三极管及放大电路基础课件

1、4.1 半导体三极管（BJT）4.2 共射极放大电路4.3 图解分析法4.4 小信号模型分析法4.5 放大电路的工作点稳定问题4.6 共集电极电路和共基极电路4.7 放大电路的频率响应4.1.1 BJT的结构简介4.1 半导体三极管（BJT）4.1.2 BJT的电流分配与放大原理3.1.3 BJT的特性曲线4.1.4 BJT的主要参数4.1.1 BJT的结构简介 半导体三极管的结构示意图如图03.1.01所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。两种类型的三极管发射结(Je) 集电结(Jc) 基极，用B或b表示（Base） 发射极，用E或e表示（Emitter）；集电极，用C或c表示（Colle

2、ctor）。 发射区集电区基区三极管符号 结构特点： 发射区厚、掺杂浓度最高； 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，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图3.1.2 BJT的电流分配与放大原理1. 内部载流子的传输过程 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。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 （以NPN为例） 以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型晶体三极管简称晶体管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 载

3、流子的传输过程 IC= InC+ ICBOIE=IB+ IC4.1.2放大状态BJT的工作原理2. 电流分配关系根据传输过程可知 IC= InC+ ICBOIE=IB+ IC载流子的传输过程IE ICIB增大，IC也增大，IC受IB的控制。 1IE IC=（1+ ）IB3. 三极管的三种组态共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；BJT的三种组态 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

4、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。从电位上来看对于NPN型三极管，UCUBUE4.1.2 BJT的电流分配与放大原理vCE = 0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE 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。vCE = 0VvCE 1V(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4.1.3 BJT的特性曲线（以共射极放大电路为例）(3) 输入特性曲

5、线的三个部分死区非线性区线性区1. 输入特性曲线4.1.3 BJT的特性曲线饱和区：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或对于NPN：UBUC、 UBUE ；对于PNP：UBUC、UBUE，三极管无放大作用。对于硅管UCES=0.3V , 对于锗管UCES=0V 。晶体管饱和，C、E之间相当于一个闭合的开关。iC=f(vCE) iB=const2. 输出特性曲线输出特性曲线的三个区域:4.1.3 BJT的特性曲线截止区：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。无放大作用。发射结、集电结均为反

6、偏， 晶体管截止，C、E之间相当于一个断开的开关。UCEUCC。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。三极管具有放大作用。对于NPN： UCUBUE，对于PNP：UCUBUE。(2) 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const4.1.4 BJT的主要参数1. 电流放大系数 (2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 2. 极间反向电流ICEO (1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。 4.1.4 BJT的主要参数 即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的Y坐标的数值。

7、ICEO也称为集电极发射极间穿透电流。(1) 集电极最大允许电流ICM(2) 集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE 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 3. 极限参数4.1.4 BJT的主要参数 由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。 输出特性曲线上的过损耗区和击穿

8、区（思考题）end3.1 BJT1. 既然BJT具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构成一只BJT，试说明其理由。？思 考 题2. 能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什么？3. BJT是电流控制器件，还是电压控制器件？end4. 放大电路输出端增加的能量是从哪里来的？4.2 共射极放大电路 电路组成 简化电路及习惯画法 简单工作原理 放大电路的静态和动态 直流通路和交流通路4.2 共射极放大电路1. 电路组成输入回路（基极回路）输出回路（集电极回路）2. 简化电路及习惯画法习惯画法 共射极基本放大电路3.2 共射极放大电路注意： 判断一个电路能否正常放大一般从以下几点考虑（1）保证三极

9、管处于放大状态，因此直流电源及其极性要接正确。直流电源要保证发射结正偏、集电结反偏。（2）输入信号Ui能够加在三极管的B、E之间（RB不能为0），输出信号U0能够从C、E两点取出（RC不能为0）。（3）耦合电容作用是通交流阻直流。它的极性及位置要接正确4. 放大电路的静态和动态 静态：输入信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。 动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。 电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、 IC、和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。#

10、 放大电路为什么要建立正确的静态？4.2 共射极放大电路4.2 共射极放大电路工作点合适工作点偏低4.2 共射极放大电路5. 直流通路和交流通路 直流通路直流通路：在直流电源作用下，只有直流电流流过的通路。在直流通路中（1）电容被视为开路，电感被视为短路；（2）交流信号源不起作用，按零处理，其内阻保留。 共射极放大电路end（思考题）交流通路：在输入交流信号源作用下，只有交流电流流过的通路。在交流通路中（1）电容一般按短路处理，电感按开路处理。直流电源按短路处理。在直流通路中求静态工作点，在交流通路中求放大倍数，输入电阻、输出电阻等。交流通路(a)(b)(c)(d)(f)(e)3.2 ？思 考

11、 题1. 下列af电路哪些具有放大作用？end4.3 图解分析法 用近似估算法求静态工作点 用图解分析法确定静态工作点 交流通路及交流负载线 输入交流信号时的图解分析 BJT的三个工作区 输出功率和功率三角形 4.3.1 静态工作情况分析 4.3.2 动态工作情况分析 共射极放大电路 4.3.1 静态工作情况分析1. 用近似估算法求静态工作点根据直流通路可知： 采用该方法，必须已知三极管的 值。一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。直流通路+- 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。 共射极放大电路2. 用图解分析法确定静态工作点 首先，画出直流通路直流通路IB

12、VBE+-ICVCE+- 4.3.1 静态工作情况分析3.3 图解分析法一般情况下IBO是通过直流通路求出来的。直流通路IBVBE+-ICVCE+- 列输入回路方程：VBE =VCCIBRb 列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc 在输入特性曲线上，作出直线 VBE =VCCIBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。 在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。由上可得出用图解法求Q点的步骤： (1)在输出特性曲线坐标中，按直流负载线方程VBE =VCCIBRb ，作出直流负载线。 (2) 由基极回路求出IBQ

13、。 (3)找出iB=IBQ这一条输出特性曲线，与直流负载线的交点即为Q点。读出Q点坐标的电流、电压值即为所求 4.3.2 动态工作情况分析由交流通路得纯交流负载线： 共射极放大电路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL) 因为交流负载线必过Q点，1. 交流通路及交流负载线4.3 图解分析法 过输出特性曲线上的Q点做一条斜率为-1/RL 直线，该直线即为交流负载线。 RL= RLRc， 是交流负载电阻。交流负载线的斜率为-1/RL 4.3 图解分析法2. 输入交流信号时的图解分析 4.3.2 动态工作情况分析 共射极放大电路通过图解分析，可得如下结论： 1. vi vBE iB

14、iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。# 动态工作时， iB、 iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？图4.11 静态工作点不合适产生的非线性失真 (a)截止失真；(b)饱和失真波形的顶部失真是截止失真，波形的底部失真是饱和失真，静态工作点选在交、直流负载线的中间附近较好。 共射极放大电路 放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求： （1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时B

15、JT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降） 例题end通过计算法判断三极管的工作方式：（1）假设管子处于临界饱和状态，这时vce 0,Ics=VCC/RC,IBS=ICS/（2）通过直流通路求出IB，如果IBIB ，此时，不随温度变化而变化。VB VBE 且Re可取大些，反馈控制作用更强。 一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 4.5.2 射极偏置电路2. 放大电路指标分析静态工作点 3.5.2 射极偏置电路2. 放大电路指标分析电压增益输出回路：输入回路：电压增益：画小信号等效电路确定模型参数已知，求rbe增益 3.5.2 射极偏置电路2. 放大电路指标分析输入电阻根据定义

16、由电路列出方程则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻 4.5.2 射极偏置电路2. 放大电路指标分析输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路网络内独立源置零负载开路输出端口加测试电压对回路1和2列KVL方程rce对分析过程影响很大，此处不能忽略其中则当时，一般（） 4.5.2 射极偏置电路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较 共射极放大电路静态： 4.5.2 射极偏置电路3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较 固定偏流共射极放大电路电压增益：RbviRcRL固定偏流共射极放大电路输入电阻：输出电阻：Ro = Rc # 射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定

17、偏流电路相同的动态指标？ 4.5.2 射极偏置电路1 4.5.2 射极偏置电路end4.6 共集电极电路和共基极电路 电路分析 复合管 静态工作点 动态指标 三种组态的比较4.6.1 共集电极电路4.6.2 共基极电路4.6.1 共集电极电路1. 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求静态工作点由得电压增益输出回路：输入回路：电压增益：画小信号等效电路确定模型参数 已知，求rbe增益 3.6.1 共集电极电路1. 电路分析其中一般，则电压增益接近于但略小于是1，即电压跟随器输入电阻根据定义由电路列出方程则输入电阻当，时， 3.6.1 共集电极电路1. 电路分析输入电阻大输出电阻

18、由电路列出方程其中则输出电阻当，时，输出电阻小共集电极电路特点： 电压增益小于1但接近于1， 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# 既然共集电极电路的电压增益小于1（接近于1），那么它对电压放大没有任何作用。这种说法是否正确？ 4.6.1 共集电极电路2. 复合管作用：提高电流放大系数，增大电阻rbe；其放大倍数为各个管子的放大倍数之积；等效后的管子类型与第一个管子类型相同。复合管也称为达林顿管4.6.2 共基极电路1. 静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同 3.6.2 共基极电路2. 动态指标电压增益输出回路：输入回路：电压增益：不具备电流放大作用。 3.6.2 共基

19、极电路# 共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？2. 动态指标 输入电阻 输出电阻3. 三种组态的比较电压增益：输入电阻：输出电阻： 4.6.2 共基极电路放大电路的中间级放大电路的输入、输出、中间级高频或宽频带电路（1）共射极放大电路不仅具有电压放大而且具有电流放大作用；共集电极电路（射极输出器）不具有电压放大只具有电流放大作用；共基极电路不具有电流放大只具有电压放大作用。三种电路都具有功率放大的作用。（2）射极输出器输入电阻最高，输出电阻最低（多用在放大电路的输入、输出级、中间极）；其次是共射极电路（多用在放大电路的中间级）。多级放大电路（1）由多个单级电路耦合而成的电

20、路，第一级的输出 作为第二级的输入。（2）多级放大电路的放大倍数等于各个单级放大电路的放大倍数乘起来。（3）多级放大电路的输入电阻等于第一级放大电路的输入电阻。（4）多级放大电路的输出电阻等于最后一级放大电路的输出电阻。（5）后一级的输入电阻作为它前一级的负载。例题1. 放大电路如图所示。试求。已知=50。 解：两者比较可看出增益明显提高end3.7.1 单时间常数RC电路的频率响应3.7.2 单极放大电路的高频响应 RC低通电路的频率响应 RC高通电路的频率响应3.7 放大电路的频率响应3.7.3 单极放大电路的低频响应3.7.4 多级放大电路的频率响应 多级放大电路的增益 多级放大电路的频

21、率响应 低频等效电路 低频响应 研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应。3.7.1 单时间常数RC电路的频率响应1. RC低通电路的频率响应（电路理论中的稳态分析）RC电路的电压增益（传递函数）：则且令又电压增益的幅值（模）（幅频响应）电压增益的相角（相频响应）增益频率函数最大误差 -3dB频率响应曲线描述3.7.1 RC电路的频率响应幅频响应0分贝水平线斜率为 -20dB/十倍频程 的直线相频响应1. RC低通电路的频率响应表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入因为所以3.7.1 RC电路的频率响应2. RC高通电路的频率响应RC电路的电压增益：幅频响应相频响应输出超

22、前输入3.7.2 单极放大电路的高频响应1. BJT的高频小信号建模 模型的引出 模型简化 模型参数的获得 的频率响应2. 共射极放大电路的高频响应 型高频等效电路 高频响应3. 共基极放大电路的高频响应 增益-带宽积 高频等效电路 高频响应 几个上限频率的比较3.7.2 单极放大电路的高频响应1. BJT的高频小信号建模模型的引出 rbe-发射结电阻re归算到基极回路的电阻 -发射结电容-集电结电阻 -集电结电容 rbb -基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点。互导3.7.2 单极放大电路的高频响应1. BJT的高频小信号建模模型简化混合型高频小信号模型 3.7.2 单级高频响应又因为所以模型参数的获得（与H参数的关系）1. BJT的高频小信号建模低频时，混合模型与H参数模型等效所以又 rbe= rb + (1+ ) re 从手册中查出 3.7.2 单级高频响应的频率响应由H参数可知1. BJT的高频小信号建模即根据混合模型得低频时所以当时，共发射极截止频率 3.7.2 单级高频响应的频率响应1. BJT的高频小信号建模的幅频响应令则特征频率共基极截止频率 3.7.2 单级高频响应2. 共射极放大电路的高频响应型高频等效电路等效电路 3.7.