厦大 电子线路(线形)-谢嘉奎 课程教案 02.ppt

1、第2章晶体管，概述，2.1放大模式下晶体管的工作原理，2.2晶体管的其他工作模式，2.3埃伯尔小模型，2.4晶体管的伏安特性曲线，2.5晶体管小信号电路模型，2.6晶体管电路分析方法，2.7晶体管应用原理，概述，晶体管结构和电路符号，发射极E，基极B，集电极C，发射极E，基极B，集电极C，发射极结，集电极结，第2章晶体管，三极管三种工作模式，发射极结正向偏置，集电极结反向偏置。放大模式：发射极结正向偏置，集电极结正向偏置。饱和模式：发射极结反向偏置，集电极结反向偏置。截止模式：注意：三极管具有正向控制功能，除了内部结构特性外，还必须满足放大模式的外部工作条件。三极管的内部结构特征：1)高掺杂发

2、射极区(相对于基极区)。2)基底区域非常薄。3)集电极结面积大。第2章晶体管，第2.1章晶体管在放大模式下的工作原理，第2.1.1章内部载流子传输过程，IEN，IEP，IBB，ICN，ICBO，工业工程，集成电路，第2章晶体管，发射极结正向偏置：确保发射极区域向基极区域发射多个载流子。发射极掺杂浓度：基极掺杂浓度：减少从基极发射到发射极的光子数量，提高发射效率。基区的作用：将发射到基区的多光子从发射极结转移到集电极结边界。基区非常薄：它可以减少在多子传输过程中基区中的复合机会，并确保大多数载流子扩散到集电极结的边界。集电极结是反向偏置的，并且具有大的集电极结面积，这确保扩散到集电极结边界的所有

3、载流子漂移到集电极区域，以形成受控的集电极电流。第二章对晶体管的特性进行了正控制，即晶体管输出的集电极电流IC主要受正向发射极结电压VBE控制，而与反向集电极结电压VCE无关。注：NPN型管和PNP型管的工作原理相似，但由于它们所形成的电流的载流子性质不同，所以每极的电流方向相反，施加到每极的电压极性也相反。第二章晶体管，观察输入信号作用于哪个电极，输出信号从哪个电极取出，另一个电极是组态形式。2.1.2电流传输方程，三极管的三种连接方式，三种配置，(共发射极)、(共基极)和(共集电极)，放大电路的配置为交流信号。第2章晶体管，共基极DC电流转移方程，DC电流转移系数，共发射极DC电流转移方程

4、，DC电流转移方程，其中：第2章晶体管，如果ICBO被忽略，那么：第2章晶体管，ICEO的物理意义：ICEO指的是基极开路时从集电极到发射极的电流。因为IB=0，IEp(IEn-ICn)=IEn-ICn=ICBO。因此，第二章，晶体管，晶体管的正向控制作用，服从指数函数关系：2.1.3放大模式下的晶体管模型，数学模型(指数模型)，IS，是指从发射极结反向饱和电流IEBS转换到集电极的电流值，不同于公式中第二章，晶体管，放大模式的DC简化电路模型，VBE(on)是发射极结导通电压，在工程中一般取为：第二章，晶体管， 晶体管参数的温度特性，/每增加1 C温度，增加0.5% 1%，即VBE(开)每增

5、加1C温度，减少(22.5)mV，即ICBO加倍，即第2章晶体管，2.2晶体管的其他工作模式，2.2.1饱和模式(e结正向偏置，C结正向偏置)，-，-，结论：晶体管失去其正向控制功能。 第二章：晶体管，饱和模式DC的简化电路模型。如果忽略饱和压降，晶体管的输出端近似短路。即当三极管工作在饱和模式时，开关闭合。第2章晶体管，2.2.2截止模式(e结反向偏置，c结反向偏置)，如果反向饱和电流被忽略，晶体管IB 0，IC 0。也就是说，当三极管工作在截止模式时，就相当于关断。截止模式、DC简化电路模型、第2章晶体管、2.3埃伯尔小型模型、埃伯尔小型模型是通用晶体管模型，适用于任何工作模式。其中，第二

6、章晶体管，2.4晶体管伏安特性曲线，伏安特性曲线是晶体管的通用曲线模型，适用于任何工作模式。第2章晶体管，输入特性曲线，VCE必须：类似于二极管伏安特性。VCE增加：并且正特征曲线稍微向右移动。因为VCE=VCB VBE，WB，注：VCE为0.3v后，曲线运动可以忽略。因此，当VBE为常数时，化合物将使IB曲线向右移动。第2章晶体管，输出特性曲线，饱和区(VBE 0.7 V，VCE 0.3 V)，特性：条件：发射极结正向偏置，集电极结正向偏置。集成电路不受IB控制，但受VCE影响。VCE略有增加，集成电路显著增加。输出特性曲线可分为四个区域：饱和区、放大区、截止区和击穿区。第2章晶体管，放大器

7、区域(VBE 0.7 V，VCE 0.3 V)，特性，条件，描述，第2章晶体管，当考虑晶体管基极宽度的调制效应时，电流集成电路的校正方程，基极宽度WB越小，调制效应对集成电路的影响越大，伏安越小。考虑到上述因素，当IB相等地增加时，输出曲线将不再以相等的间隔平行向上移动。第2章晶体管，截止区(VBE 0.5 V，VCE 0.3 V)，特征：条件：发射极结反向偏置，集电极结反向偏置。IC 0，IB 0。严格地说，截止区域应该是IE=0以下的区域，即IB=-ICBO。因为当IB为0时仍然满足-ICBO，第2章晶体管，击穿面积，特性：当VCE增加到一定值时，集电极结反向击穿，集成电路急剧增加。集电极

8、结的反向击穿电压随着IB的增加而降低。注意：当IB=0时，击穿电压为伏(溴)首席执行官；当ie=0时，击穿电压为CBO，CBO。第2章晶体管，晶体管的安全工作区域，最大允许集电极电流ICM，(如果是由IC ICM引起的)，反向击穿电压v (br)(如果VCE V(BR)CEO管击穿)，VCE V(BR)CEO，最大允许集电极耗散功率PCM，(PC=IC VCE，如果PC PCM烧坏了管)，PC PCM，IC ICM，第2章晶体管，当放大器电路受到小信号作用时，在接近静态工作点的小范围内，特性曲线的非线性可以忽略，该点近似由直线代替。2.5晶体管小信号电路模型，晶体管作为一个四端网络，选择不同的

9、自变量，可以形成多种电路模型。最常用的是混合小信号电路模型。第2章晶体管，混合电路模型介绍，第2章晶体管，混合小信号电路模型。如果忽略rbc的影响，混合电路模型可以在完成后得到。当电路工作在低频时，结电容的影响可以忽略不计，所以低频混合电路模型简化为：第二章晶体管，小信号电路参数，rbb基区体电阻，它很小，大约几十欧姆，并且经常被忽略。rbe三极管输入电阻，约千欧姆数量级。跨导gm表示具有正向控制功能的三极管的增量电导。rce三极管输出电阻，具有较大值。经常被忽视。第2章晶体管，简化的低频混合电路模型，因为，因此，等效电路中的gmvbe也可以用ib表示。注：小信号电路模型只能用于分析叠加在Q点

10、上的交流量之间的关系，而不能用于分析DC参数。第二章晶体管，由于交流信号叠加在静态工作点上，交流信号的幅值很小，在分析放大模式下工作的电路时，首先要进行DC分析，然后再进行交流分析。2.6晶体管电路分析方法，第2章晶体管，即当交流输入信号为零时，对放大电路中的DC电压和DC电流进行分析。2.6.1 DC分析法，图解法，即利用三极管的输入输出特性曲线和由管外电路确定的负载线，用作图法求解。要求：了解三极管的特性曲线和外部电路元件的参数。优点：便于直接观察Q点的位置是否合适在第二章晶体管中，(1) IBQ由电路输入特性决定，并写出管外输入电路的DC负载线方程。图形化分析步骤：在输入特性曲线上制作D

11、C负载线。找出相应的交点，得到IBQ和VBEQ。(2) ICQ和VCEQ由电路的输出特性决定，写出管道外输出回路的DC负载线方程(VCEQ集成电路)。作为输出特性曲线上的DC负载线。找出特征曲线中荷载线与IB=IBQ曲线的交点，即Q点，得到ICQ和VCEQ。在第二章，晶体管，在例子1中，电路参数和晶体管的输入和输出特性曲线是已知的，并且尝试了IBQ、ICQ和VCEQ。q，输入电路DC负载线方程vbe=vbb-ibrb、vbeq、ibq，输出电路DC负载线方程VCE=VCC-ICRC，IB=ibq、q、ICQ、vceq，第2章晶体管，工程近似-估算方法，即使用DC路径，DC路径是指当输入信号为零

12、且耦合和旁路电容开路时的相应电路。分析步骤：确定三极管的工作模式。用相应的简化电路模型替换三极管。分析电路的DC工作点。只要vbe是0.5 v (e结反向偏置)，截止模式，假设放大模式，估计VCE:如果ve是0.3 v，放大模式，如果ve是0.3 v，饱和模式，第2章晶体管，例2知道VBE(开)=0.7 V，VCE(坐)=0.3 V，=30，解决方案：让我们假设T工作在放大模式，因为VCEQ 0.3 V，三极管工作在放大模式。VC=VCEQ=4.41伏，第2章晶体管，示例3如果前一示例电路中的电阻RB变为10 k，请再次尝试判断晶体管的工作状态并计算VC。解决方案：假设三极管在放大模式下工作，

13、因为VCEQ为0.3 V，假设为假，所以三极管在饱和模式下工作。第2章晶体管，示例4众所周知，VBE(开)=0.7 V，VCE(坐)=0.3 V，=30。尝试判断晶体管的工作状态并计算VC。解决方案：因此，三极管工作在截止模式，VBE(开)，第2章晶体三极管，2.6.2交流分析方法，小信号等效电路方法(微变量等效电路方法)，分析加交流输入信号到电路后叠加在Q点上的电压和电流变化的关系。在交流通道的基础上，用小信号电路模型代替三极管，得到线性等效电路，即小信号等效电路。用这种等效电路分析Av、Ri和Ro的方法是小信号等效电路法。交流路径：即交流信号流通的路径。当DC电源短路、耦合并且旁路电容器短

14、路时，它是相应的电路。第二章晶体晶体管，小信号等效电路法的分析步骤：画出交流路径(DC电源短路，耦合和旁路电容短路)。用小信号电路模型代替三极管，得到小信号等效电路。用小信号等效电路分析交流指标。计算微观变量参数gm和rbe。注：小信号等效电路只能用于分析交流变化规律和动态性能指标，不能分析静态工作点。在第2章，晶体管，例5中，已知ICQ=1毫安，=100，vi=辛(毫伏)，C=k，画出电路的交流路径和交流等效电路，并计算vo。第二章晶体管，图解法，静态工作点的确定(方法同前)。画出交流负载线。绘制波形并分析性能。通过Q点的斜率为-1/RL的直线是交流负载线。其中R1=RC/R1。图解法直观、

15、实用，容易看出Q点设置是否正确，波形是否失真，但不适用于分析含有电抗元件的复杂电路。同时，当输入信号太小时，映射精度降低。第2章晶体管，例6输入正弦信号时，画出每极的电压和电流波形。，IBQ，ICQ，vCEQ，第2章晶体管，Q点位置和波形失真：因为PNP晶体管的电压极性与NPN晶体管相反，所以水平VCE可以改为-vCE。消除截止失真和提高q点：减少RB和增加iBQ，第2章晶体管，2.7晶体管应用原理和2.7.1电流源，利用这个电流源不是普通的电流源，因为它不提供能量。电流源电路的输出电流由外部电路中的DC电源提供。I仅由IB控制，与电流源两端外部电路提供的电压几乎没有关系。从这个意义上说，它被认为是一个电流源。第二章晶体管，放大器的功能是放大输入信号而不失真。2.7.2放大器，放大原理，用ib控制ic实现放大。第二章晶体管，功率VCC供电，晶体管集电极上电，负载电阻RC上电，第二章晶体管，注意，放大器放大信号的本质是利用晶体管的正向受控作用，将VCC电源提供的DC电源部分转换为输出电源。电源VCC不仅要为三极管提供偏压，保证三极管在放大区工作，还要成为整个电路的能源。由电源提供的功率PD在负载上被转换成有用的输出功率P1，其余的在晶体管(PC)上被消耗。三极管只是一个传感器。第2章晶体管，顺时针和逆时针方向的晶体管数量