双极型晶体管及其基本放大电路ppt课件

1、第三章第三章 双极型晶体管及双极型晶体管及其根本放大电路其根本放大电路2021年年7月月9日日本章主要内容本章主要内容n3.1 双极型晶体管双极型晶体管n3.2 BJT根本放大电路及分析方法根本放大电路及分析方法 n3.3 三种组态放大器的中频特性三种组态放大器的中频特性 n3.4 单级共发放大器的频率特性单级共发放大器的频率特性 n3.5 多级放大电路多级放大电路3.1 3.1 双极型晶体管双极型晶体管2021年年7月月9日日1.BJT1.BJT的构造的构造n内部构造内部构造1.BJT1.BJT的构造的构造n两种类型两种类型nNPN型晶体管型晶

2、体管nPNP型晶体管型晶体管n构造上的区别：各区采用的半导体资料极性相反构造上的区别：各区采用的半导体资料极性相反n构造要素构造要素n三区：发射区、基区、集电区三区：发射区、基区、集电区n三极：发射极、基极、集电极三极：发射极、基极、集电极n两结：发射结、集电结两结：发射结、集电结1.BJT1.BJT的构造的构造n留意留意n发射区高掺杂，多数载流子浓度大发射区高掺杂，多数载流子浓度大 n集电区区域大，所以接受的功率也大集电区区域大，所以接受的功率也大 n基区很薄，作为过渡区，其掺杂浓度最低基区很薄，作为过渡区，其掺杂浓度最低1.BJT1.BJT的构造的构造n电路符号电路符号n发射极的箭头可区分

3、动身射极与集电极，其方向发射极的箭头可区分动身射极与集电极，其方向可区分可区分NPN管和管和PNP管，箭头的方向表示发射结管，箭头的方向表示发射结正偏方向，也是线性任务时的电流方向正偏方向，也是线性任务时的电流方向 2. 2. 放大任务原理放大任务原理n放大任务条件放大任务条件n发射结正向偏置，集电结反向偏置件发射结正向偏置，集电结反向偏置件n放大任务原理放大任务原理2. 2. 放大任务原理放大任务原理n集电极电流集电极电流n第一部分：发射区注入的自在电子是构成集电极第一部分：发射区注入的自在电子是构成集电极电流的主要来源电流的主要来源n 表示发射区可以到达集电区多子的比例，称为表示发射区可以

4、到达集电区多子的比例，称为共基组态的直流电流放大系数共基组态的直流电流放大系数n第二部分：由于集电结反偏，集电区和基区中少第二部分：由于集电结反偏，集电区和基区中少数载流子的漂移运动构成反向饱和电流数载流子的漂移运动构成反向饱和电流ICBOn集电极总电流集电极总电流CCCBOECBOIIIII,0.91CEII2. 2. 放大任务原理放大任务原理n基极电流基极电流n第一部分：发射区注入到基区的自在电子流中仅第一部分：发射区注入到基区的自在电子流中仅很小一部分与基区中的空穴复合，构成基极复合很小一部分与基区中的空穴复合，构成基极复合电流电流n第二部分：集电极的反向饱和电流第二部分：集电极的反向饱

5、和电流ICBOn基极总电流基极总电流n发射极电流发射极电流1BEII1BBCBOECBOIIIIIEBCIII2. 2. 放大任务原理放大任务原理n思索思索n得到两个根本的电流关系得到两个根本的电流关系 n另外另外cboIcboEcboBBcboEcboCCIIIIIIIIII)1 (ceoBcboBcbocboBCIIIIIIII)1 (112. 2. 放大任务原理放大任务原理n忽略忽略ICBO时各极电流之间的关系时各极电流之间的关系BCECIIII2. 2. 放大任务原理放大任务原理n几点阐明几点阐明3. 3. 数学模型数学模型nEbers-Moll模型模型nBJT的理想模型或直流大信号分

6、析模型的理想模型或直流大信号分析模型n根本思绪根本思绪n将发射结和集电结视作两个背靠背的将发射结和集电结视作两个背靠背的PN结二极管，结二极管，并采用受控电流源表达两者之间的相互影响，其并采用受控电流源表达两者之间的相互影响，其中，受控电流反映了穿透基区的多子构成的电流中，受控电流反映了穿透基区的多子构成的电流3. 3. 数学模型数学模型nEbers-Moll模型模型3. 3. 数学模型数学模型EFRRCRFFIIIIII 节点电流方程：11BETBCTVVFESVVRCSIIeIIe二极管数学方程：3. 3. 数学模型数学模型n阐明阐明n在在Ebers-Moll模型中，晶体管的两个端电压模型

7、中，晶体管的两个端电压VBE和和VBC可正可负，故可正可负，故Ebers-Moll方程可以描画晶方程可以描画晶体管的一切任务形状体管的一切任务形状EbersMoll1111BCTBETBCTBETVVVVEESRCSVVVVCCSFESIIeIeIIeIe 方程：3. 3. 数学模型数学模型n放大形状放大形状n忽略反向饱和电流，那么处于放大形状的晶体管，忽略反向饱和电流，那么处于放大形状的晶体管，其发射结可近似为正向偏置的其发射结可近似为正向偏置的PN结二极管，而集结二极管，而集电极电流受发射极电流的线性控制电极电流受发射极电流的线性控制EFRCSFCFFCSFFIIIIIIII3. 3. 数

8、学模型数学模型n饱和形状饱和形状n该方程无法进展线性简化，仍为非线性方程该方程无法进展线性简化，仍为非线性方程n截止形状截止形状n忽略反向饱和电流，那么处于截止形状的晶体管，忽略反向饱和电流，那么处于截止形状的晶体管，发射极和集电极相当于开路发射极和集电极相当于开路00EESRCSCCSFESIIIIII BCTBETBCTBETVVVVEESRCSVVVVCCSFESIIeIeIIeIe 4. 4. 伏安特性伏安特性n1共基组态共基组态n2共发组态共发组态1 1共基组态共基组态n共基组态共基组态n输入端口：发射极与基极构成输入端口：发射极与基极构成n输出端口：集电极与基极构成输出端口：集电极

9、与基极构成n与二极管伏安特性的比较与二极管伏安特性的比较n二极管：一个端口两个变量，一个自变量一个因二极管：一个端口两个变量，一个自变量一个因变量变量n三极管：两个端口四个变量，两个自变量两个因三极管：两个端口四个变量，两个自变量两个因变量变量1 1共基组态共基组态n输入端伏安特性输入端伏安特性n阐明阐明n根据根据VCB的不同取值，输入端伏安特性曲线将以的不同取值，输入端伏安特性曲线将以一组曲线族的方式存在一组曲线族的方式存在,CBEEBCBVCIf VV1 1共基组态共基组态0111BCTBETEBTCBVVVVEESRCSVVEESVIIeIeIIe当时：1111BCTBETEBTCBVV

10、VVEESRCSVVEESRCSVVIIeIeIIeI当时：1 1共基组态共基组态n伏安特性曲线伏安特性曲线n阐明阐明n当当VCB1V时，可近似以为输入端伏安特性曲线时，可近似以为输入端伏安特性曲线重合为一条曲线重合为一条曲线1 1共基组态共基组态n输出端伏安特性输出端伏安特性n阐明阐明n由于由于PN结正偏，结正偏，VEB可调范围很小，曲线不明确，可调范围很小，曲线不明确，故采用发射极电流故采用发射极电流IE来作为控制量来作为控制量n根据根据IE的不同取值，输出端伏安特性曲线将以一的不同取值，输出端伏安特性曲线将以一组曲线族的方式存在组曲线族的方式存在,EBECEBCBVCECBICIf VV

11、f IV1 1共基组态共基组态由由 得得的关系、和的关系，以下推导、和现只有CBECCBEBCVIIVVIRIIIRFERIIIREFRRFEFRREFRFFCIIIIIIII)1 ()(R的公式，得到代入CI1 1共基组态共基组态n对比以前结果对比以前结果 n得出得出时，当mVVCB26CSRIICSRFEFCIII)1 (cboECIII cboCSRFII)1 () 1(TCBVVcboEFCeIII1 1共基组态共基组态n伏安特性曲线伏安特性曲线1 1共基组态共基组态n三种任务区的分割条件三种任务区的分割条件00CBEVI放大区00CBEVI饱和区00CEII截止区2 2共发组态共发组

12、态n共发组态共发组态n输入端口：基极与发射极构成输入端口：基极与发射极构成n输出端口：集电极与发射极构成输出端口：集电极与发射极构成2 2共发组态共发组态n输入端伏安特性输入端伏安特性n阐明阐明n根据根据VCE的不同取值，输入端伏安特性曲线将以的不同取值，输入端伏安特性曲线将以一组曲线族的方式存在一组曲线族的方式存在,CEBBECEVCIf VV2 2共发组态共发组态,111111+=-BCTBETBBECEBECFFRRVVVVFESRCSCEBECBBCBECEIVVIIIIIIeIeVVVVVV建立 与端电压的关系式：) 1()1 () 1()1 (TCEBETBEVVVSCRVVSEF

13、BeIeII2 2共发组态共发组态11111BETCEVVBESRCSFVVIIeI当时：2 2共发组态共发组态n伏安特性曲线伏安特性曲线2 2共发组态共发组态n输出端伏安特性输出端伏安特性,BEBCBECEVCBCEICIf VVf IV2 2共发组态共发组态,1111111111111BCTBECETBECETCBCEBECFFRRCRFFBRRFRFCFRBRFFFVVRCSVVVRFCFBCSFVVVFBFCBOIIVIIIIIIIIIIIIIIIIeIIIeIIe 建立与的关系式：2 2共发组态共发组态n伏安特性曲线伏安特性曲线CEBEVV2 2共发组态共发组态n三种任务区的分割条件

14、三种任务区的分割条件0BCEBEIVV放大区0BCEBEIVV饱和区00BCII截止区5. 5. 主要参数主要参数n1电流放大系数电流放大系数n2反向饱和电流反向饱和电流n3极限参数极限参数n4频率参数频率参数n5结电容与体电阻结电容与体电阻1 1电流放大系数电流放大系数n电流放大系数电流放大系数，交流定义，直流ECQECECEcboCiiIIIIIII1 1电流放大系数电流放大系数n关系n以后交直流可以混用，不加区别 ，交流定义，直流BCQBCBCBceoCiiIIIIIII112 2反向饱和电流反向饱和电流n本征激发产生的少数载流子，受温度影响严重本征激发产生的少数载流子，受温度影响严重n

15、普通不予思索普通不予思索 3 3极限参数极限参数n极限参数极限参数n极限参数是指晶体管可以正常运用时的最大的电极限参数是指晶体管可以正常运用时的最大的电压，电流和功率值压，电流和功率值CMCCEPI V3 3极限参数极限参数n耗散功率耗散功率n也即集电极最大允许耗散功率，是指晶体管参数也即集电极最大允许耗散功率，是指晶体管参数变化不超越规定允许值时的最大集电极耗散功率变化不超越规定允许值时的最大集电极耗散功率n阐明阐明n晶体管在运用时，其实践功耗不允许超越晶体管在运用时，其实践功耗不允许超越 值，值，否那么会构成晶体管因过载而损坏否那么会构成晶体管因过载而损坏n耗散功率可作为区分小功率晶体管、

16、中功率晶体耗散功率可作为区分小功率晶体管、中功率晶体管、大功率晶体管的目的管、大功率晶体管的目的CMPCMP3 3极限参数极限参数n集电极最大电流集电极最大电流n集电极最大电流是指晶体管集电极所允许经过的集电极最大电流是指晶体管集电极所允许经过的最大电流最大电流n阐明阐明n当晶体管的集电极电流超越当晶体管的集电极电流超越 时，晶体管的时，晶体管的值值等参数将发生明显变化，影响其正常任务，甚至等参数将发生明显变化，影响其正常任务，甚至还会损坏还会损坏CMICMI3 3极限参数极限参数n最大反向电压最大反向电压n最大反向电压是指晶体管在任务时所允许施加的最大反向电压是指晶体管在任务时所允许施加的最

17、高任务电压最高任务电压n包括集电极包括集电极-发射极反向击穿电压、集电极发射极反向击穿电压、集电极-基极基极反向击穿电压和发射极反向击穿电压和发射极-基极反向击穿电压基极反向击穿电压 n集电极集电极-发射极反向击穿电压发射极反向击穿电压n该电压是指当晶体管基极开路时，其集电极与发该电压是指当晶体管基极开路时，其集电极与发射极之间的最大允许反向电压，普通用射极之间的最大允许反向电压，普通用BVCEO表表示示4 4频率参数频率参数n频率特性频率特性n由于结电容的存在，晶体管的电流放大系数与任由于结电容的存在，晶体管的电流放大系数与任务频率有关，电流放大系数是频率的函数务频率有关，电流放大系数是频率的函数,jjj10j104 4频率参数频率参数n定义几个参数定义几个参数n低频时，共基、共发电流放大倍数低频时，共基、共发电流放大倍数 00，4 4频率参数频率参数n共基截止频率0021jjj4 4频率参数频率参数n共发截止频率共发截止频率0021jjj011jjj4 4频率参数频率参数n特征频率特征频率Tn晶体管的特征频率即晶体管的特征频率即值降为值降为1时晶体管