模拟电路电子技术 第二章 晶体三极管及其应用电路

第二章晶体三极管及其应用电路,第一篇电子器件与电子电路基础,1.2.1晶体管的偏置与工作状态,*半导体三极管简称（双极型）晶体管或三极管*,*双极含义：自由电子和空穴两种极性的载流子参与导电*,*晶体管分为：NPN型（硅），PNP型（锗）*,1、半导体三极管（晶体管）结构与符号,NPN型三极管结构示意图与电路符号,（2）三个区：基区，发射区，集电区,（3）三个集：基集，发射集，集电集,（1）二个PN结：发射结，集电结,工艺特点：,E区掺杂浓度高,基区薄,集电结面积大,PNP型三极管结构示意图与电路符号,（2）三个区：基区，发射区，集电区,（3）三个集：基集，发射集，集电集,（1）二个PN结：发射结，集电结,*工艺特点同NPN*,2、半导体三极管（晶体管）的工作状态,*三极管发射结和集电结的偏置组合构成四种工作状态*,3、三极管放大状态（以NPN管为例）,（1）保证放大状态的典型电路设计,发射结正偏,集电结反偏,（2）放大状态三集电流分配关系,*JE正偏：有利E区N+和B区多子扩散,*JC反偏：有利少子（E区扩散至B区的电子和B区自身电子）漂移,NPN管电流关系,IE=IEN+IEP，且IENIEP,IC=ICN（E区进入C区的电子形成）+ICBO（B区少子形成）,*KCL定律,IE=IB+IC,IB=IBN（B区多子扩散至E区）+IEP（E区扩散至B区复合）,ICN（E区进入C区的电子形成）=IEN-IEP（E区扩散至B区复合）,IB=IB-ICBO（流入C区）,（3）放大状态的简化电流分配关系,*三极管是电流控制型器件*,*放大倍数反映发射极多子到达基区和集电区的比例关系*,3、NPN三极管放大状态下的伏安特性曲线,（1）输入回路方程（不考虑集电结影响）,*图解法*,输入回路方程：,输入特性方程：,*VCE=0，相当于2个二极管并联；,*VCE增为0.7V：JC由正偏转为反偏，C区吸引E区电子的能力增强，IB相对偏低，曲线右移。,（2）集电结对输入特性方程的影响,输入特性方程：,（3）三极管输出回路方程与输出特性,输出回路方程：,输出特性方程：,*一簇曲线*,（3）三极管输出特性截止区,进入截止区条件：发射结反偏，集电结反偏,*为了可靠截止，常使发射结处于零偏压或反偏压，IB=IC=0*,*典型电路*,*截止时三极管静态模型*,（3）三极管输出特性放大区,*主要特征1,进入放大区条件：JE正偏JC反偏,*iC不受vCE的影响,又称恒流区*,*典型电路*,*放大时三极管静态模型*,*主要特征2,（3）三极管输出特性放大物理意义,(a)据输入回路方程，输入电压vBB变化引起iB变,(b)放大状态下，iB变化引起iC变,(c)据输入回路方程，iC变化引进vCE变,结论：*输入回路小的vBB变化得到输出回路大的vCE变化放大*,（3）三极管输出特性饱和区,*主要特征1,进入饱和区条件：JE正偏JC正偏,*最大集电极饱和电流*,*饱和时三极管静态模型*,*主要特征2,4、PNP型三极管的伏安特性曲线,5、判断三极管工作状态的方法（NPN管为例）,（1）第一步:IB小于0，截止状态,（2）第二步:IB大于0，放大或饱和,(a)放大状态VCE0.3V,IBIBS,ICICS,6、三极管主要电特性参数,（1）电流放大系数,（2）集电结反向饱和电流ICBO,*发射极开路，集电极与基极间的反向饱和电流*,*零点几微安几十微安，值小好*,6、三极管主要电特性参数(续1),（3）穿透电流ICEO,*基极开路，集射间加上一定反向电压时，从集电极穿过基区流入发射极的反向饱和电流*,*几微安几百微安，值小好*,（4）集电极最大允许电流ICM,*随IC增加，电流放大系数下降至正常值2/3时的IC值*,（5）集电极最大允许功率损耗PCM,*PCM=ICVCE，与散热条件密切相关*,6、三极管主要电特性参数(续2),（6）反向击穿电压,*JC开路，BE间的反向击穿电压V(BR)EBO（几伏十几伏）*,*JE开路，BC间的反向击穿电压V(BR)CBO（几十上千伏）*,*JB开路，CE间反向击穿电压V(BR)CEO（几十上千伏）*,（7）三极管的安全工作范围,6、三极管主要电特性参数(续3),（8）三极管的温度稳定性,*输入特性与二极管的类似，VBE具负温度系数*,*输出特性*,T升高增大,T升高输出特性整族曲线上移,T升高ICBO和ICEO迅速增大,已知放大电路、输入特性曲线、输出特性曲线如图所示，I=VBB+i,VBB=1.6V，i=0.5sint(V)，输入特性曲线和输出特性曲线，试用图解法分析i与ce之间的关系。,1.2.2三极管放大电路的组成原理,1、放大电路的工作原理,（1）由I计算iB,I=VBB+i=1.6+0.5sint(V),iB=IBQ+ib=35+20sint(A),（2）由iB计算CE,CE=VCEQ+ce=10-3.4sint(V),2、典型放大电路结构,（1）构建放大平台,（2）待放大交流小信号的输入,（3）放大后的交流信号的输出,*电阻Rc、Rb和三极管T使T工作在放大状态*,*vs通过电容器C1耦合入放大电路*,*vce通过电容器C2耦合输出*,2、典型放大电路放大平台参数分析,*放大平台与交流小信号无关，又称直流分析或静态分析*,（1）画直流通路,*C开路，L短路*,（2）计算三极管静态参数（或静态工作点Q）,*假定三极管处在放大状态*,*若VCEQVCES,假定成立结束静态分析*,2、典型放大电路输入交流小信号后的分析,BE=VBEQ+be=VBEQ+i,iB=IBQ+ib,iC=ICQ+ic=ICQ+ib,CE=VCEQ+ce=VCEQ-icRL,0=ce=-icRL,放大电路图解分析,2、放大电路静态工作点Q的计算,*第二章要求1：能够分析三极管电路的静态工作点，确定三极管的工作状态*,*三极管静态工作点Q的参数*,*第二章要求2：能够设计电路，保证三极管工作在放大状态*,*放大是在静态工作点基础上实现,要求Q点稳定*,例1，已知放大电路如图，三极管VBE=0.7V,VCES=0.3V电流放大倍数50，求三极管静态工作点Q若RB=110K,重新计算。,*假定工作在放大状态*,（1）当Rb=280K时，将参数代入计算得,*假定成立*,例1，已知放大电路如图，三极管VBE=0.7V,VCES=0.3V电流放大倍数50，求三极管静态工作点Q若RB=110K,重新计算。,*假定工作在放大状态*,（2）当Rb=110K时，将参数代入计算得,*假定放大不成立，工作在饱和状态*,例2，已知放大电路如图，计算三极管的静态工作点。,例2，已知放大电路如图，计算三极管的静态工作点。,*假定工作在放大状态*,(1)计算IBQ,ICQ,IEQ,(2)计算VCEQ,例2，已知放大电路如图，计算三极管的静态工作点。,(3)本例静态工作点特点,*三极管静态工作点与其参数无关*,*Re的作用(负反馈)*,温度TICIEVE(=IERe)(VB固定)VBE(=VB-VE)IBIC,*Re大稳定作用好,降低电源VCC的利用率,CE变化小*,*VEQ=IEQRe=0.2VCC*,射极偏置电路,射温度对Q点的影响,例3:设晶体管的VBE=0.7V,=75，其余参数如图中所示。试计算电路的静态工作点Q,*假定工作在放大状态*,(1)计算IBQ,ICQ,IEQ,(2)计算VCEQ,*假定成立*,例4:设晶体管的VBE=0.7V和输出特性曲线,其余参数如图中所示。用图解法分析该电路的Q点,*由于放大倍数未知不能公式法计算,只能用图解法*,(1)由输出特性曲线和输出回路方程确定ICQ,VCEQ,(2)计算IBQ,例5:设计一个双极型PNP晶