BJT及放大电路基础资料

1、BJT及放大电路基础资料4.1 双极型三极管BJT一个PN结二极管单向导电性二个PN结三极管电流放大控制4.1.1 BJT的构造简介(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管分类：按频率分有高频管、低频管按功率分有小、中、大功率管按材料分有硅管、锗管按构造分有NPN型和PNP型三极管的不同封装形式金属封装塑料封装大功率管中功率管 半导体三极管的构造有两种类型:NPN型和PNP型。4.1.1 BJT的构造简介1. NPN型NPN管的电路符号2.PNP型PNP管的电路符号 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； 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米

2、，且掺杂浓度最低。构造特点：内部条件4.1.2 放大状态下BJT的工作原理管芯结构剖面图+外部条件发射结正偏，集电结反偏放大状态下BJT中载流子的传输过程三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)都参与导电，故称为双极型三极管BJT 。发射区：发射载流子集电区：搜集载流子基区： 传送和控制载流子 外部条件发射结正偏，集电结反偏IE=IB+ IC电流分配关系基极电流传输系数：集电极电流放大系数： 和 与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关。一般 = 0.90.99 ， 1。 是所加信号频率的函数，信号频率高到一定程度时， 不但数值下降，且产生相移，使 数值下降到1的信号频率称为特征频率fT。3. 三极管的三

3、种组态(c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。(b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；BJT的三种组态共基极放大电路4. 放大作用若vI = 20mV电压放大倍数使iE = -1 mA，则iC = iE = -0.98 mA，vO = -iC RL = 0.98 V，当 = 0.98 时，共基极放大电路只实现电压放大，电流不放大控制作用两个条件1内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。2外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。考虑1：可否用两个二极管相连构成一个三极管？考虑2：可否将e和c交换使用考

4、虑3：外部条件对PNP管和NPN管各如何实现？ 综上所述，三极管的放大作用，是依靠它的发射极电流可以通过基区传输，然后到达集电极而实现的。IE=IB+ ICIC=IBIC=IE一组公式小结ecbNPNcbeNPP输入电压的变化,是通过其改变输入电流,再通过输入电流的传输去控制输出电压的变化,所以BJT是一种电流控制器件。特性曲线是指各电极之间的电压与电流之间的关系曲线输入特性曲线输出特性曲线4.1.3 BJT的V-I 特性曲线4.1.3 BJT的V-I 特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const(2) 当vCE1V时， vCB= vCE - vBE0，集电结已进入反偏状态，开场收 集电子

5、，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线以共射极放大电路为例共射极连接工作在放大状态的条件： vCE1V饱和区：特征IC明显受VCE控制该区域内，一般VCE1V(硅管)。即处于发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。截止区：特征IC接近零该区域相当IB=0的曲线下方。此时，发射结反偏或正偏电压很小，集电结反偏。放大区：特征IC平行于VCE轴该区域内，曲线根本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。2. 输出特性曲线4.1.3 BJT的V-I 特性曲线iC=f(vCE) iB=const共射极连接放大：发射

6、结正偏，集电结反偏饱和：发射结正偏，集电结正偏截止：发射结反偏，集电结反偏倒置：发射结反偏，集电结正偏临界饱和虚线练习：测量某硅BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域。(1) VC6V VB0.7V VE0VVBE0.7V VCB5.3V 放大区域 (2) VC6V VB2V VEVBE0.7V VCB4V 放大区域 (3) VC6V VB6V VEVBE0.6V VCB0V 饱和区域 (3) VC6V VB6V VEVBE0.4V VCB2V 截止区域 (4) VC6V VB4V VE(5) VC3.6V VB4V VEVBE0.6V VCB-0.4V 饱和区域 (1) 共射

7、极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const.1. 电流放大系数 4.1.4 BJT的主要参数(2) 共射极交流电流放大系数 =iC/iBvCE=const. (3) 共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基极交流电流放大系数 =iC/iEvCB=const.当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不分。与间的关系： 2. 极间反向电流(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。 ICBO越小越好小功率硅管VE PNP管： VCVBVE，且VBEVth截止状态：VBEVth，且VCE VBEPN

8、P管：放大状态：VC VBVE，且VBEVth饱和状态： VBEVBVE放大VBE1V截止饱和VBEVCE=0.3VVBE4.2 根本共射极放大电路4.2.1 根本共射极放大电路的组成4.2.2 根本共射极放大电路的工作原理根本放大电路：共射极放大电路静态工作点QIB，IC，VCE电压放大倍数输入电阻Ri共集电极放大电路共基极放大电路分析方法：图解法微变等效电路法待求量：输出电阻Ro4.2.1 根本共射极放大电路的组成VBB,Rb:使发射极正偏置，并提供适宜的基极偏置电流VCC :通过Rc使T集电极反偏置三极管 T 起放大作用。RC:将集电极电流信号转换为电压信号。分析方法：叠加前提：BJT工

9、作在线性区 4.2.2 根本共射极放大电路的工作原理1. 静态(直流工作状态)输入信号vs0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。 直流通路 所有电容开路所有电量大写画直流通路原那么： 短路， 开路电流关系：直流通路 VCEQ=VCCICQRc 硅:VBEQ锗:VBEQIB、IC和VCE 是静态工作状态的三个量，用Q表示，称为静态工作点Q IBQ，ICQ，VCEQ 。2. 动态 输入正弦信号vs后，电路将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的根底上随输入信号作相应的变化。 三极管放大作用 s控制vcR且sv所有电容短路所有电量小写画交流通路原那么： ， 短路交流通路

10、 分析动态参数时，使用交流通路4.3 放大电路的分析方法4.3.1 图解分析法4.3.2 小信号模型分析法1. 静态工作点的图解分析2. 动态工作情况的图解分析3. 静态工作点对波形失真的影响4. 图解分析法的适用范围1. BJT的H参数及小信号模型2. 用H参数小信号模型分析根本共射极放大电路3. 小信号模型分析法的适用范围4.3.1 图解分析法1. 静态工作点的图解分析 vS=0，求Q IBQ、ICQ和VCEQ 线性线性非线性(1). 输入回路线性局部： 非线性局部：(2). 输出回路 非线性局部： 得出Q IBQ，ICQ，VCEQ 线性局部：称为直流负载线IBMN下移3电路参数对Q点的影

11、响：截距变Q点下移变Rb其他参数不变：变RC变VCCIBQ点上移RbRbQ点左移斜率Q点右移RCRC斜率Q点左移MN上移Q点右移VCCVCC2. 动态工作情况的图解分析可得如下结论： 1. vi vBE iB 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。3. 静态工作点对波形失真的影响Q点过低截止失真Q点过高饱和失真例4.3.1 一个实际的单管放大电路C1 、C2：耦合电容RL：负载电阻Rb=300KRC=4KVCC=12V (a)直流通路 (b)交流通路(1)静态工作情况 得出Q IBQ，ICQ，VCEQ =Q40A，1.5mA，6V称为交流

12、负载线(2)动态工作情况Q点做一条斜率为-1/RL 的直线。作法： 可得如下结论：直流负载线和交流负载线相交于Q点；不接RL时，两根线重合；RLIBQ ，此时，VBQ与温度无关VBQ VBEQRe取值越大，反响控制作用越强一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V 2放大电路指标分析静态工作点电压增益画小信号等效电路输出回路：输入回路：电压增益：确定模型参数，求rbe增益可作为公式用输入电阻那么输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻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其中则当时，一般（）4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路4

13、.5.1 共集电极放大电路4.5.2 共基极放大电路4.5.3 放大电路三种组态的比较4.5.1 共集电极放大电路共集电极电路构造如图示该电路也称为射极输出器由得直流通路 小信号等效电路交流通路 电压增益输出回路：输入回路：电压增益：其中一般，那么电压增益接近于1，电压跟随器即。输入电阻输入电阻大输出电阻由电路列出方程其中那么输出电阻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，带负载能力强总结电流折算法记公式：电流关系：把所有电流都折算为ib4.5.2 共基极放大电路 直流通路与射极偏置电路一样电压增益输出回路：输入回路：电压增益：交流

14、通路 小信号等效电路 输入电阻 输出电阻小信号等效电路 4.5.3 放大电路三种组态的比较以输入、输出信号的位置为判断根据： 信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电路 信号由发射极输入，集电极输出共基极电路 共射极放大电路： 电压和电流增益都大于1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路： 只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。共基极放大电路： 只有电压放大作用，没有电流放大，有电

15、流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位挪动的功能。 4.6 组合放大电路4.6.1 共射-共基放大电路4.6.2 共集-共集放大电路补：多级放大器的动态计算多级放大器中，前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一级的输入电阻是前一级的负载电阻RL。推广至n 级：多级放大器总的电压增益等于组成它的各级单管放大电路电压增益的乘积。4.6.1 共射-共基放大电路共射共基放大电路其中 所以 因为因此电压增益输入电阻RiRb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 输出电阻Ro Rc2 电压增益与单级共射电路接近，优点是频带宽

16、。T1、T2构成复合管达林顿管)4.6.2 共集-共集放大电路1. 复合管的主要特性两只NPN型BJT组成的复合管 两只PNP型BJT组成的复合管 rberbe1(11)rbe2 PNP与NPN型BJT组成的复合管 NPN与PNP型BJT组成的复合管 rberbe1两只管子相复合，类型取决于第一只管子。2. 共集-共集放大电路的Av、 Ri 、Ro 式中 12 rberbe1(11)rbe2 RLRe|RL RiRb| rbe1(11)rbe2+1+2RL 或：RiRb| rbe(1)RL 三种组态根本放大电路的静态工作点估算三极管的小信号模型各种电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算1，关

17、于放大器的概念，放大器静态和动态参数物理意义正确性的判断例如给一个电路，并给出其相关参数计算结果，判断正确性；2，电子电路是否能放大动态信号的判断；3，如何用三极管构成放大电路；4，判断电路属于什么组态；5，正确画出直流和交流通道，画H参数小信号模型；6，根本组态放大电路静态工作点、放大倍数、输入电阻、输出电阻计算7，失真分析及消除方法；8，最大不失真电压求解9，各种根本放大电路的性能特点及应用例1 判断图示各电路是否能放大交流信号 判断根据1可以满足BJT的外部工作条件：发射结正偏置，集电结反偏置；2能设置适宜的静态工作点 ；3交流通道信号可以顺利通过。例2 电路如图示，三极管的=100，rbe=1.5K，静态时VBE=0.7V，所有电容对交流可视为短路1静态工作点Q，Av、Ri、Ro、Avs2假设管子的饱和压降为VCES=0.7V，当增大输入电压时，空载和3K 负载时电路各首先出现饱和失真还是截止失真？3假