双极型三极管及放大电路(自编教材)

1、13 3 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路3.2 3.2 共射极放大电路共射极放大电路3.3 3.3 图解分析法图解分析法 3.4 3.4 小信号模型分析法小信号模型分析法3.5 3.5 放大电路的工作点稳定问题放大电路的工作点稳定问题 3.6 3.6 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路3.7 3.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应3.1 3.1 半导体半导体BJTBJT23.1双极型三极管双极型三极管( (BJT) )又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。( (Bipolar Junction Transist

2、or) )三极管的外形如下图所示。三极管的外形如下图所示。三极管有两种类型：三极管有两种类型：NPN 和和 PNP 型。型。主要以主要以 NPN 型为例进行讨论。型为例进行讨论。三极管的外形三极管的外形34BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCE结构与分类结构与分类 两个PN结、三个引脚，两种类型：NPN和PNP型。一、一、 BJTBJT的结构、符号及放大条件的结构、符号及放大条件集电结集电结发射结发射结5BECNPN型三极管型三极管BECPNP型三极型三极管管BJT符号符号NPNCBEPNPCBE由于由于PNPN结之间的相互影响，使结之间的相互

3、影响，使BJTBJT表现出不表现出不同于单个同于单个PNPN结的特性而具有结的特性而具有电流放大电流放大作用。作用。6BEC基极基极发射极发射极集电极集电极基区：基区：较薄，较薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：发射区：掺杂掺杂浓度最高浓度最高结构特点结构特点7BJT放大的放大的内部条件内部条件 发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高； 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，基区很薄，一般在几个微米至几十个微米， 且掺杂浓度最低。且掺杂浓度最低。管芯结构剖面示意图管芯结构剖面示意图8B

4、ECNNPEBRBEc发射结正偏，发射结正偏，发射区电子发射区电子不断向基区不断向基区扩散，形成扩散，形成发射极电流发射极电流IE。IE进入进入P区的电子少部区的电子少部分与基区的空穴复合，分与基区的空穴复合，形成电流形成电流IB ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。IBBJT放大的外部条件：放大的外部条件：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏9BECNNPEBRBEcIE从基区扩散来的从基区扩散来的电子漂移进入集电子漂移进入集电结而被收集，电结而被收集，形成形成IC。ICICIB三极管能放大电流的必要条件：三极管能放大电流的必要条件： 发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反

5、偏。根据KCLIE=IB+ IC10令令 = IC / / IE 为共基极电流放大倍（系）数为共基极电流放大倍（系）数 0，集电结已进入反偏状，集电结已进入反偏状态，同样的态，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 1. 输入特性曲线输入特性曲线二、二、 BJTBJT的特性曲线的特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）此时，曲线基本相同，为一般常用曲线。此时，曲线基本相同，为一般常用曲线。13(3) 输入特性曲线的三个部分输入特

6、性曲线的三个部分死区死区非线性区非线性区线性区线性区1. 输入特性输入特性曲线曲线14iC=f(vCE) iB=const2.2.输出特性曲线输出特性曲线饱和区：饱和区：Je正偏，正偏，Jc正偏正偏。 该区域内，一般该区域内，一般vCE IB ，CCb2b1b2BVRRRV 此时，此时，不随温度变化而变化。不随温度变化而变化。VB VBE 且且Re可取可取大些，反馈控制作用更强。大些，反馈控制作用更强。 一般取一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 592. 放大电路指标分析放大电路指标分析静态工作点静态工作点CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCe

7、EcCCCCERRIVRIRIVV CBII 60电压增益电压增益画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益VoVi- Ib(RC/RL)Ibrbe+(1+ )Re=AV=- (RC/RL)=rbe+(1+ )RecebRb1RLVi+-Vo+-Rb2Rb= Rb1 /Rb2ReRcrbe IbIbIeIc小信号等效电路Vi=Ibrbe+IeRe=Ibrbe+Ib(1+ )ReVo= - Ib(Rc/RL)61 输入电阻输入电阻由电路列出方程由电路列出方程则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不

8、包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻IT=IRb+IbVT=IRb(Rb1/Rb2)VT=Ibrbe+IeRe= Ibrbe+Ib(1+ )Re=Rb1/Rb2/rbe+(1+ )ReTIVTRi根据定义根据定义 TIVTRi射极偏置电路的输入电阻射极偏置电路的输入电阻Rb1cebRb2Rb= Rb1 /Rb2ReRcrbe IbIbIeIcVT+-ITRi62 输出电阻输出电阻o令令0i V0b I0b I Ro Rc 所以所以若考虑 rce 的作用，参见6763 直流通路直流通路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较静态：静态：bBECCBR

9、VVI BCII cCCCCERIVV CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCCERRIVV CBII 共射极放大电路共射极放大电路RCVCCCb1ReRb1bceiCiBiE+vi-_RL+vo_Cb2Rb2i1射极偏置电路直流通路直流通路RCVCCReRb1bceRb264电压增益：电压增益：输入电阻：输入电阻： ebeb2b1i)1(/RrRRR 输出电阻：输出电阻：Ro = Rc coRR rbeLc)/(RR VAe) 1be(Rr Lc)/(RR VAibeVbiiIR /rR cebRb1RLVi+-Vo+-Rb2Rb= Rb1 /Rb2ReRcrb

10、e IbIbIeIc射极偏置电路射极偏置电路RbviRcRLiVbIcIOVbI固定偏置电路固定偏置电路65beLcebeLcV)/()1()/(rRRRrRRA beb2b1ebeb2b1i/)1(/rRRRrRRR 66 + +VCC C2 + C1 Ce + Rc Re2 RL vo T Rb1 + Re1 Rb2 + vi 1e1beLcV)1()/(RrRRA e1beb2b1i)1(/RrRRR end673.5 3.5 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路 静态工作点静态工作点动态指标动态指标 静态工作点静态工作点 动态指标动态指标 三种组态的比较三种组态的比较3.5

11、.1 3.5.1 共集电极电路共集电极电路3.5.2 3.5.2 共基极电路共基极电路683.5.1 3.5.1 共集电极电路共集电极电路1.1.电路分析电路分析共集电极电路结构如图示该电路也称为射极输出器射极输出器（）静态分析（）静态分析求静态工作求静态工作Q Q点点ebBECCB)1(RRVVI eCCCeECCCERIVRIVV BCII eEBEbBCCRIVRIV BE)1(II 由由得得69电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：LbbebLbbbebi)1( )(RIrIRIIrIV 电压增益：电压增益：1)1()1()1()1(LbeLLbeLLbebLbioV

12、 RrRRrRRrIRIVVA 画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe)mA()mV(26)1(200EQbeIr 增益增益1. 电路分析电路分析其中其中LeL/ RRR LbLbbo)1()(RIRIIV 一般一般beLrR ，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，1V A即即同同相相与与ioVV电压跟随器电压跟随器70输入电阻输入电阻)1(/LbebTTiRrRIVR bRTbIII LbbebT)1(RIrIV bRTbRIV 根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程则输入电阻则输入电阻TTiIVR LeL/ RRR 当当beLr

13、R 1 ，时，时，Lbi/RRR 1. 电路分析电路分析输入电阻大输入电阻大输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程eRbbTIIII )(sbebTRrIV eRTeRIV 其中其中bss/ RRR 则则输出电阻输出电阻 1/beseTTorRRIVR当当 1beserRR，1 时，时， besorRR 输出电阻小输出电阻小共集电极电路特点：共集电极电路特点：同同相相与与ioVV 电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强713.5.2 3.5.2 共基极电路共基极

14、电路1. 1. 静态工作静态工作Q Q点点 直流通路与射极偏置电路相同CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII 直流通路直流通路RCVCCReRb1bceRb2722. 2. 动态指标动态指标电压增益电压增益 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻coRR 输入回路Vi=-IbrbeVo=-IcRL=- IbRL电压增益输出回路AV=ViVo-Ibrbe- IbRL= RLrbe=Ri=reb=Vi-Ierbe1+ =-(1+ )Ib-Ibrbe=Ri=IiVirbe1+ =Re/reb=Re/rbe1+ 733. 3. 三

15、种组态的比较三种组态的比较1) 连接方式不同：连接方式不同：基极输入，基极输入，集电极输出；集电极输出；基极输入，基极输入，发射极输出；发射极输出；发射极输入，发射极输入，集电极输出；集电极输出；共射极电路共射极电路共集电极电路共集电极电路共基极电路共基极电路74电压增益：beLc)/(rRR 输入电阻：beb/rR输出电阻：cR)/)(1()/()1(LebeLeRRrRR )/)(1 (/LebebRRrR 1)/(/bebserRRRbeLc)/(rRR 1/beerRcR2） 动态特性不同：动态特性不同：3） 用途不同：用途不同：共发射极电路共发射极电路：既能放大电流又能放大电压，应用广泛，既能放大电流又能放大电压，应用广泛，多用于多级放大电