双极型三极管及放大电路

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4.1 半导体三极管,4.3 放大电路的分析方法,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,4.2 共射极放大电路的工作原理,4.6 组合放大电路,4.7 放大电路的频率响应,4,双极结型三极管及放大电路基础,4.1,半导体三极管,4.1.1,BJT,的结构简介,4.1.2 放大状态下,BJT,的工作原理,4.1.3,BJT,的,VI,特性曲线,4.1.4,BJT,的主要参数,4,双极结型三极管及放大电路基础,(d),4.1.1 BJT的结构简介,(a)小功率管 (b)小功率管 (c)大功率管 (d)中功率管,4,双极结型三极管及放大电路基础,BJT,外形图,4,双极结型三极管及放大电路基础,半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:,NPN,型和,PNP,型。,(a),NPN,型管结构示意图,4,双极结型三极管及放大电路基础,(b),PNP,型管结构示意图,(c),NPN,管的电路符号,(d),PNP,管的电路符号,集成电路中典型,NPN,型,BJT,的截面图,(了解),4,双极结型三极管及放大电路基础,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。,放大状态下BJT的工作原理,发射结正偏,4,双极结型三极管及放大电路基础,1.内部载流子的传输过程,（以,NPN,为例）,发射区：,发射载流子,外部条件,：,集电结反偏,N,N,P,e,c,b,Re,V,EE,Re,V,CC,集电区：,收集载流子,基区：,传送和控制载流子,I,e,I,c,I,b,由于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,(,Bipolar Junction Transistor,)。,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,I,E,=,I,B,+,I,C,2.电流分配关系,根据传输过程可知,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,通常,I,C,I,CBO,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,=0.90.99,。,I,E,=,I,B,+,I,C,(放大状态下,BJT,中载流子的传输过程),发射极注入电流,设,=,传输到集电极的电流,即,E,I,=,nC,I,C,E,I,I,则有,4,双极结型三极管及放大电路基础,是另一个电流放大系数。同样，它也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,。,根据,I,E,=,I,B,+,I,C,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,且令,I,CEO,=(1+,),I,CBO,（穿透电流）,-,=,1,又设,E,nC,I,I,=,B,CEO,C,I,I,I,-,=,则,b,CEO,C,I,I,时，,当,4,双极结型三极管及放大电路基础,B,C,I,I,b,3.三极管的三种组态,共集电极接法，,集电极作为公共电极，,用,CC,表示。,共基极接法，,基极作为公共电极，,用,CB,表示；,共发射极接法，,发射极作为公共电极，,用,CE,表示；,（,BJT,的三种组态,）,4,双极结型三极管及放大电路基础,（图,b,）,（图,a,）,（图,c,）,4.放大作用,若,v,I,=20mV,电压放大倍数,使,i,E,=-1 mA，,则,i,C,=,i,E,=-0.98 mA，,v,O,=-,i,C,R,L,=0.98 V，,当,=0.98 时，,4,双极结型三极管及放大电路基础,（共基极放大电路）,综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。,4,双极结型三极管及放大电路基础,实现这一传输过程的,两个条件,是：,（1）,内部条件：,发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。,（2）,外部条件：,发射结正向偏置，集电结反向偏置。,共射极连接,4.1.3 BJT的,V-I,特性曲线,(2),当,v,CE,1V,时，,v,CB,=,v,CE,-,v,BE,0,，,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,v,BE,下,I,B,减小，特性曲线,右移,。,(1),当,v,CE,=0V,时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1.输入特性曲线,（以共射极放大电路为例）,i,B,=,f,(,v,BE,),v,CE,=const,讨论,4,双极结型三极管及放大电路基础,2.输出特性曲线,i,C,=,f,(,v,CE,),i,B,=const,讨论,4,双极结型三极管及放大电路基础,饱和区：,i,C,明显受,v,CE,控制的区域，该区域内，一般,v,CE,0.7,V,(硅管)。此时，,发射结正偏、集电结正偏,或反偏电压很小。,输出特性曲线的三个区域:,截止区：,i,C,接近零的区域，相当,i,B,=0,的曲线的下方。此时，,v,BE,小于死区电压，或,发射结反偏、集电结反偏,。,放大区：,i,C,平行于,v,CE,轴的区域，曲线基本平行等距。此时，,发射结正偏、集电结反偏,。,共射极连接,1.电流放大系数,4.1.4 BJT,的主要参数,（2）,共发射极交流电流放大系数,4,双极结型三极管及放大电路基础,（,1,）,共发射极直流电流放大系数,b,（,I,C,I,CEO,）/,I,B,I,C,/,I,B,v,CE,=const,b=,=,I,C,/,I,B,v,CE,=const,（与,i,C,的关系曲线）,b,（,3）,共基极直流电流放大系数,（4）,共基极交流电流放大系数,4,双极结型三极管及放大电路基础,=（,I,C,I,CBO,）/,I,E,I,C,/,I,E,=,I,C,/,I,E,v,CB,=const,当,I,CBO,和,I,CEO,很小时，、,，,可以,不加区分,。,a,a,b,2.极间反向电流,（,1）,集电极基极间的反向饱和电流,I,CBO,发射极开路时，集电结的反向饱,和电流。,4,双极结型三极管及放大电路基础,（2）,集电极发射极间的反向饱和电流,I,CEO,I,CEO,=（1+）,b,I,CBO,I,CEO,与,I,CBO,关系,（1）,集电极最大允许电流,I,CM,（2）,集电极最大允许功率损耗,P,CM,P,CM,=,I,C,V,CE,3.极限参数,4,双极结型三极管及放大电路基础,（3）,反向击穿电压,V,(BR)CBO,发射极开路时的集电结,反向击穿电压。,V,(BR)EBO,集电极开路时发射结的反 向击穿电压。,V,(BR)CEO,基极开路时集电极和发射,极间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系：,V,(BR)CBO,V,(BR)CEO,V,(BR)EBO,4,双极结型三极管及放大电路基础,4.1.5 温度对,BJT,参数及特性的影响,（1）温度对,I,CBO,的影响,温度每升高,10,，,I,CBO,约增加一倍,。,（2）温度对,的影响,温度每升高,1,，,值约增大,0.5%1%,。,（3）温度对反向击穿电压,V,(BR)CBO,、,V,(BR)CEO,的影响,温度升高时，,V,(BR)CBO,和,V,(BR)CEO,都会有所提高。,1.温度对,BJT,参数的影响,4,双极结型三极管及放大电路基础,2.温度对,BJT,特性曲线的影响,（1）,对,输入特性,的影响,T,1,T,2,温度升高时，,BJT,共射极连接时的输入特性曲线将向,左移,，,v,BE,随温度变化的规律与二极管正向导通电压随温度变化的规律一样，即温度每升高,1,0,C,，,v,BE,减小,2mV,2.5mV,。,（2）,对,输出特性,的影响,温度升高时，,BJT,的,I,CBO,、,I,CEO,、,b,都将增大，结果导致,BJT,的输出特性曲线,向上移动,，而且各条曲线间距离加大。,T,2,T,1,这说明在,i,B,相同的条件下，,v,BE,将减小。,4,双极结型三极管及放大电路基础,4.2,共射极放大电路的工作原理,4.2.1 基本共射极放大电路的组成,（基本共射极放大电路）,4,双极结型三极管及放大电路基础,基本共射极放大电路的工作原理,1.静态,(直流工作状态),输入信号,v,i,0,时，放大电路的工作状态称为,静态,或直流工作状态。,（直流通路）,V,CEQ,=,V,CC,I,CQ,R,c,4,双极结型三极管及放大电路基础,（交流通路）,2.动态,输入正弦信号,v,s,后，电路将处在动态工作情况。此时，,BJT,各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。,4,双极结型三极管及放大电路基础,4.3 放大电路的分析方法,4.3.1 图解分析法,4.3.2,小信号模型分析法,1.静态工作点的图解分析,2.动态工作情况的图解分析,3.非线性失真的图解分析,4.图解分析法的适用范围,1.,BJT,的,H,参数及小信号模型,2.用,H,参数小信号模型分析基本共射极放大电路,3.小信号模型分析法的适用范围,4,双极结型三极管及放大电路基础,4.3.1 图解分析法,1,.静态工作点的图解分析,采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。,（,共射极放大电路）,4,双极结型三极管及放大电路基础,首先，画出直流通路,列输入回路方程,4,双极结型三极管及放大电路基础,列输出回路方程（直流负载线）,c,C,CC,CE,R,i,V,-,=,v,（直流通路）,1,.静态工作点的图解分析,在输入特性曲线上，作出直线,，两线的交点即是,Q,点，得到,I,BQ,。,b,B,BB,BE,R,i,V,-,=,v,4,双极结型三极管及放大电路基础,在输出特性曲线上，作出直流负载线 ，,与,I,BQ,曲线,的交点即为,Q,点，从而得到,V,CEQ,和,I,CQ,。,c,C,CC,CE,R,i,V,-,=,v,I,BQ,Q,V,BEQ,Q,I,CQ,V,CEQ,4,双极结型三极管及放大电路基础,根据,v,s,的波形，在,BJT,的输,入特性曲线上画,出,v,BE,、,i,B,的波形。,2.动态工作情况的图解分析,2.动态工作情况的图解分析,根据,i,B,的变化范围，在输出特性曲线上画出,i,C,和,v,CE,的波形。,4,双极结型三极管及放大电路基础,共射极放大电路中的电压、电流波形,4,双极结型三极管及放大电路基础,4,双极结型三极管及放大电路基础,3.静态工作点对波形失真的影响,即,工作点靠下，会出现截止,失真,的波形,即,工作点靠上，会出现饱和,失真,的波形,4,双极结型三极管及放大电路基础,故,Q,点应选在直线的中央（稍靠下）,4.图解分析法的适用范围,幅度较大而工作频率不太高的情况,优点：,直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。,缺点：,不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。,4,双极结型三极管及放大电路基础,4.3.2 小信号模型分析法,1.,BJT,的,H,参数及小信号模型,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的,输入信号电压很小时,，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于,三极管是非线性器件,，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是,将非线性器件做线性化处理,，从而简化放大电路的分析和设计。,4,双极结型三极管及放大电路基础,H,参数的引出,在,小信号,情况下，对上两式取全微分得,用小信号交流分量表示,v,be,=,h,ie,i,b,+,h,re,v,ce,i,c,=,h,fe,i,b,+,h,oe,v,ce,对于,BJT,双口网络，已知输入输出特性曲线如下：,i,B,=,f,(,v,BE,),v,CE,=const,可以写成：,i,C,=,f,2,(,i,B,，,v,CE,),v,BE,=,f,1,(,i,B,，,v,C