模拟电路基础：第五六章 双极型晶体管和双极型晶体管放大器

第五章

双极型晶体管晶体三极管（BipolarJunctionTransistors,BJT）一、电路符号、结构剖面图、结构原理图

NPNE(emitter)发射极C(collector)B(base)基极PNPBCE集电区集电结基区发射结发射区NN+集电极C基极B发射极EPECB符号NPN型三极管结构特点

：

1.发射区重掺杂2.基区做的很薄3.集电区收集面积大集电区集电结基区发射结发射区

CBEN集电极C发射极E基极BNPP+NPNP型三极管EBCN区(重)N区（轻）P区（中）二、晶体三极管的工作原理IEICIBIEP工作在放大区的晶体三极管：VBBVCCIENICBOIBNICN+uo-RLui发射结正偏，集电结反偏电流关系晶体三极管的工作原理ECBIEICIB一般情况EBCVBBVCCRCI’CI‘E当输入回路电压UBE变化U

'BE=UBE+△UBE那么I

'B=IB+△IBI

'C=IC+△ICI

'E=IE+△IE定义为共基极交流电流放大系数

为共射极交流电流放大系数

uiI’BTVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE放大原理uBE

=

ube+UBEiB

=

ib

+IBiC

=

ic

+ICuCE

=

uce+

UCEuce

=

–icRC其中UCE=

VCC

–ICRCiC(mA)1234uCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A

IB=0,IC=ICEO,

称为截止区。1.截止区集电结反偏

发射结反偏二、共射输出特性曲线三极管输出特性上的三个工作区

iC

/mAuCE

/V0IB=

0µA20µA40µA截止区饱和区60µA80µAuBE=uCE2.饱和区集电结正偏

发射结正偏iC(mA)1234uCE(V)36912iB=020A40A60A80A100A此区域满足iC≈iB称为线性区（放大区）。3.放大区iC主要与iB有关，iC≈iB。发射结正偏

集电结反偏60µA0

20µA1.52.3在输出特性上求

,

=IC

IB

=2.3–1.5(mA)60–40(µA)=40设uCE=6V,IB由40µA增加为60µA

。iC

/mAuCE

/ViB

=40µA6

=IC

IB

=1.5mA40µA=37.5考虑基区宽度调制效应后的集电极电流方程：式中：VA

表示厄尔利电压，典型值为：100V式中：VA

表示厄尔利电压，典型值为：100V1.集电极最大允许电流

ICM2.集电极最大允许功耗

PCM集电结允许的最大耗散功率3.反向击穿电压

V(BR)V(BR)EBO:集电极开路，发射结反偏时较低电压可击穿；

V(BR)CEO:基极开路，集电极－发射极反向击穿电压。一般为几十伏。三、

三极管的参数与温度特性

集电极电流IC

流过三极管，

所发出的焦耳

热为：PC=ICVCE

必定导致结温

上升，所以PC

有限制。PCPCMICVCEICVCE=PCMICMV(BR)CEO安全工作区1.温度对ICBO影响

对于硅管和锗管，可近似认为：每温升10oC，ICBO增大一倍

三极管的温度特性2、温度对发射结正向偏压

的影响

正偏发射结，若保持正向电流

不变，则正偏电压应减小2-2.5mv3、温度对

的影响

即每温升1oC，晶体管的

值增加自身的三极管的温度特性例U1=3.5V，U2=2.8VU3=9VU1=2.5V,U2=8.3V,U3=9V工作在放大区的几个晶体管三个电极的电位为U1,U2,U3，分别为下列各组数值，判断它们是PNP还是NPN型？是硅管还是锗管？并确定E、B、C各极。直流通路：开路RB+VCCRC开路RB+VCCRCC1C2TRL++先静态分析后动态分析四、BJT放大电路分析ICRBRC1.根据直流通路估算Q点UCEQ、ICQ、IBQ+VCC简化为+VCCRCC1C2TRB1RB2RE开路开路开路分压式偏置电路的直流通路+VCCRCTRB1RERB2+-+VCCRCTRB1RERB2I2I1IB若则Q点计算短路短路置零RB+VCCRCC1C2T2.根据交流通路进行动态分析RL+-uiRBRCRLuo+-+-用小信号微变等效电路代替晶体管图解法分析0uBE/VQ604020006040200.680.70.72IBUBEttiB

/µAiBibui

=

ubeuBE/ViB

/µAQ1Q2iC

/mAiC

/

mA0IB=40µA2060803Q1.5612N0Mt002.250.752.251.50.75icICUCEUcemuce

(uo)39uCE/VuCE/Vt369负载开路iC

/mAiC

/

mA02060803Q1.5612N0Mt002.250.752.251.50.75icuce

(uo)39uCE/VuCE/Vt369无loadACLoadline有load

uce=

–

ic

RL用画AC负载线有负载RLIB=40µAiB

/uA（1）静点太高非线性失真饱和失真iC

/mAiC

/mA020A40A80A123t00uce

(uo)

IB=60AuCE/VuCE

/VQQ2Q1uo61239N0MIB=60µAiciB

/uAuBE/V0Q5ibui0tt0iB/µAiB/µAuBE/V（2）静点过低t1t2t1t2Q2Q10IB=5µA206080316t0020.750.75uce(uo)394000.250.25t截止失真Q1Q2Q

iC

/mAiC

/mAuCE/VuCE/VIBQ=

5µAicuo（3）输入信号幅度过大tiC

/mAiC

/mA020A40A80A123t00uce

(uo)

IB=60AuCE/VuCE

/VQQ2Q161239N0Muoic输出无失真时的最大峰峰值IcvbeIbIbCBECr

πEBIcVbe

gmVbevceic小信号等效电路Hybrid-gm=ICQ/VT

跨导Cr

πEBvbeIcIbvbeIbibCBEIcr

πEB

gmvebvebCIcr

πEB

gmvebvebCIbIcVCCRB1RCC1

iB

vCE

vBE

ui

iC

RB2uo

CE

RETvivoRCiiibicvcevbeRSvsRBaccircuitVo•RCVi•RB2RB1rπ

Ib•Ib•RE

Av=

vo/vi=-(RC//RL)/(rπ+(1+)RE)vsTvivoRCiiibicvcevbeRSRBRERLVoltageGainCurrentGain

Ai=io/ii=ic/ib=Inputresistance

Ri=

RB||（rπ+(1+)RE）Outputresistance

RoRL

Common-Base(CB)AmplifierRB1RCRB2REC1C2iB

vCE

uBE

RSvS

VCCRLvo

RCREvS

RLvo

vi

Av=vo/viVoltageGainInputresistance

Ri=rπ/(1+)//REOutputresistance

RoT++vivoC1RBC2RERLVCC

Common-Collector(CC)AmplifierRE

VCEVBERBIBVCCIEDCcircuitIB=VCC–VBERB+(1+)REVCE=VCC–IEREIE

=(1+

)

IBFortheacsignal,collectorisgrounded.Thecollectoristhecommonterminalforbothinputandoutputcircuits.

ACanalysis

TheaccircuitoftheCCamplifierTvivoRERBRLBECThesmall-signalequivalentcircuitoftheemitterfollowerrbe

EBCRERLRBRS

Ib•Vo•Ie•Vs•Vi•

Ib•Av=(1+)(RE//RL)•rbe

+(1+)(RE//RL)≈1VoltageGainInputresistance

Ri=RB//

[rbe+(1+)(RC//RL)]Outputresistance

Ro=RE//

(rbe+RS//RB)/

(1+)

CommonEmitterCommonBaseCommonCollectorVoltageGainlargelargeLessthan1CurrentgainlargeLessthan1largeInputresistanceModerateSmalllargeOutputresistanceModerateLargeSmallSummaryandcomparisonTheaboveanalysis

ofCCshowsthat:

(1)

voltage

gain

is

close

to

1,

but

lessthan1.(2)

output

voltage

and

inputvoltage

inphasewith

the

inputvoltage.(3)Hasthelargestinputresistanceandsmallestoutputresistance.(4)Itisalsocalledemitterfollower,canbeusedasinputstage,outputstageandbuffer.6.9多级放大电路输入级中间级输出级信号源负载小信号放大器大信号放大器6.9.1CascadeConfigurationThebasicproblemsindesignof

multi-stage

amplifier1.The

choice

of

thecouplingmethod2.The

choice

of

circuit

3.