模拟电路电子技术 第二章 晶体三极管及其应用电路

集成电子技术基础教程CJQ第二章晶体三极管及其应用电路第一篇电子器件与电子电路基础集成电子技术基础教程CJQ1.2.1晶体管的偏置与工作状态**半导体三极管简称（双极型）晶体管或三极管****双极含义：自由电子和空穴两种极性的载流子参与导电****晶体管分为：NPN型（硅），PNP型（锗）**集成电子技术基础教程CJQ1、半导体三极管（晶体管）结构与符号NPN型三极管结构示意图与电路符号（2）三个区：基区，发射区，集电区（3）三个集：基集，发射集，集电集（1）二个PN结：发射结，集电结工艺特点：E区掺杂浓度高基区薄集电结面积大bce集成电子技术基础教程CJQPNP型三极管结构示意图与电路符号（2）三个区：基区，发射区，集电区（3）三个集：基集，发射集，集电集（1）二个PN结：发射结，集电结**工艺特点同NPN**bce集成电子技术基础教程CJQ2、半导体三极管（晶体管）的工作状态**三极管发射结和集电结的偏置组合构成四种工作状态**发射结集电结工作状态反偏反偏截止反偏正偏倒置正偏反偏放大正偏正偏饱和集成电子技术基础教程CJQ3、三极管放大状态（以NPN管为例）（1）保证放大状态的典型电路设计发射结正偏集电结反偏集成电子技术基础教程CJQ（2）放大状态三集电流分配关系**JE正偏：有利E区N+和B区多子扩散**JC反偏：有利少子（E区扩散至B区的电子和B区自身电子）漂移NPN管电流关系IE=IEN+IEP，且IENIEPIC=ICN（E区进入C区的电子形成）+ICBO（B区少子形成）**KCL定律IE=IB+ICI’B=IBN（B区多子扩散至E区）+IEP（E区扩散至B区复合）ICN（E区进入C区的电子形成）=IEN-IEP（E区扩散至B区复合）IB=I’B-ICBO（流入C区）集成电子技术基础教程CJQ（3）放大状态的简化电流分配关系****三极管是电流控制型器件***'CNCBBIIIIBCEIII***放大倍数反映发射极多子到达基区和集电区的比例关系***集成电子技术基础教程CJQ3、NPN三极管放大状态下的伏安特性曲线BEBBBbvviR（1）输入回路方程（不考虑集电结影响）**图解法***()BBEifv输入回路方程：输入特性方程：集成电子技术基础教程CJQ**VCE=0，相当于2个二极管并联；**VCE增为0.7V：JC由正偏转为反偏，C区吸引E区电子的能力增强，IB相对偏低，曲线右移。（2）集电结对输入特性方程的影响(,)BBECEifvv输入特性方程：集成电子技术基础教程CJQCECCCcvViR（3）三极管输出回路方程与输出特性输出回路方程：输出特性方程：(,)CCEBifvi**一簇曲线***集成电子技术基础教程CJQ（3）三极管输出特性——截止区进入截止区条件：发射结反偏，集电结反偏**为了可靠截止，常使发射结处于零偏压或反偏压，IB=IC=0****典型电路****截止时三极管静态模型**集成电子技术基础教程CJQ（3）三极管输出特性——放大区**主要特征1进入放大区条件：JE正偏JC反偏(,)CCEBBifvii**iC不受vCE的影响,又称恒流区****典型电路****放大时三极管静态模型****主要特征2BETvV集成电子技术基础教程CJQ（3）三极管输出特性——放大物理意义BEBBBbvviRCBiiCECCCcvViR(a)据输入回路方程，输入电压vBB变化引起iB变(b)放大状态下，iB变化引起iC变(c)据输入回路方程，iC变化引进vCE变结论：**输入回路小的△vBB变化得到输出回路大的△vCE变化——放大**集成电子技术基础教程CJQ（3）三极管输出特性——饱和区**主要特征1进入饱和区条件：JE正偏JC正偏CBii**最大集电极饱和电流****饱和时三极管静态模型****主要特征2()CECESvv很小CECESCCCScvvVIR集成电子技术基础教程CJQ4、PNP型三极管的伏安特性曲线集成电子技术基础教程CJQ5、判断三极管工作状态的方法（NPN管为例）（1）第一步:IB小于0，截止状态（2）第二步:IB大于0，放大或饱和CSCBCIIII,BCII(a)放大状态VCE0.3V,IBIBS,ICICS(b)饱和状态VCE=0.3V,IBIBS,ICICS集成电子技术基础教程CJQ6、三极管主要电特性参数（1）电流放大系数,,20~500CCEOCCBBBIIIIIII995.0~95.0,ECECIIII（2）集电结反向饱和电流ICBO**发射极开路，集电极与基极间的反向饱和电流**bce**零点几微安~几十微安，值小好**集成电子技术基础教程CJQ6、三极管主要电特性参数(续1)（3）穿透电流ICEO**基极开路，集射间加上一定反向电压时，从集电极穿过基区流入发射极的反向饱和电流**bce**几微安~几百微安，值小好**（4）集电极最大允许电流ICM**随IC增加，电流放大系数β下降至正常值2/3时的IC值**（5）集电极最大允许功率损耗PCM**PCM=IC×VCE，与散热条件密切相关**集成电子技术基础教程CJQ6、三极管主要电特性参数(续2)（6）反向击穿电压bce**JC开路，BE间的反向击穿电压V(BR)EBO（几伏～十几伏）****JE开路，BC间的反向击穿电压V(BR)CBO（几十~上千伏）****JB开路，CE间反向击穿电压V(BR)CEO（几十~上千伏）**（7）三极管的安全工作范围集成电子技术基础教程CJQ6、三极管主要电特性参数(续3)（8）三极管的温度稳定性bce**输入特性与二极管的类似，VBE具负温度系数****输出特性**T升高β增大T升高输出特性整族曲线上移T升高ICBO和ICEO迅速增大集成电子技术基础教程CJQ已知放大电路、输入特性曲线、输出特性曲线如图所示，υI=VBB+υi,VBB=1.6V，υi=0.5sinωt(V)，输入特性曲线和输出特性曲线，试用图解法分析υi与υce之间的关系。1.2.2三极管放大电路的组成原理1、放大电路的工作原理集成电子技术基础教程CJQ（1）由υI计算iBIBBBbvviRυI=VBB+υi=1.6+0.5sinωt(V)iB=IBQ+ib=35+20sinωt(μA)集成电子技术基础教程CJQ（2）由iB计算υCE1.5+0.5sin(t)(mA)CBiiCECCCcvViRυCE=VCEQ+υce=10-3.4sinωt(V)125.0/6/icemvVVA集成电子技术基础教程CJQ2、典型放大电路——结构（1）构建放大平台（2）待放大交流小信号的输入（3）放大后的交流信号的输出**电阻Rc、Rb和三极管T使T工作在放大状态****vs通过电容器C1耦合入放大电路****vce通过电容器C2耦合输出**集成电子技术基础教程CJQ2、典型放大电路——放大平台参数分析**放大平台与交流小信号无关，又称直流分析或静态分析**（1）画直流通路**C开路，L短路***（2）计算三极管静态参数（或静态工作点Q）0.7()BEQTBEQCCBQbVVVVVIR输入回路方程**假定三极管处在放大状态***()CQBQCEQCCCQcIIVVIR输出回路方程**若VCEQVCES,假定成立结束静态分析***集成电子技术基础教程CJQ2、典型放大电路——输入交流小信号后的分析υBE=VBEQ+υbe=VBEQ+υiiB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=ICQ+βibυCE=VCEQ+υce=VCEQ-icR′Lυ0=υce=-icR′L放大电路图解分析集成电子技术基础教程CJQ2、放大电路静态工作点Q的计算**第二章要求1：能够分析三极管电路的静态工作点，确定三极管的工作状态****三极管静态工作点Q的参数**(,),(,)BQBEQCQCEQIVIV**第二章要求2：能够设计电路，保证三极管工作在放大状态****放大是在静态工作点基础上实现,要求Q点稳定**集成电子技术基础教程CJQ例1，已知放大电路如图，三极管VBE=0.7V,VCES=0.3V电流放大倍数50，求三极管静态工作点Q若RB=110K,重新计算。0.7,()/BEQBEBQCCBEQbVVVIVVR,CQBCEQCCCQcIIVVIR***假定工作在放大状态***（1）当Rb=280K时，将参数代入计算得(0.7,40),(2,6)BEQCQCQCEQVVIAImAVV***假定成立***集成电子技术基础教程CJQ例1，已知放大电路如图，三极管VBE=0.7V,VCES=0.3V电流放大倍数50，求三极管静态工作点Q若RB=110K,重新计算。0.7,()/BEQBEBQCCBEQbVVVIVVR,CQBCEQCCCQcIIVVIR***假定工作在放大状态***（2）当Rb=110K时，将参数代入计算得(0.7,103),(5.15,3.45)BEQCQCQCEQVVIAImAVV***假定放大不成立，工作在饱和状态***0.3,()/3.9CEQCESCQCCCESVVVIVVRcmA集成电子技术基础教程CJQ例2，已知放大电路如图，计算三极管的静态工作点。21212//,bbbbBBCCbbRRRRVVRR集成电子技术基础教程CJQ例2，已知放大电路如图，计算三极管的静态工作点。Re()CCCEQCQEQVVIRcI输出回路方程Re()(1)()BBQbBEQEQEQBQVIRVIII输入回路方程放大状态电流关系***假定工作在放大状态***0.7,(1),BEQEQBQCQBQVVIIII(1)计算IBQ,ICQ,IEQ(2)计算VCEQ,111/(1)ReBBEQCQEQbVVIIR集成电子技术基础教程CJQ例2，已知放大电路如图，计算三极管的静态工作点。(3)本例静态工作点特点,11/(1)ReReBBEQBBEQCQbVVVVIR***三极管静态工作点与其参数无关******Re的作用(负反馈)***温度T℃↑→IC↑IE↑→VE↑(=IERe)↓(VB固定)VBE↓(=VB-VE↑)→IB↓→IC↓***Re大稳定作用好,降低电源VCC的利用率,υCE变化小*****VEQ=IEQRe=0.2VCC**射极偏置电路射温度对Q点的影响集成电子技术基础教程CJQ例3:设晶体管的VBE=0.7V,β=75，其余参数如图中所示。试计算电路的静态工作点QVVRIRIVVeEQcCQCCCEQ3.037.675Re()5.63(1)()BQBBQbBEQEQCQEQBQIAVIRVIImAII输入回路方程放大状态电流关系***假定工作在放大状态***0.7,(1),BEQEQBQCQBQVVIIII(1)计算IBQ,ICQ,IEQ(2)计算VCEQ***假定成立***集成电子技术基础教程CJQ例4:设晶体管的VBE=0.7V和输出特性曲线,其余参数如图中所示。用图解法分析该电路的Q点Re()(1)()BBQbBEQEQEQBQVIRVIII输入回路方程放大状态电流关系***由于放大倍数未知不能公式法计算,只能用图解法***(1)由输出特性曲线和输出回路方程确定ICQ,VCEQ(2)计算IBQkIVRRIVVCQecCCCCEQ112)(集成电子技术基础教程CJQ例5:设计一个双极型PNP晶体管的偏置电路，设晶体管的VBE=0.6V,β=60，其余参数如图中所示。为使VECQ=2.5V,试确定基极偏置电阻Rb的值0.6EEEeEBQBbBBEBQVIRVIRVVV(1)由输出回路方程和VECQ要求确定ICQ,IBQAIIIImA