗为：,PCMpC的平均值不允许超过的极限值。,3、极限参数：,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,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(