第四章三极管.

第四章三极管及放大电路基础半导体三极管基本放大电路主要内容：1、半导体三极管的结构及工作原理，放大电路的三种基本组态；2、静态工作点Q的不同选择对非线性失真的影响；3、用H参数模型计算共射极放大电路的主要性能指标；4、共集电极放大电路和共基极放大电路的工作原理；5、组合放大电路；6、三极管放大电路的频率响应。1、了解半导体三极管的工作原理、特性曲线及主要参数；2、了解半导体三极管放大电路的分类；3、掌握用图解法和小信号分析法分析放大电路的静态及动态工作情况；4、理解放大电路的工作点稳定问题；5、了解放大电路的频率响应及各元件参数对其性能的影响。基本要求：半导体三极管（BJT-----T）频率：高频管、低频管功率：材料：小、中、大功率管硅管、锗管类型：NPN型、PNP型半导体三极管是具有电流放大功能的元件2.4х2.9mm晶体三极管的结构及特点发射结集电结基极发射极集电极晶体三极管是由两个PN结组成的发射区基区集电区？不同名三极管电流分配半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。工作在放大状态需要具备如下外部条件：1、发射结加正向电压（正偏）；2、集电结加反向电压（反偏）。同时，还需要具备内部条件：三个区具有不同的特点：1、发射区高浓度杂质；2、基区很薄三极管（T）的工作原理发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电子流为IEN（e区高浓度掺杂）从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量相对较少，形成的电流为IEP。（这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。）进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电子流ICN。（只有）靠近基极的电子被拉走，形成的电子流是IBN。另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流ICBO。集电结是否会变厚？结论：不会！电子进入集电结后不会停留，迅速又被拉走，不影响原来结的厚度三极管放大电路组态的判别方法：1、接地的电极决定组态2、找出与输入信号、输出信号连接的电极，空出的电极决定组态e接地------b接地------c接地------共射极共基极共集电极b接输入，c接输出------共射极e接输入，c接输出------共基极b接输入，e接输出------共集电极共基极共射极共集电极三极管的电流关系共集电极接法：集电极作为公共端；共基极接法：基极作为公共端。共发射极接法：发射极作为公共端；各极电流之间的关系式共基极电流传输系数。:CBOECIII因ICBO较小，所以又因则，IC≈IEECII1因ICEO较小，所以BCIICEOBCIII：共发射极电流放大系数。BEII)1(IE=IC+IB1IE=IC+IB三极管的放大作用EBIEEvvV11200.98LeiRKimAvmV，，，发射结外加电压EEeiIiECiiCCciIiocLviRovivAv0.98*0.98V49coLcimAvRiAv，，尽管电流没有放大，但电压得到放大了首先判断外部条件共射极方式是否满足外部工作条件？半导体三极管的特性曲线（以共射极组态为例）iB是输入电流，vBE是加在B、E两极间的输入电压。输入特性曲线—iB=f(vBE)vCE=常数共发射极接法的输入特性曲线：其中vCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线；当vCE≥1V时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，对应相同的vBE，iB会有所减少，特性曲线将向右稍微移动一些；但vCE再增加时，曲线右移很不明显（理由？iB-----iC）。锗管0.1~0.3V硅管0.6~0.8VvBE强调变化的部分导通电压输出特性曲线—iC=f(vCE)iB=常数iC是输出电流，vCE是输出电压（针对前面的电路图）。⑴放大区：发射结正偏、集电结反偏⑵截止区：IB=0以下的区域。⑶饱和区：发射结和集电结均为正偏IC随着VCE的变化而迅速变化。工程上以VCE=0.3伏作为放大区和饱和区的分界线。发射结和集电结均为反偏称为“饱和”的原因是：尽管发射结正偏，大量电子来到基区，但由于集电结收集电子能力不足，大量电子无法越过，即使再增加IB也对IC没有作用，相当于“饱和”，而随着反偏电压的增加，电流线性增加测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。放大截止饱和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大VcVbVe放大VcVbVe发射结和集电结均为反偏。发射结和集电结均为正偏。例1：发射结正偏集电结反偏。测得VB=4.5V、VE=3.8V、VC=8V，试判断三极管的工作状态。放大例2：半导体三极管的参数直流参数、交流参数、极限参数①直流电流放大系数1.共发射极直流电流放大系数=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=常数一.直流参数2.共基极直流电流放大系数=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE显然与之间有如下关系:=IC/IE=IB/1+IB=/1+②极间反向电流1.集电极基极间反向饱和电流ICBOICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。2.集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO和ICBO有如下关系ICEO=（1+）ICBO相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的Y坐标的数值。二.交流参数①交流电流放大系数1.共发射极交流电流放大系数=iC/iBvCE=const在放大区值基本不变，通过垂直于X轴的直线由iC/iB求得。在输出特性曲线上求β2.共基极交流电流放大系数αα=iC/iEVCB=const当ICBO和ICEO很小时，,,可以不加区分。②特征频率fT三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。①集电极最大允许电流ICM三极管集电极最大允许电流ICM。当IC＞ICM时，管子性能将显著下降，甚至会损坏三极管。②集电极最大允许功率损耗PCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICVCB≈ICVCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用VCE取代VCB。三.极限参数③反向击穿电压1.V(BR)CBO——发射极开路时的集电结击穿电压。下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。2.V(BR)EBO——集电极开路时发射结的击穿电压。3.V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。对于V(BR)CER表示BE间接有电阻，V(BR)CES表示BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO由PCM、ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下:3DG110B第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管材料器件的种类同种器件型号的序号同一型号中的不同规格三极管双极型三极管的参数参数型号PCMmWICMmAVRCBOVVRCEOVVREBOVICBOμAfTMHz3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5A5A3002504≤2mA3DK100B100302515≤0.13003DKG23250W30A4003258注：*为f目前比较常见、常用的三极管型号：9012（PNP）9013（NPN）8050（NPN）基本放大电路基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。共发射极、共基极、共集电极放大电路的主要技术指标(1)放大倍数(2)输入电阻Ri(3)输出电阻Ro(4)通频带(1)放大倍数/OiVAVV/OiiAII输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。电压放大倍数电流放大倍数功率放大倍数//oioioiPAPPVIVI(2)输入电阻Ri输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri大放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。iiiIVR(3)输出电阻Ro输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。,0|LSRVVoRoIo使VS=0的原因是：输出端可以等效为一个输出电压（受控电压源）与输出电阻的串联，我们要求输出电阻，但输出电压（即此受控电压源）此时会影响测试电流的大小，只有使VS=0，输出电压才会为0，从而不影响测试电流(4)通频带BW00HL7.02)()(AAfAfA相应的频率fL称为下限频率，fH称为上限频率。放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当A(f)下降到中频电压放大倍数A0的1/时，即2基本放大电路的工作原理(1)共发射极基本放大电路的组成三极管T起放大作用。偏置电路VCC、Rb提供电源，并使三极管工作在放大区。耦合电容C1、C2输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。负载电阻RC、RL将变化的集电极电流转换为电压输出。组态的判别外部条件的判别(2)静态和动态静态:时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态（使三极管满足外部条件）。0iv放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。动态:时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态（在Q点附件小信号变化）。0iv画交流通路原则：1、电容短路；2、直流电源短路（接地）(3)直流通路和交流通路(a)直流通路直流通路仅仅通过直流的通路。交流通路仅仅通过交流的电路通路。(b)交流通路画直流通路原则：1、电容开路；2、去掉无关的器件可用叠加原理解释静态动态(4)放大原理输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结，于是有下列过程：o2cLcccbbbe1i)||(vCvRRRiiiivCvβc或三极管放大作用变化的通过转变为变化的电压输出cicR放大电路的基本分析方法①静态工作状态的计算分析法bCCbBEQCCBQRVRVVIIBQ、ICQ和VCEQ这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位VBQ、VEQ和VCQ即可确定三极管静态工作状态（外部工作条件）。根据直流通路对放大电路的静态进行计算CQBQIICEQCQEQCCCQcVVVVIR注意顺序！！②静态工作状态的图解分析法非线性电路线性电路+VCEQ–图解法的必要性：1、也可获得工作点；2、直观了解工作点设置不当引起的后果；3、掌握一种分析方法图是传统的共射极电路线性电路在输入特性曲线上，作出直线,两线的交点即是Q点，得到IBQ。bBBBBERiVv②静态工作状态的图解分析法输入特性部分不仅得到了输入特性中的Q点，也通过这部分确定了在输出特性曲线中所使用的是那一条曲线！（为什么？）1.由直流负载线vCE=VCC－iCRCV