三极管及其放大电路

第2章三极管及其放大电路半导体三极管放大电路性能指标共射基本放大电路工作点稳定电路共集电极电路和共基极电路多级放大电路反馈放大电路第2章半导体三极管及其基本放大电路什么是放大?电信号放大:窃听器?第2章半导体三极管及其基本放大电路半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor，简称BJT）。BJT是由两个PN结组成的。2.1半导体三极管第2章半导体三极管及其基本放大电路【分类】①按频率分高频管低频管②按功率分大功率管中功率管小功率管③按半导体材料分硅管锗管④按结构不同分NPN型PNP型第2章半导体三极管及其基本放大电路(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管2.1.1BJT的结构与符号图形符号第2章半导体三极管及其基本放大电路发射结(Je)基极，用B或b表示（Base）集电结(Jc)发射极，用E或e表示（Emitter）；集电极，用C或c表示（Collector）。发射区集电区基区三极管符号箭头代表发射极电流的实际方向第2章半导体三极管及其基本放大电路结构制作要求：①发射区：高杂质掺杂浓度；(芝麻)②基区：很薄（通常为几微米～几十微米），低掺杂浓度；(薄牛肉)③集电区：掺杂浓度要比发射区低；面积比发射区大；bNNPec第2章半导体三极管及其基本放大电路bNNPec为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部条件两方面的要求。从外部条件来看：①发射结正向偏置UBE0②集电结反向偏置UBC0要求外加电源电压的极性必须满足：2.1.2BJT的电流放大作用1.三极管的偏置第2章半导体三极管及其基本放大电路即在满足内部结构要求的前提下，三极管要实现放大，必须连接成如下形式：e区c区b区JeJcecbNNPVBBVCCRbRc＋－VBE＋－VCB＋－VCE例：共发射极接法三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。集电结反偏：由VBB保证由VCCVBB保证VCB=VCE-VBE0发射结正偏：第2章半导体三极管及其基本放大电路2.三极管电流分配关系：VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IENIEP（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。IE=IEN+IEP≈IEN第2章半导体三极管及其基本放大电路（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IE（2）在基区中①电子继续向集电结扩散；②少数电子与基区空穴相复合，形成IB电流。IB复合IBE≈IBE第2章半导体三极管及其基本放大电路（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IE（2）在基区中①电子继续向集电结扩散；②少数电子与基区空穴相复合，形成IB电流。IB（3）集电区收集大部分的电子，形成IC电流。ICICN≈ICNIBE第2章半导体三极管及其基本放大电路VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IEIBICICBOICIBIE可简化为将三极管看成一个广义的节点（如下图），有：第2章半导体三极管及其基本放大电路ICIBIE将三极管看成一个广义的节点（如下图），有：IE=IC+IB故集电极与基极电流的关系为：BCIIβ共射电流放大倍数ECII共基极电流放大系数第2章半导体三极管及其基本放大电路ICIBIEIE=IC+IBIC≈αIEIB=IE-IC=IE-αIE=(1-α)IE故集电极与基极电流的关系为：11EEBCIIII=β共射电流放大倍数共基极电流放大系数第2章半导体三极管及其基本放大电路2.1.3.BJT的特性曲线BJT的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线，它是BJT内部载流子运动的外部表现。工程上最常用的是BJT的输入特性和输出特性曲线。第2章半导体三极管及其基本放大电路RL+-ΔvObceΔvIiB=IB+ΔiBiC=IC+ΔiCiE=IE+ΔiEvBE+-+-vCE以共射放大电路为例：输入回路输出回路输入特性：常数CEvBEBvfi输出特性：常数BiCECvfi第2章半导体三极管及其基本放大电路BJT共射接法的输入特性曲线分三部分：①死区②非线性区③线性区iB/μAvBE/V①③②vCE=1VvCE1VvCE=0V记住：①当vCE1时，各条特性曲线基本重合。②当vCE增大时特性曲线相应的右移。25℃1.输入特性曲线第2章半导体三极管及其基本放大电路2.输出特性曲线它是以iB为参变量的一族特性曲线。vCE/ViC/mA25℃BJT共射接法的输出特性曲线=20μA=40μA=60μA=80μA第2章半导体三极管及其基本放大电路vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA输出特性曲线可以划分为三个区域：饱和区——iC受vCE控制的区域，该区域内vCE的数值较小。此时Je正偏，Jc正偏第2章半导体三极管及其基本放大电路vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较小。此时Je正偏，Jc正偏。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时Je反偏，Jc反偏。第2章半导体三极管及其基本放大电路vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较小，一般vCE0.7V（硅管）。此时Je正偏，Jc正偏或反偏电压很小。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时Je反偏，Jc反偏。放大区——iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时Je正偏，Jc反偏。电压大于0.7V左右（硅管）。模电着重讨论的就是该放大区！第2章半导体三极管及其基本放大电路三极管工作情况总结状态发射结集电结IC截止反偏或零偏反偏0放大正偏反偏IB饱和正偏正偏IB三极管处于放大状态时，三个极上的电流关系：电位关系：BCEBEBCIIIIIII1NPNPNPc最高最低b中VB=VE+0.7V中VB=VE-0.7Ve最低最高第2章半导体三极管及其基本放大电路例1：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例2.1第2章半导体三极管及其基本放大电路2.1.4BJT的主要参数1.BJT的主要参数α——共基电流放大系数β——共射电流放大系数ECiiBCiiα与β的关系：1α的值小于1，但接近于1。β的值远大于1，通常在20～200范围内。【关于“主要参数”这部分详细内容请同学们自己看书P15！】第2章半导体三极管及其基本放大电路极间反向电流（1）ICBO：集电极－基极反向饱和电流O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于单个集电结的反向饱和电流。因此，它只决定于温度和少子的浓度。ICBO的值很小硅管：ICBO为纳安数量级锗管：ICBO为微安数量级第2章半导体三极管及其基本放大电路2.极限参数（1）集电极最大允许电流ICM指BJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。第2章半导体三极管及其基本放大电路（1）集电极最大允许电流ICM指BJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。（2）集电极最大允许功率损耗PCM表示集电极上允许损耗功率的最大值。PCM=iCvCE过压区过流区（3）反向击穿电压第2章半导体三极管及其基本放大电路复习符号,放大条件:电流关系工作区域,特点判断工作状态①发射结正向偏置UBE0②集电结反向偏置UBC0第2章半导体三极管及其基本放大电路放大是最基本的模拟信号处理功能。模拟电子中研究的最主要电路：放大电路具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、手机、扩音器等等。2.2放大电路性能指标第2章半导体三极管及其基本放大电路这里的“放大”是指把微小的、微弱的电信号的幅度不失真的进行放大。第2章半导体三极管及其基本放大电路一般来说，放大电路就是一个双端口网络。iVoVoI放大电路（放大器）SV+-Rs+-+-RLiI信号源负载SV信号源电压iV输入电压oV输出电压Rs信号源内阻RL负载电阻iI输入电流oI输出电流第2章半导体三极管及其基本放大电路放大电路的主要性能指标：【参见教材P17】性能指标是衡量放大电路品质优劣的标准，同时由这些指标还要来决定放大电路的适用范围。这里主要讨论输入电阻输出电阻增益第2章半导体三极管及其基本放大电路2.2.1增益实质上就是输出对输入的放大倍数。ioVVVAioIIA＝i①②——电压增益——电流增益无量纲无量纲功率放大倍数定义为AP=PO／Pｉ第2章半导体三极管及其基本放大电路dBlg20d20lgIVABA电流增益＝电压增益＝用分贝表示的电压增益和电流增益如下：由于功率与电压（或电流）的平方成比例，因此功率增益表示为：功率增益＝10lgAP】【ioPPAP第2章半导体三极管及其基本放大电路2.2.2输入电阻RiiVoVoISV+-Rs+-+-RLiIRiiiiIVR＝Ri决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小，即它决定了放大电路对信号源的要求。Ri放大电路(放大器)Ri越大，Ii就越小，放大电路从信号源索取的电流越小。放大电路所得到的输入电压Vi越接近信号源电压Vs。第2章半导体三极管及其基本放大电路2.2.3输出电阻RoLRVIVR0ooos＝＝Ro的求法：将信号源短路，即=0，但保留Rs；且负载RL两端开路，即RL=∞时SV开路iVoVoISV+-Rs+-+-RLiIRo放大电路（放大器）Ro+-OV短路××RO越小，放大电路的带负载能力越强。第2章半导体三极管及其基本放大电路2.2.4最大输出幅值放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。第2章半导体三极管及其基本放大电路%10012322VVVTHD由于三极管存在非线性，使输出信号产生了非线性失真。非线性失真系数的定义：在某一正弦信号输入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分量的总有效值与基波分量之比，用THD表示，即2.2.5非线性失真系数第2章半导体三极管及其基本放大电路两个回路正确的直流偏置ui为小信号ui和VBB串接RB为基极偏置电阻RC为集电极偏置电阻输入回路输出回路放大的外部条件2.3.1共射基本放大电路组成2.3共射基本放大电路第2章半导体三极管及其基本放大电路IC变化了ΔIC，IB变化了ΔIBuBE=VBB+ui=VBB+ΔUBEiE=IE+ΔIE，iC=IC+ΔIC，iB=IB+ΔIBΔUO=ΔICRCΔUOΔUBE电压放大(电流放大)放大原理放大的本质——功率（能量）的放大第2章半导体三极管及其基本放大电路C1、C2称为隔直电容或耦合电容,该电路又称为阻容耦合放大电路。2.3.2共射基本放大电路实际电路第2章半导体三极管及其基本放大电路基本共射放大电路的简化第2章半导体三极管及其基本放大电路共射放大电路改进电路+++CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcRvivo交直＋交直交需要使Rb》Rc（一般为几十倍）改成唯一的直流电源第2章半导体三极管及其基本放大电路三极管T起放大作用。偏置电路VCC、Rb提供电源，并使三极管工作在线性区。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。阻容耦合共射放大电路第2章半导体三极管及其基本放大电路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：o2cccbbbe1ivCvRiiiivC