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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,*,*,2-,*,第二章,双极型晶体管及其放大电路,模拟电子技术基础,1,第二章 双极型晶体管及其放大电路模拟电子技术基础,第二章 基本放大电路,2.1 双极型晶体管的工作原理,2.2 晶体管伏安特性曲线及参数,2.3 晶体管工作状态分析,及偏置电路,2.4 放大器的组成及性能指标,2.5 放大器图解分析法,2.6 放大器交流等效电路分析法,2.7 共集电极,放大器,和共基极放大,器,2.8 放大器的级联,2,第二章 基本放大电路2.1 双极型晶体管的工作原理2,2.1.1,基本结构,B,E,C,N,N,P,基极 base,发射极 emitter,集电极 collector,NPN,型,P,N,P,集电极,基极,发射极,PNP,型,2.1,双极型晶体管的工作原理,(bipolar junction transistor),C,E,B,3,2.1.1 基本结构BECNNP基极 base发射极 emi,B,E,C,I,B,I,E,I,C,NPN,型三极管,B,E,C,I,B,I,E,I,C,PNP,型三极管,4,BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射区：掺,杂浓度较高,5,BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,发射结,集电结,两种结构,三个区,两个PN结,三个极,四种偏置组合,三种组态,6,BECNNP基极发射极集电极发射结集电结两种结构6,2.1.2,电流放大原理,B,E,C,N,N,P,E,B,R,B,E,C,I,E,进入,P,区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流,I,BN,，多数扩散到集电结。,直流偏置,发射结加正向电压集电结加反向电压,R,C,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流,I,EN,。,I,BN,基区空穴向发射区的扩散形成,I,EP,可忽略。,I,EP,一、载流子传输过程,7,2.1.2 电流放大原理BECNNPEBRBECIE进入P区,R,C,B,E,C,N,N,P,E,B,R,B,E,C,I,E,集电结反偏，有少子形成的反向电流,I,CBO,。,I,CBO,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,I,BN,I,CN,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成,I,CN,。,8,RCBECNNPEBRBECIE集电结反偏，有少子形成的反向,I,B,=,I,BN,-,I,CBO,I,B,B,E,C,N,N,P,E,B,R,B,E,C,I,E,I,CBO,I,CN,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,I,BN,I,E,I,EN,=,I,BN,+,I,CN,R,C,9,IB=IBN-ICBOIBBECNNPEBRBECIEIC,I,CN,与,I,BN,之比称为共发射极直流电流放大倍数,含义：基区复合一个电子，则有 个扩散到集电区。范围：20 200,二、电流分配关系,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,I,B,=,I,BN,-,I,CBO,I,E,I,EN,=,I,BN,+,I,CN,10,ICN与IBN之比称为共发射极直流电流放大倍数含义：基区复合,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,I,CN,=,I,C,-,I,CBO,定义：,，称为穿透电流,I,B,=0,I,C,I,B,=,I,BN,-,I,CBO,11,IC=ICN+ICBOICN=IC-ICBO定义：，,忽略,I,CEO,，,有,当1时，I,C,I,E,12,忽略ICEO，有当1时，ICIE12,共基极直流,电流放大倍数,一般约为0.97 0.99,13,共基极直流电流放大倍数一般约为0.97 0.9913,I,B,B,E,C,N,N,P,E,B,R,B,E,C,I,E,I,CN,I,BN,R,C,三、晶体管的放大作用,14,IBBECNNPEBRBECIEICNIBNRC三、晶体管,开关工作,BE结 BC结 工作状态,正偏 正偏,反偏 反偏,正偏 反偏,反偏 正偏,饱和,截止,放大,倒置,四种工作状态,15,正偏,三种组态,共发射极组态,发射极作为公共电极 用,CE,表示,共基极组态,基极作为公共电极 用,CB,表示,共集电极组态,集电极作为公共电极 用,CC,表示,2.2,晶体管伏安特性曲线及参数,16,三种组态 共发射极组态 发射极作为公共电极 用CE表示,实验线路,i,C,m,A,A,V,V,u,CE,u,BE,R,B,i,B,E,C,E,B,R,C,2.2.1 晶体管共发射极特性曲线,17,实验线路iCmAAVVuCEuBERBiBECEBRC2,一、,输入特性,U,CE,1V,i,B,(,A),u,BE,(V),20,40,60,80,0.4,0.8,工作压降：硅管,U,BE,0.60.7V,锗管,U,BE,0.20.3V。,U,CE,=0V,U,CE,=0.5V,死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。,18,一、输入特性UCE 1ViB(A)uBE(V)20406,基区调宽效应,当,U,CE,0,时，由于BC结反偏，随着,U,CE,增大，BC结空间电荷区变厚，基区变薄，内部复合减弱，致使基极电流变小，称为基区调宽效应。,19,基区调宽效应当UCE0时，由于BC结反偏，随着UCE增大,二、,输出特性,I,C,(,m,A ),1,2,3,4,U,CE,(V),3,6,9,12,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,此区域满足,I,C,=,I,B,称为线性区（放大区）。,当,U,CE,大于一定的数值时，,I,C,只与,I,B,有关，,I,C,=,I,B,。,20,二、输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912I,I,C,(,m,A ),1,2,3,4,U,CE,(V),3,6,9,12,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,此区域中,U,BE,0,U,CE,U,BE,集电结正偏，,I,B,I,C,，,U,CE（sat）,称为饱和压降。,临界饱和 BE结正偏 BC结零偏,21,IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020,I,C,(,m,A ),1,2,3,4,U,CE,(V),3,6,9,12,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,此区域中:,U,BE,0，,U,BC,I,C,，,深饱和时，,U,CE（,sat,）,0.3V,(3)截止区：,BE结反偏，BC结反偏，,i,B,-,I,CBO,23,输出特性三个区域的特点:放大区：BE结正偏，BC结反偏。(2,例：,=50，,U,SC,=12V，,R,B,=70k，,R,C,=6k,当,U,SB,=,-2V,，2V，5V时，,晶体管的静态工作点,Q,位,于哪个区？,当,U,SB,=-2V时：,I,C,U,CE,I,B,U,SC,R,B,U,SB,C,B,E,R,C,U,BE,I,B,=0，,I,C,=,0,I,C,(sat),临界饱和电流：,Q,位于截止区,24,例：=50，USC=12V，当USB=-2V时：,例：,=50，,U,SC,=12V，,R,B,=70k，,R,C,=6k,当,U,SB,=-2V，,2V,，5V时，,晶体管的静态工作点,Q,位,于哪个区？,I,C,I,C(sat),(=1.88mA),，,Q,位于放大区,。,I,C,U,CE,I,B,U,SC,R,B,U,SB,C,B,E,R,C,U,BE,U,SB,=2V时：,25,例：=50，USC=12V，IC IC(sat),U,SB,=5V时:,例：,=50，,U,SC,=12V，,R,B,=70k，,R,C,=6k,当,U,SB,=-2V，2V，,5V,时，,晶体管的静态工作点,Q,位,于哪个区？,I,C,U,CE,I,B,U,SC,R,B,U,SB,C,B,E,R,C,U,BE,Q,位于饱和区，此时,I,C,和,I,B,已不是 倍的关系。,26,USB=5V时:例：=50，USC=12V，ICU,三、,温度的影响,I,CBO,硅 温度每上升10，增加1倍,硅 温度每上升1，增加0.5%1%,u,BE、,、,I,CBO,都是温度的函数,u,BE,硅 温度每上升1，减小22.5mV,27,三、温度的影响ICBO 硅 温度每上升10，增加1,（1）输入特性,T,u,BE,T,特性曲线左移,（2）输出特性,T,I,CBO,I,C,T,I,C,T,曲线 上移,i,C,增加，间隔加大,28,（1）输入特性28,四、主要参数,共射直流,电流放大倍数：,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为,I,B,，,相应的集电极电流变化为,I,C,，,则,交流电流放大倍数,为：,1.,电流放大倍数,和,29,四、主要参数共射直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的,例：,U,CE,=6V,时,：,I,B1,=10,A,I,C1,=1mA；,I,B 2,=20 A,I,C 2,=2mA。,在以后的计算中，一般作近似处理：,=,30,例：UCE=6V时：IB1=10 A,IC1=1,2.,集电极反向饱和电流,I,CBO,A,I,CBO,I,CBO,是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,31,2.集电极反向饱和电流ICBOAICBOICBO是集电结反,B,E,C,N,N,P,I,CBO,I,CEO,=,I,BE,+,I,CBO,I,BE,I,BE,I,CBO,进入,N,区，形成,I,BE,。,根据放大关系，由于,I,BE,的存在，必有电流,I,BE,。,集电结反偏有,I,CBO,3,.,集电极穿透电流,I,CEO,I,CEO,受温度影响很大，当温度上升时，,I,CEO,增加很快，所以,I,C,也相应增加。,三极管的温度特性较差,。,32,BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO IBE,4.集电极最大电流,I,CM,集电极电流,I,C,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,I,CM,。,5.集-射极反向击穿电压,当集-射极之间的电压,U,CE,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,。,33,4.集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的值,6.集电极最大允许功耗,P,CM,集电极电流,I,C,流过三极管，,所发出的焦耳,热为：,P,C,=,I,C,U,CE,会导致结温,上升，所以,P,C,有限制。,P,C,P,CM,I,C,U,CE,I,C,U,CE,=,P,CM,I,CM,U,(BR)CEO,安全工作区,34,6.集电极最大允许功耗PCM 集电极电流IC PC=IC,2.3 放大的概念和放大电路的 主要性能指标,35,2.3 放大的概念和放大电路的,2.3.1 放大的概念,电子学中放大是将微弱的,变化信号,放大成较大的,变化信号,。,本质：能量的转换和控制,能量守恒,特征：功率放大 前提：不失真,有源器件,36,2.3.1 放大的概念电子学中放大是将微弱的变化信号放大成较,本课程涉及的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端口网络表示，如图：,U,i,U,o,A,u,信号可以分解为若干正弦信号（谐波）的叠加，放大电路以正弦波作为测试信号。,37,本课程涉及的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口,符号规定,U,A,大写字母、大写下标，表示直流量。,u,A,小写字母、大写下标，表示全量。,u,a,小写字母、小写下标，表示交流分量。,u,A,u,a,全量,交流分量,t,U,A,直流分量,U,a,大写字母、小写下标，表示正弦信号有效值。,38,符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大,2.3.2
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