ch4三极管及放大电路基础

1、4 双极结型三极管及放大电路基础,4.1 BJT,4.3 放大电路的分析方法,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,4.2 基本共射极放大电路,4.6 组合放大电路,4.7 放大电路的频率响应,4.0 放大电路的基本知识(绪论1.4、1.5),放大的要求：,2、放大后的信号波形与放大前的波形的形状相同 或基本相同， 即信号不能失真 .,1、放大微弱的变化电信号.,vo,vi,4.0 放大电路的基本知识,信号线性放大,信号失真,4.0.1 放大电路模型,电压放大电路 ( vi , vo ),电流放大电路 ( ii , io ),互阻放大电路 ( ii ,

2、 vo ),互导放大电路 ( vi , io ),R,s,I,o,I,i,+,V,o,+,V,s,+,V,i,R,L,A,放大电路模型的另一种表示,4.0.2 放大电路的主要性能指标,1. 输入电阻,输入电阻决定放大电路从信号源吸取信号幅值的大小，吸取信号幅值越大性能越好。,放大电路相当于是信号源的负载 (电阻 Ri).,R,s,+,I,s,R,i,I,i,放,大,电,路,2. 输出电阻,输出电阻表明放大电路带负载的能力.,对负载而言,根据戴维南定理(诺顿定理）可将放大电路等效为内阻为RO的电压源（电流源）.,RO -放大电路的输出电阻,放大电路,I,o,+,V,o,R,L,+,V,O,RO,

3、放大电路,I,o,+,V,o,R,L,+,I,O,RO,3. 增益（放大倍数）,反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力,四种增益：,（电压增益）,（电流增益）,（互阻增益）,（互导增益）,4.通频带,fL 称为下限频率，fH 称为上限频率。,放大电路的增益 A 随输入信号频率变化。,半功率点,中频区,小写字母、大写下标表示瞬态总量（含交、直流）。 如，vCE、iB等。, 大写字母、大写下标表示直流量。如，VCE、IB等。,小写字母、小写下标表示纯交流量。如，vce、ib等。,书中有关电量符号的约定, 上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。 如 、 等。,三极管基

4、本放大电路,共射放大电路,共集放大电路,共基放大电路,4.1.1 BJT的结构简介,4.1 BJT,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,4.1.4 BJT的主要参数,4.4.1 BJT的结构简介,三极管BJT是一种具有三个半导体区,两个PN结,三个引出电极的半导体器件.,N,N,P,NPN型三极管,NPN型三极管符号,注意：e、c不能互换,发射极的箭头代表发射结正偏时，发射极电流的实际方向.,PNP型三极管,PNP型三极管符号,注意：e、c不能互换,结构特点：,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，且掺杂浓度最低。,管

5、芯结构剖面图,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,三极管工作于放大状态的条件： 发射结Je正偏，集电结Jc反偏,C,B,E,1. 内部载流子的传输过程（以NPN为例）,自由电子,空穴,IE,发射区向基区扩 散电子形成发射 极电流 IE ;,电子在基区中与 空穴复合形成了 复合电流 IBN ;,VEE,VCC,IEN,IEP,IE = IEN + IEP,IEN,B,E,C,发射结正偏，多子扩散占主要地位,自由电子,空穴,IB,IC,VEE,VCC,ICBO,ICN,B,C,集电区收集扩散过来的电子形成ICN .,少数载流子漂移形成反向饱和电流 ICBO,集电极电流： IC = ICN +

6、ICBO,基极电流： IB = IEP + IBN ICBO = IE - IC,集电结反偏，少子漂移占主要地位,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，故称为双极型三极管或 BJT ( Bipolar Junction Transistor ) 。,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,IE = IB + IC,IC = ICN + ICBO,ICN是集电结收集扩散到基区的电子而形成的 .,共基电流放大系数 ,当 IC ICBO 时，,共射电流放大系数 ,IC IB 体现了BJT的电流的放大作用.用 表征,IE = IB + IC,由：,得：,当 IC ICEO 时，,BJ

7、T的电流分配关系,IE = IB+ IC,IB,IC,IE,反映了处于放大状态时BJT的各极电流关系,当基极电流有一增量 iB 时,则集电极电流也随之有一增量 iC ，发射极电流随之有一增量 iE .,IB,IC,IE,+iB,+iC,+iE, iC = iB, iC = iE, iE =（1+） iB, 是共射交流电流放大系数， 是共基交流电流放大系数.,一般情况下：,3. 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；,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,以共射极放大电路为例,输

8、入回路,输出回路,BJT的特性曲线是指各电极间电压与各电极电流之间的关系曲线，它是BJT内部载流子运动的外部表现。,iB= f (vBE) vCE = const,1. 输入特性曲线,输入特性是在vCE一定时,vBE 与iB之间的关系曲线,vCE=0,vCE=1,当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,vCE=10,(2) 当vCE较小（vCE0.7V） 时， vCB= vCE vBE 0， 集电结处于正偏或反偏电 压很小状态，JC较窄，基 区较宽，集电结收集电子 能力很弱，基区复合能力 强。同样的 vBE下（iE一 定） ， vCE大时，iB较小， 特性曲线右移。,集电极结电压v

9、CB = vCE - vBE,(3) 当vCE1V时， vCB= vCE vBE 0， 集 电结进入反偏状态且收 集电子能力足够强，已 能把扩散到基区的绝大 多数电子收集到集电区。 所以vCE再增加， iC 基 本不变，iB不再减小， 特性曲线基本重合。,vCB = vCE - vBE,工作压降：硅管vBE 0.7V,死区电压，硅管0.5V,非线性部分,线性部分,vCE1,2. 输出特性曲线,iC= f (vCE) iB = const,是在基极电流iB一定的情况下，BJT的输出回路中，集电极与发射极之间的电压 vCE 与集电极电流 iC之间的关系曲线。改变 iB的值，即可得到一组输出特性曲线

10、 .,输出特性曲线是一族以iB为参量的曲线,iC= f (vCE) iB = const,40A,60A,IB = 20A,IB = 0A,80A,100A,iC 随 vCE变化很大。,iC 基本不随 vCE变化。,线性放大区 : iC 平行于 vCE 轴的区域，曲线基本平行（略微上翘）等距。,截止区 : iB=0 , iC接近零的区域,饱和区: iC 明显受 vCE控制的区域 . vCES0.7V,输出特性三个区域,放大区 - 发射结( be ) 正偏，集电结( bc )反偏 1) vBE Vth ; vCE vBE 2) iC 只与 iB 有关, iC = iB , 且 iC = iB,饱

11、和区 - 发射结( be ) 正偏，集电结( bc )正偏(零偏) 1） vBE Vth ; vCE vBE ; （典型值 vCES 0.3 V ，vBE 0.7 V） 2 ) iC 达饱和，iC 与 iB不是 倍的关系，iC iB,在饱和区内，由于集电结正偏，空间电荷区变窄，集电结收集电子的能力减弱，故即使iB增加，iC也基本不变；但iC随vCE增加（空间电荷区变宽）而迅速增大。,(3) 截止区 - 发射结( be )反偏，集电结( bc )反偏 vBE vBE ; iB = 0 ， iC 0,BJT状态的判断：,截止 :,放大 :,饱和 :,vBE Vth ; vCE vBE ; iC 0

12、,vBE Vth ; vCE vBE ; iC =iB,vBE Vth ; vCE vBE ; iC iB,BJT 是电流控制器件, 共射接法时可通过 控制 iB 实现 BJT 在三个状态之间 的转换.,在模拟电路中, BJT 一般工作在放大区.,在数字电路中, BJT 一般工作在截止区和饱和区.,BJT的参数是用来表明其性能的优劣和电流、电压工作范围的。它可作为我们在设计电路时选用BJT的依据。,4.1.4 BJT的主要参数,交直流电流放大系数：,极限参数 ：ICM，V（BR）CEO，PCM,极间反向电流参数 ：,，, ，,，,ICBO ， ICEO,(1) 共发射极直流电流放大系数 = IC / IB vCE = const,IB,IC,vCE = 6V,iB,iC,(2) 共发射极交流电流放大系数 = iC / iB vCE = const,vCE = 6V,(3) 共基极直流电流放大系数 = IC / IE,(4) 共基极交流电流放大系数 = iC / iE VCB=const,(5) 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。,一般， 、 ，可以不加区分。,(6) 集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO,ICEO=（1+ ）ICBO,- 基极开路时，由集电区穿过基区流向发射区