模拟电子技术康华光第4章双极型三极管及放大电路基础-1

☆☆第四章双极型三极管及放大电路基础4.1半导体三极管（BJT—双结晶体管）4.2共射极放大电路4.3放大电路分析方法4.4放大电路的稳定工作点问题4.5共集电极和共基极放大电路4.7放大电路的频率特性4.6组合放大电路第4章半导体三极管及放大电路基础按频率：高频管、低频管按功率：按材料：小、中、大功率管硅管、锗管按类型：NPN型、PNP型半导体三极管:是具有电流放大功能的元件三极管分类：§4.1半导体三极管（BJT—双结晶体管）4.1.1基本结构NNPNPN型becbecPNP型PPN基极发射极集电极beciBiEiCbeciBiEiCNPN型三极管符号PNP型三极管符号发射极箭头表示：当发射结正偏时，电流的流向。发射极集电极基极集电极电流发射极电流基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结Je集电结JcbecNNP基极发射极集电极集电区：面积最大问题：c、e两极可否互换？BJT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，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图BJT结构剖面图：☆三极管的基本接法共集电极接法：c作为公共端；b为输入端，e为输出端；共基极接法：b作为公共端，e为输入端，c为输出端。共发射极接法：e作为公共端；b为输入端，c为输出端；4.1.2BJT的电流分配和放大原理becNNPEBRBECRC在三极管内部：发射结正偏、集电结反偏PNP管发射结正偏VBVE集电结反偏VCVB即VCVBVE1.三极管放大的条件从外部的电位看：NPN管发射结正偏：VBVE（EB来实现）集电结反偏：VCVB（EC来实现）即VCVBVE共射放大电路组成4.1.2BJT的电流分配与放大原理2.内部载流子的传输过程三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子以上看出，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(BipolarJunctionTransistor)。（以NPN为例）放大状态下BJT中载流子的传输过程集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子IE=IB+ICECBOECBONCCIIIIIIBCEOBCIIII发射极注入电流传输到集电极的电流设ECNII即ECII则有、为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般1，≈几十。3.三极管电流分配关系BCII.,;,ECBCiiii而取而通常取)(1vTBEeIiESEvIE＝IC＋IBECBOECIIIIBEBCEOBCIIIIII)1(（3）BCBCiiII（4）（2）（1）☆4.三极管的电流分配关系总结（5）电流放大系数发射极是输入回路、输出回路的公共端1.共发射极电路输入回路输出回路ICVBBmAAVCEVBERBIBVCC++––––++注意：T的类型与VBE、IB、VCE、IC极性ebc4.1.3BJT的特性曲线vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCEiB=f(vBE)vCE=常数vCE=0VvCE1V(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。（以共射极放大电路为例）1.输入特性曲线(2)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，同样的vBE下IB减小，特性曲线右移。(3)输入特性曲线的三个部分①死区②非线性区③线性区结论：整体是非线性的，局部可看作是线性的2.输出特性IB=020A40A60A80A100A常数BiCfiCEv36iC(mA)1234vCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区在放大区有iC=iB，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。+-bceRLiB=020A40A60A80A100A36iC(mA)1234vCE(V)912O（2）截止区iB＝0以下区域为截止区，有iC=ICEO0。在截止区发射结Je处于反向偏置，集电结Jc处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区当vCEvBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IBIC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。深度饱和时，硅管vCES0.3V，锗管vCES0.1V。VCES(1)放大区：Je正偏，Jc反偏；IC=IB,且iC=iB；VCVBVE。(2)饱和区:Je正偏，Jc正偏；即vCEvBE，vCE0.3V；iCiB。(3)截止区:Je反偏或零偏，VBEVth0，iB=0，iC=ICEO0☆输出特性三个区域的特点: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,硅管截止饱和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大VcVbVe放大VcVbVe例1：若将3.3V改为3.7V呢?例2：图中已标出各硅晶体管电极的电位，判断晶体管的状态。1V3V3V0V0.5V0.7V10V4V9.7V5.3V6V2.3VVBE=－0.7（V），Je正偏；VCE=－5V，Jc反偏，PNP管为放大状态。放大饱和截止4.1.4主要参数1.电流放大系数直流电流放大系数定义BCII___BCiiΔΔ交流电流放大系数定义当晶体管接成发射极电路时，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：和的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的值在20~200之间。53704051BC...II400400605132BC....IIΔΔIB=020A40A60A80A100A36iC(mA)1234vCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得在以后的计算中，一般作近似处理：=。例：三极管输出特性如图，在VCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。求和1.集-基极反向截止电流ICBOICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBOICBOA+–EC2.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEOAICEOIB=0+–ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。2.极间反向电流1.集电极最大允许电流ICM2.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。当集—射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。3.集电极最大允许耗散功耗PCMPCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。PCPCM=ICUCE硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。3.极限参数：ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO1.对于硅三极管来说其死区电压约为（）。A、0.1VB、0.5VC、0.7V课后自测题2.锗三极管的导通压UBE约为（）。A、0.1VB、0.3VC、0.5V3.测得三极管三个电极的静态电流分别为0.06mA，3.66mA和3.6mA。则该管的为（）。A、40B、50C、604.三极管能够放大的外部条件是（）。A、发射结正偏，集电结正偏B、发射结反偏，集电结反偏C、发射结正偏，集电结反偏课后自测题5.当三极管工作于饱和状态时，其（）。A、发射结正偏，集电结正偏B、发射结反偏，集电结反偏C、发射结正偏，集电结反偏6.反向饱和电流越小，三极管的稳定性能（）。A、越好B、越差C、无变化7.与锗三极管相比，硅三极管的温度稳定性能（）。A、高B、低C、一样8.温度升高，三极管的电流放大系数β（）。A、增大B、减小C、不变课后自测题9.温度升高，三极管的管压降|UBE|（）。A、升高B、降低C、不变10.对PNP型三极管来说，当其工作于放大状态时，（）极的电位最低。A、发射极B、基极C、集电极11.测得三极管三个电极对地的电压分别为-2V、-8V、-2.2V，则该管为（）。A、NPN型锗管B、PNP型锗管C、PNP型硅管12.测得三极管三个电极对地的电压分别为2V、6V、-2.2V，则该管（）。A、处于饱和状态B、放大状态C、截止状态D、已损坏输入电阻输出电阻电压放大模型电流放大模型1.2.1什么叫信号放大1.2.2放大电路模型1.2.3☆放大电路的主要性能指标增益（放大倍数）互阻放大模型互导放大模型频率响应及带宽非线性失真☆§1.2放大电路的基本知识基本放大电路组成框图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,放大电路有几个部分组成。共发射极、共集电极、共基极。①信号源，②放大电路，③负载（①当RL时，称为开路；②负载可以是电阻,也可以是电路等）。1.放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。因此对于能量来说只是控制和转换,不是放大。信号放大的概念电压增益（电压放大倍数）Rs放大电路IoIi+–Vo+–Vs+–ViRLioVVAV电流增益ioIIAI互阻增益)(ioIVAR互导增益)S(ioVIAG信号源负载放大的四种类型：放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。Rs放大电路IoIi+–Vo+–Vs+–ViRL信号源负载输入端口可以等效为一个输入电阻输出端口可以等效为一个输出电阻1.2.2放大电路模型（绪论内容）放大电路模型负载开路时的电压增益Rs+––Vi+–Vo+RLVsRs+–Vs–Vi+–Vo+RiRLRs+–Vs–Vi+–Vo+–+RiRLViAVORs+–Vs–Vi+Ro–Vo+–+RiRLViAVO..'OioVVVA由输出回路得LoLiOoRRRVAVV则电压增益为LoLVOVRRRAVVA.ioSiRRRR，故希望LoiRR，理想情况：0o1.☆电压放大电路的几种增益...:ioVVVA带负载的电压增益SiiVSiioSoVSRRRAVVVVVVA........而...VOVVSAAA可见输入电阻输出电阻放大电路模型Rs放大电路IoIi+–Vo+–Vs+–ViRLRs+–Vs–Vi+Ro–Vo+–+RiRLViAVO电压放大模型电流放大模型关心输出电流与输入电流的关系电流放大电路模型iiiIVR定义：Rs+–Vs–Vi+RiIi放大电路由可见，Ri是反映放大电路对信号源衰减的重要参数,Ri应尽量大一些。sisiiVRRRV利用电压Vi和Vs求Ri:2.输入电阻SiSiiiiSiSRVVVRRVRVViVVAVOoRo–Vo+–+RLViAVO放大电路Ro–+ViAVO放大电路–+VoLoLOoRRRVAViV放大电路IT+–VTRo+–Vs=0定义0TTosVIVR注意：输入、输出电阻为交流电阻由可见Ro是描述放大电路带负载能力的重要参数，Ro应尽量小一点。oLoLoVRRRV3.输出电阻利用测得电压V'o和Vo，求Ro:(V'o－Vo)/Ro＝Vo/RL空载反映放大电路在输入信号控制下，将电源能量转换为输出信号能量的能力)(lglg