西安交通大学-赵进全-模拟电子技术基础-第2章

上页下页返回模拟电子技术基础2.1晶体管晶体管又称半导体三极管晶体管是最重要的一种半导体器件之一，它的放大作用和开关作用，促使了电子技术的飞跃。2晶体管及放大电路基础上页下页返回模拟电子技术基础晶体管图片上页下页返回模拟电子技术基础上页下页返回模拟电子技术基础2.1.1晶体管的结构1.NPN型晶体管结构示意图和符号(2)根据使用的半导体材料分为:硅管和锗管(1)根据结构分为:NPN型和PNP型晶体管的主要类型上页下页返回模拟电子技术基础NNP发射区集电区基区发射极E(e)集电极C(c)发射结JE集电结JC基极B(b)NPN型晶体管结构示意图上页下页返回模拟电子技术基础NPN型晶体管符号B(b)E(e)TC(c)NNP发射区集电区基区发射极E(e)集电极C(c)发射结JE集电结JC基极B(b)上页下页返回模拟电子技术基础2.PNP型晶体管结构示意图和符号符号B(b)E(e)TC(c)E(e)发射区集电区基区PPNC(c)B(b)JEJC结构示意图上页下页返回模拟电子技术基础集电区EBC发射区基区(1)发射区小，掺杂浓度高。3.晶体管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）平面型晶体管的结构示意图上页下页返回模拟电子技术基础(2)集电区面积大。(3)基区掺杂浓度很低，且很薄。集电区EBC发射区基区上页下页返回模拟电子技术基础2.1.2晶体管的工作原理（以NPN型管为例）依据两个PN结的偏置情况放大状态饱和状态截止状态倒置状态晶体管的工作状态上页下页返回模拟电子技术基础1．发射结正向偏置、集电结反向偏置——放大状态原理图电路图EEVERCCVCRCIcNNPBEUCBUEIbeBI+–+–ERCREICIBEUCBUBICCVEEVT上页下页返回模拟电子技术基础(1)电流关系a.发射区向基区扩散电子形成发射极电流IE发射区向基区扩散电子称扩散到基区的发射区多子为非平衡少子EEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页返回模拟电子技术基础b.基区向发射区扩散空穴基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散电子形成空穴电流EEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页返回模拟电子技术基础因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流可忽略不记。基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散电子EEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页返回模拟电子技术基础c.基区电子的扩散和复合非平衡少子在基区复合，形成基极电流IBIB非平衡少子向集电结扩散EEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页返回模拟电子技术基础非平衡少子到达集电区d.集电区收集从发射区扩散过来的电子形成发射极电流ICICIBEEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页返回模拟电子技术基础少子漂移形成反向饱和电流ICBOe.集电区、基区少子相互漂移集电区少子空穴向基区漂移ICBO基区少子电子向集电区漂移ICIBEEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页返回模拟电子技术基础晶体管的电流分配关系动画演示上页下页返回模拟电子技术基础发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。基极是两个回路的公共端，称这种接法为共基极接法。输入回路输出回路EIERCRCIBEUCBUBICCVEEVT上页下页返回模拟电子技术基础0ECCBOIII定义称为共基极直流电流放大系数ICBOICIBEEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页返回模拟电子技术基础各电极电流之间的关系CBOECIIIIE=IC+IBCBOEB)1(IIIICBOICIBEEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页返回模拟电子技术基础晶体管共射极接法原理图电路图IBBBVBRCCVCRcNNPBEUCBUEIbeICICBOCEUTCICEUCRCCVEIBBVBRBEUBI上页下页返回模拟电子技术基础0BCCBOIII定义为共射极直流电流放大系数IBBBVBRCCVCRcNNPBEUCBUEIbeICICBOCEU当UCEUCB时，集电结正偏，发射结反偏，晶体管仍工作于放大状态。上页下页返回模拟电子技术基础各电极电流之间的关系CEOBCIIICEOBBCE)1(IIIIICBOCEO)1(IIICEO称为穿透电流IBBBVBRCCVCRcNNPBEUCBUEIbeICICBOCEU上页下页返回模拟电子技术基础11或的关系由995.0~95.0200~20一般情况上页下页返回模拟电子技术基础如果△UBE0，那么△IB0，△IC0，△IE0当输入回路电压U'BE=UBE+△UBE那么I'B=IB+△IBI'C=IC+△ICI'E=IE+△IE如果△UBE0，那么△IB0，△IC0，△IE0IBBBVBRCCVCRcNNPBEUCBUEIbeICICBOCEU上页下页返回模拟电子技术基础为共基极交流电流放大系数为共射极交流电流放大系数ECIIBCII定义与的关系11，一般可以认为上页下页返回模拟电子技术基础uBE=ube+UBE(2)放大原理设输入信号ui=UimsinωtV那么iB=ib+IBiC=ic+ICuCE=uce+UCEuce=–icRC其中UCE=VCC–ICRC放大电路TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE上页下页返回模拟电子技术基础a.在RC两端有一个较大的交流分量可供输出。uce=–icRCuCE=uce+UCE由可知ui→ib→ic→icRcb.交流信号的传递过程为TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE上页下页返回模拟电子技术基础2．发射结正向偏置、集电结正向偏置——饱和状态(2)ICIB，IB失去了对IC的控制。(1)UCE≤UBE，集电结正向偏。饱和状态的特点(3)集电极饱和电压降UCES较小，小功率硅管为0.3~0.5V。TCICEUCRCCVEIBBVBRBEUBI上页下页返回模拟电子技术基础(5)UCE对IC的影响大，当UCE增大，IC将随之增加。(4)饱和时集电极电流CCESCCCS/)(RUVITCICEUCRCCVEIBBVBRBEUBI上页下页返回模拟电子技术基础(2)IC=ICBO3．发射结反向偏置、集电结反向偏置——截止状态截止状态的特点(1)发射结反偏TCICEUCRCCVEIBBVBRBEUBI(3)IB=－ICBO上页下页返回模拟电子技术基础4．发射结反向偏置、集电结正向偏置——倒置状态(1)集电区扩散到基区的多子较少倒置状态的特点(2)发射区收集基区的非平衡少数载流子的能力小(3)管子的电流放大系数很小TCICEUCRCCVEIBBVBRBEUBI上页下页返回模拟电子技术基础2.1.3晶体管共射极接法的伏安特性曲线1．共射极输入特性一定CE)(BEBUufi共射极输入特性三极管共射极接法BiBEuCiCEuEi4.08.0μABiVBEu0uCE=0VuCE≥1V上页下页返回模拟电子技术基础(1)输入特性是非线性的，有死区。(2)当uBE不变，uCE从零增大时，iB将减小。输入特性的特点(3)当uCE≥1V，输入特性曲线几乎重合在一起，即uCE对输入特性几乎无影响。4.08.0μABiVBEu0uCE=0VuCE≥1V上页下页返回模拟电子技术基础一定B)(CECIufi2．共射极输出特性输出特性曲线饱和区截止区放大区iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/VBiBEuCiCEuEi上页下页返回模拟电子技术基础各区的特点(1)饱和区a.UCE≤UBEb.IC＜βIBc.UCE增大，IC增大饱和区iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/V上页下页返回模拟电子技术基础(3)截止区a.IB≈0b.IC≈0(2)放大区a.UCEUBEb.IC=βIBc.IC与UCE无关饱和区放大区iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/V上页下页返回模拟电子技术基础NPN管与PNP管的区别iB、uBE、iC、iE、uCE的极性二者相反。NPN管电路BiBEuCiCEuEiPNP管电路BiBEuCiCEuEi上页下页返回模拟电子技术基础硅管与锗管的主要区别(3)锗管的ICBO比硅管大(1)死区电压约为硅管0.5V锗管0.1V(2)导通压降|uBE|约为锗管0.3V硅管0.7V上页下页返回模拟电子技术基础2.1.4晶体管的主要电参数1.直流参数(3)集电极——基极间反向饱和电流ICBO(1)共基极直流电流放大系数(2)共射极直流电流放大系数(4)集电极——发射极间反向饱和电流ICEO上页下页返回模拟电子技术基础2.交流参数(1)共基极交流电流放大系数αβ值与iC的关系曲线(2)共射极交流电流放大系数βiCOβ上页下页返回模拟电子技术基础3.极限参数(4)集电极最大允许电流ICM(1)集电极开路时发射极——基极间反向击穿电压U(BR)EBO(2)发射极开路时集电极——基极间反向击穿电压U(BR)EBO(3)基极开路时集电极——发射极间反向击穿电压U(BR)EBO上页下页返回模拟电子技术基础不安全区iCuCEOU(BR)CEOICM安全区(5)集电极最大允许功率耗散PCM晶体管的安全工作区等功耗线PC=PCM=uCE×iC上页下页返回模拟电子技术基础2.1.5温度对管子参数的影响1．对β的影响C/)%1~5.0(T10)CBO()CBO(002TTTTII2．对ICBO的影响3．对UBE的影响4．温度升高，管子的死区电压降低。上页下页返回模拟电子技术基础思考题2.如何用万用表判别晶体管的类型和电极？3.晶体管能够放大的内部和外部条件各是什么？1.晶体管的发射极和集电极是否可以调换使用？4.晶体管工作在饱和区时，其电流放大系数是否与其工作在放大区时相同？上页下页返回模拟电子技术基础2.2共射极放大电路的组成和工作原理2.2.1放大电路概述1．放大电路的用途应用举例放大器直流电源话筒输入扬声器输出把微弱的电信号不失真地放大到负载所需的数值上页下页返回模拟电子技术基础2．放大电路的主要性能指标放大器性能指标测量原理方框图被测放大电路负载正弦波信号源+−直流电源SuiuouLRoRSRiouAuoiiiiR+−++−−上页下页返回模拟电子技术基础互导放大倍数Ag·ioUIAg···ioIUAr···互阻放大倍数Ar·ioIIAi···电流放大倍数Ai·ioUUAu···电压放大倍数Au·+−直流电源SuiuouLRoRSRiouAuoiiiiR+−++−−(1)放大倍数A·功率放大倍数ApiiooioIUIUPPAp上页下页返回模拟电子技术基础(2)输入电阻RiiiiIURRi越大，Ui也就越大，电路的放大能力越强。SiSiiURRRUa.由于b.Ri越大，输入电流ii越小，信号源的负载越小。+−直流电源SuiuouLRoRSRiouAuoiiiiR+−++−−Ri上页下页返回模拟电子技术基础(3)输出电阻Roa.输出电阻Ro的定义测量电路被+–测放大电路直流电源0SuSRu+–iRo上页下页返回模拟电子技术基础即Ro越小，输出电压越稳定，电路带负载能力越强。iuooLLouARRRuLR+−直流电源SuiuouoRSRiouAuoiiiiR+−++−−由图可知b.Ro对输出电压的影响ioouAuu0oR当时，上页下页返回模拟电子技术基础一种测量Ro的方法LoLoo)1(RUUR+−直流电源SuiuouLRoRSRiouAuoiiiiR+−++−−SoLU—带负载