模拟电子技术-康光华(第五版)第四章

1、4.1 半导体三极管半导体三极管4.3 放大电路的分析方法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共集电极放大电路和共基极放大电路4.2 基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理4.6 组合放大电路组合放大电路符号规定符号规定:UA大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 4.1 半导体

2、三极管半导体三极管4.1.1 BJT的结构简介的结构简介4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理4.1.3 BJT的的VI特性曲线特性曲线4.1.4 BJT的主要参数的主要参数4.1 BJT（双极结型三极管）（双极结型三极管）(a) (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管结构：由两个结构：由两个PN结和三个杂质半导体区域组成。结和三个杂质半导体区域组成。有两个基本类型：有两个基本类型： NPN型型 PNP型型4.1.1 BJT的结构简介的结构简介基基 区（区（B区）区） ：薄、低渗杂：薄、低渗杂三个电极：三个电极： 发射极（发射极（Emi

3、tter）:E(e) 基基 极（极（Base） : B(b) 集电极（集电极（Collctor）:C(c)集电区（集电区（C区）区） ：渗杂适中：渗杂适中E 发射极发射极B 基极基极C 集电极集电极发射结发射结集电结集电结1)NPN 型型 三个区域：三个区域： 发射区（发射区（E区）：高渗杂区）：高渗杂两个两个PN结：结： 发射结（发射结（BE结）结） 集电结（集电结（CB结）结）E 发射极发射极B 基极基极C 集电极集电极发射结发射结集电结集电结2)PNP型型一、一、BJT的放大偏置的放大偏置BJT用于放大器时，要求其三个电极间的用于放大器时，要求其三个电极间的偏置电压偏置电压使：使：“发射

4、结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏”晶体管的放大偏置晶体管的放大偏置+-+-UBEUCEbceiCieibbce+-+-UBEUCEbceiCieibbce三个电极之间的关系：三个电极之间的关系：EBCUUUNPN :管管EBCUUUPNP :管管识别管脚和判断管型的依据识别管脚和判断管型的依据静态工静态工作点作点4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理例题：测得电子设备中的某只晶体管三个管脚例题：测得电子设备中的某只晶体管三个管脚对机壳的电压如图所示：试判断该管管脚对应对机壳的电压如图所示：试判断该管管脚对应的电极，该管的类型及材料。的电极，该管的类型及材料。0.1V

5、0.78V- -11.5VVVV78. 01 . 05 .11 EBCUUUNPN :管管EBCUUUPNP :管管1、基极电位、基极电位UB居中；居中；3、NPN管的集电极电位管的集电极电位UC最高，发射极电位最高，发射极电位UE最低；最低；PNP管的集电极电位管的集电极电位UC最低，发射极电位最低，发射极电位UE最高；最高；BCE该管为该管为PNP型硅管。型硅管。EBCUUU VUBE7 . 0 2、发射结压降、发射结压降:例题：测得电子设备中的某只晶体管三个管脚例题：测得电子设备中的某只晶体管三个管脚对机壳的电压如图所示：试判断该管管脚对应对机壳的电压如图所示：试判断该管管脚对应的电极，

6、该管的类型及材料。的电极，该管的类型及材料。EBCUUUNPN :管管EBCUUUPNP :管管7.5V3.5V3.2VBCEVVV5 . 75 . 32 . 3 NPN型锗管。型锗管。CBEUUU VUBE3 . 0 EBCUUU 1、基极电位、基极电位UB居中；居中；3、NPN管的集电极电位管的集电极电位UC最高，发射极电位最高，发射极电位UE最低；最低；PNP管的集电极电位管的集电极电位UC最低，发射极电位最低，发射极电位UE最高；最高；2、发射结压降、发射结压降:bce RC ECEBRbiBiCiE二、放大偏置时二、放大偏置时PN结内部载流子的传输过程结内部载流子的传输过程将将NPN

7、型型BJT接成接成CE型，且：型，且：发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。bceRbEBRC EC4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理bceRbEBRCECNPN（1）发射区发射电子。）发射区发射电子。iE = iEn+ iEP iEn（2）基区的扩散和复合。）基区的扩散和复合。iBiEiEniEPiB1BE结结正偏正偏E区电子经区电子经BE结扩散注入结扩散注入B区区iEnB区空穴注入区空穴注入E区区iEPiEn浓度差浓度差扩散扩散CB结（绝大部分）结（绝大部分）复合复合与与B区空穴复合区空穴复合iB1（很小）（很小）正偏发射结的正向电流。正偏发射结的正向电流

8、。iB1是基极电流的主要部分。是基极电流的主要部分。二、放大偏置时二、放大偏置时PN结内部载流子的传输过程结内部载流子的传输过程bceRbEBRCECNPNiBiCiEiEniEPiCn1ICPICn2iB1（3 3）集电极收集电子。）集电极收集电子。CB结结反反偏偏B区到达区到达CB结的结的非平衡少子非平衡少子 漂移漂移经经CB结结C区区iCn1B区少子区少子（电子）（电子）漂移漂移C区区ICn2C区少子区少子（空穴）（空穴）漂移漂移B区区ICPICBO= ICn2+ICPiC = iCn1+ ICBO；iB = iB1+ iEP- -ICBOICBO：集电结反向饱和电流，：集电结反向饱和电

9、流， 不受不受UBE控制，控制，T ICBO 二、放大偏置时二、放大偏置时PN结内部载流子的传输过程结内部载流子的传输过程三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用CB表示；表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态CECBCCbceRbEBRCECNPNiBiCiEiEniEPiCn1ICPICn2iB1三、放大偏置时的电流分配关系：三、放大偏置时的电流分配关系：iE = i

10、En+ iEP iEn； iC = iCn1+ ICBO iCn1 ；iB = iB1+ iEP- -ICBO ；ICBO = iCn2+ iCP ；iE = iC+ iB ；（1） iE 与与 iC的关系：的关系：定义：定义：对于给定的晶体管，对于给定的晶体管，iCn1与与iE的比在的比在一定的电流范围内是一个常数。一定的电流范围内是一个常数。（共基直流电流放大倍数）（共基直流电流放大倍数）CBOCnCIii 1CBOEIi ECnii1 0.98 一一般般：Ei /CEECiiii 或或：即即：三、放大偏置时的电流分配关系：三、放大偏置时的电流分配关系：iE = iEn+ iEP iEn；

11、iC = iCn1+ ICBO iCn1 ；iB = iB1+ iEP- -ICBO ；ICBO = iCn2+ iCP ；iE = iC+ iB ；（2） iC 与与 iB的关系：的关系：定义：定义：（共射直流电流放大倍数）（共射直流电流放大倍数） 1为为几几十十到到几几百百一一般般： ;BCEiii BCCiii 1BCii 1BCii 则则 只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。小结：小结：EECiii BCii BBCEiiii)1( 在温度不变和一定的电流范围内，在温度不变和一定的电流范围内， 基本上为基本上为常数，常数，

12、放大偏置的放大偏置的BJT的的iE、iC、 iB近比例关系。近比例关系。三、三、BJT放大偏置时的电流分配关系：放大偏置时的电流分配关系：+- -+- -UBEUCEbceiCiEiBiC受受iB控制，控制，BJT具有电流放大作用。具有电流放大作用。共基极放大电路共基极放大电路应用举例应用举例若若 vI = 20mV电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IO vvvA使使 iE = -1 mA，则则 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V，当当 = 0.98 时，时，1）发射结正向电压）发射结正向电压对各极电流的控制作用对各极电流的控制作用

13、正向控制作用。正向控制作用。发射极电流实际上是正偏发射结的正向电流：发射极电流实际上是正偏发射结的正向电流：;TBEUuSEeIi EBEiu各极电流各极电流iE 、iC 、iB与发射结电压与发射结电压都是指数关系。都是指数关系。四、四、BJT偏置电压与电流的关系偏置电压与电流的关系 BCBEiiu、BCECiiii ;bce RC ECEBRbiBiCiEuBEuCB2）集电结反向电压）集电结反向电压对各极电流的影响对各极电流的影响基区宽度调制效应。基区宽度调制效应。 CBu 集电结宽度集电结宽度 基区有效宽度基区有效宽度 ;BECiii 不不变变Ei Ci 这种由集电结反偏电压变化引起基区

14、宽度变化，这种由集电结反偏电压变化引起基区宽度变化，从而影响各极电流的现象称为基区宽度调制效应，简从而影响各极电流的现象称为基区宽度调制效应，简称基区宽调效应或厄利（称基区宽调效应或厄利（Early）效应。）效应。基基区区发射结发射结集电结集电结 空穴复合空穴复合机会机会 BiTBEUuSEeIi iBuBE晶体管的特性曲线是一种晶体管的特性曲线是一种“静态静态”曲线，反映了直流和曲线，反映了直流和低频场合下晶体管输入端和输出端的伏安特性。低频场合下晶体管输入端和输出端的伏安特性。一、输入特性曲线：一、输入特性曲线：iB=f (uBE) uCE=常数常数与二极管正向特性相似。与二极管正向特性相

15、似。uCE 右移原因：基区宽度调制效应。右移原因：基区宽度调制效应。UCE=0V1 10uBE不变，不变，uCE uCB iC ， iB +- -+- -uBEuCEbceiCiEiB曲线右移曲线右移特性曲线基本重合特性曲线基本重合可用一条曲线代表。可用一条曲线代表。当当uCE 1V后后4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线iCuCE/V二、输出特性曲线：二、输出特性曲线：iC=f (uCE) iB=常数常数放大区放大区临界饱和线临界饱和线截止区截止区+- -+- -uBEuCEbceiCiEiBIB1IB=0IB2IB3IB4U(BR)CEO饱饱和和区区截止区：截止区： 发射结和集电

16、结都反偏发射结和集电结都反偏放大区：放大区： 发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏饱和区：饱和区： 发射结和集电结都正偏发射结和集电结都正偏判断判断BJT工作工作状态的依据。状态的依据。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线P186题题4.2.31、放大区：、放大区：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏1）输出特性曲线族近似）输出特性曲线族近似为等间隔曲线。为等间隔曲线。iCuCE饱饱和和区区放大区放大区截止区截止区临界饱和线临界饱和线IB=0IB1IB2IB3IB42）每条特性曲线略向上斜升。）每条特性曲线略向上斜升。 iC随着随着uCE的增大而略有增大。的增大而略有

17、增大。基区宽调效应：基区宽调效应：uCEuCB iB ， iC iC iB 。2、饱和区：、饱和区：发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏iCuCE饱饱和和区区放大区放大区截止区截止区临界饱和线临界饱和线IB=0IB1IB2IB3IB4uCB0，2）在饱和区，各条曲线几乎重合在）在饱和区，各条曲线几乎重合在 一起，一起， iC iBuCEuBE1）iC随随uCE的减小而明显下降。的减小而明显下降。3）饱和压降）饱和压降UCES：UCES随随iC的增大而略有增大，的增大而略有增大，典型值：典型值：UCES=0.3V集电结正偏集电结正偏 扩散电流扩散电流 抵消抵消iCn1使使iC 4）临界饱

18、和）临界饱和：集电结零偏，集电结零偏，uCE=uBEbceRbEBRCECNPNiBiCiEiEniEPiCn1ICPICn2iB13、截止区：、截止区：发射结反偏，集电结反偏发射结反偏，集电结反偏uBE0，uBC0IB=0； iC= ICEO4、击穿区：、击穿区：iCuCE饱饱和和区区放大区放大区截止区截止区临界饱和线临界饱和线U(BR)CEO击击穿穿区区IB=0IB1IB2IB3IB4击穿电压随击穿电压随 IB的增加而减小。的增加而减小。U(BR)CEO：基区开路时的反向击穿电压。基区开路时的反向击穿电压。 晶体管的饱和状态和截止状态其实为晶体管的开关晶体管的饱和状态和截止状态其实为晶体管

19、的开关工作状态，在数字电路中工作状态，在数字电路中BJT作为开关元件使用。在作为开关元件使用。在模拟电路中，模拟电路中，BJT主要工作在放大状态。主要工作在放大状态。1 1、直流电流增益（电流放大倍数）：、直流电流增益（电流放大倍数）：CB：;ECii ;1 BCii CE： 14.1.4 BJT的主要参数的主要参数2 2、交流电流增益（电流放大倍数）：、交流电流增益（电流放大倍数）：CB：0 CBCBuECuECiididi常常数数CE：0 CECEuBCuBCiididi常常数数 ;1 14.1.4 BJT的主要参数的主要参数 当当ICBO和和ICEO很小时，很小时， 、 ，可以不，可以不加区分。加区分。集电结反向饱和电流集电结反向饱和电流 ICBO：集电极反向穿透电流集电极反向穿透电流ICEO ： + b c e - VCC ICEO uA + b c e - uA Ie=0 VCC ICBO IBICIB = - -ICBO， IC = ICBOICEO= （1+1+ ）ICBO1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM 下降到额定值的下降到额定