半导体三极管放大电路基础课件

1、第2章 半导体三极管放大电路基础授课人：庄友谊模拟电子技术1第2章 半导体三极管放大电路基础2.1 三极管工作原理2.2 共射极放大电路2.3 图解分析法2.4 微变等效电路分析法2.5 工作点稳定的放大电路2.6 共集电极放大电路和共基极放大电路22.1 三极管工作原理 BJT全称为双极型半导体三极管，内部有自由电子和空穴两种载流子参与导电。种类很多：有硅管和锗管，有高频管和低频管，有大、中、小功率管。32.1.1 三极管的结构与符号：becNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BcePNP型几微米至几十微米bcebce4becNNP基极发射极集电极发射结集电结5becNNP基

2、极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高6 为使发射区发射电子，集电区收集电子，必须具备的条件是： a.发射结加正向电压(正向偏置): NPN管：Vbe0； PNP管：Vbe0 b.集电结加反向电压(反向偏置): NPN管：Vbc02.1.2 三极管放大的工作原理7RCbecNNPEBRBECIE基区空穴向发射区的扩散，形成空穴扩散电流IEP ，数值很小可忽略IBN进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成复合电流IBN ，多数扩散到集电结发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射结电子扩散电流IEN1、发射区向基区扩散其多数载流子：2、载流子在基区的扩散与

3、复合：8becNNPEBRBIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBOICBOIC=ICN+ICBOICNIBNICNRCEC从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICN。3、集电区收集载流子：9IB=IEP+IBN-ICBOIBNIBbecNNPEBRBIEICBOICNIC=ICN+ICBO ICNIBNRCECIE=IEP+IENIEN10NNPEBRB ECICBO ICN IC=ICN+ICBO ICN IEP RC IBN IEN IB IB=IEP+IBN-ICBOIBNIE=IEP+IENIENIE 11 IE= IEN+ IEP 且有IENIEP

4、IEN=ICN+ IBN 且有IEN IBN ，ICNIBN IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IBNICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO) IE =IC+IB于是可得如下电流关系式:12ICN与IEN之比称为共基直流电流放大倍数总结：要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏（外部条件）。且发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，基区很薄（内部条件）ICN与IBN之比称为共射直流电流放大倍数13IC=ICN+ ICBO IE=IEP+IENICN14becIBIEICNPN型三极管becIBIEICPNP型三极管1

5、5 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； 三极管的三种组态 双极型三极管有三个电极，其中一个可以作为输入, 一个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极，在放大电路中有三种接法，三种接法也称三种组态。16BJT在电压放大电路中的应用举例 其信号放大的原理如下： VEE+vi （vi =20mV） iE （iE =1mA） iC （iC =-0.98mA） vo=-iC*RL （ vo=-iC*RL =0.981=0.98V）vo/vi 增大倍数称为电压增益 Av=vo/vi=(0.981000

6、/20)=49172.1.3 三极管的V-I特性曲线 实验线路ICmAAVVUCEUBERBIBECEBRC一、共射极连接时的V-I特性曲线181、输入特性：UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降： 硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。192、输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。20IC(mA )1234UCE(V)36912

7、IB=020A40A60A80A100A此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。21IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中 : IB=0，IC=ICEO，UBEIC， 硅管：VCE0.3V 锗管： VCE0.1V (3) 截止区： VBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 23例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k，当USB = -2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？当USB = -2V时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0 ， IC=

8、0IC最大饱和电流：Q位于截止区 24例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k，当USB = -2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？IC0； PNP管：Vbe0 b.集电结加反向电压(反向偏置): NPN管：Vbc0；PNP管：VbcIEP IEN=ICN+ IBN 且有IEN IBN ，ICNIBN IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IBNICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO) IE =IC+IB电流关系式:152（二） BJT的V-I特性曲线1、输入特性：UCE 1VIB(A

9、)UBE(V)204060800.40.8工作压降： 硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。1532、输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。此区域中 : IB=0，IC=ICEO，UBEIC， 硅管：VCE0.3V 锗管： VCE0.1V (3) 截止区： VBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 155（三） BJT的主要参数1. 电

10、流放大系数：、2、极间反向电流：（1）集-基极反向饱和电流ICBO（2） 集-射极反向饱和电流ICEO3、极限参数：（1）集电极最大电流ICM（2）反向击穿电压：射-基反向极击穿电压U(BR)EBO集-基反向极击穿电压U(BR)CBO集-射反向击穿电压U(BR)CEO（3） 集电极最大允许功耗PCM4、频率参数：156（四） 温度对BJT参数及性能的影响TUBE ICEO U（BR）CBO U（BR）CEO 157二、放大电路的组成及分析计算共射放大器、共集放大器、共基放大器直流通道：提供放大的条件（静态）。交流通道：进行交流信号的放大（动态）。放大器的性能指标： 电压放大倍数、输入电阻ri

11、、输出电阻ro 、通频带（一） 常用放大电路：158（二）放大器的分析方法A、图解法分析法：（1）近似估算Q点: RBVCCVBBRCCTVI+-VO+-1、静态工作点的图解分析：159ICUCEQUCEQICQIBQUBEQQIBUBE直流负载线一般可认为:硅管UBEQ为0.7V，锗管为0.3VIBQ0.7V（2）图解法确定Q点: 1602、动态工作情况的图解法分析：图解法的步骤：1、确定静态工作点2、画直流负载线3、画交流负载线4、 作图：viiBiC、vCEvo5、求放大倍数：161ICUCE25354515552134563.32.72.11.50.9mAV假设uBE有一微小的变化ui

12、tiBtiCuCEttibtuce与ui反相直流负载线交流负载线UBEQIB2535450.680.70.72uAV151623、静态工作点对波形失真的影响:（1） Q点过低，信号进入截止区：产生截止失真（2） Q点过高，信号进入饱和区：产生饱和失真放大器的动态范围163 iC vCE 0 Q3 Q1 Q2 Q RC：电路参数对Q点的影响： Rb：VCC：一般情况下，常采用改变Rb的办法，来调节静态工作点。RbIBQQ点下移（QQ1）。RC直流负载线的斜率 变大（QQ2）。交流负载线要看RL而定。VCC变化，直流负载线发生平动，Q点变化情况比较复杂，在IB不变的情况下，VCC，QQ3164B、

13、 小信号模型分析法1、BJT的h参数及其等效电路：vbehiehfe ibib vce+-+-+-hre vcehoe1icibvcecbe+-vbe+-ichiehfe ibibbcevbe+-vce+-1652、用h参数小信号模型分析基本放大器步骤：1、画电路的交流通路。2、画电路的h参数等效电路（包括晶体管和外电路）。3、标出电压、电流的参考方向。4、计算：电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、 源电压放大倍数166RBVCCVBBRCCTRLVI+-ibicvs+-vo+-RBRLRSrbeibbcevi+-vce+-静态：动态：h参数等效电路：167+VCCui+-uo+-RBRCTC2

14、C1RLrbeRBRCRL静态：动态：h参数等效电路：168RB1+VCCRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2rbeRCRLRE1RB静态：动态：h参数等效电路：169RB+VCCC1C2RERLuiuorbeRERLRB静态：动态：h参数等效电路：170RBVCCC1C2REuiuoRB1RCRLCBVoREViRCRLrbeibbceiBiE静态：动态：h参数等效电路：171耦合方式：阻容耦合；直接耦合；变压器耦合；光电耦合。耦合：即信号的传送方式。（三）多级放大器及其耦合方式1、阻容耦合：(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。(2) 不能传输直流及低频信号。(3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4) 总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。(5) 总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻ri1 。(6) 总输出电阻即为最后一级的输出电