第4章-晶体三极管及其基本放大电路ppt课件.ppt

第四章 晶体三极管及其基本放大电路4.1 晶体三极管4.2 放大电路的组成原则4.3 放大电路的基本分析方法4.4 晶体管放大电路的三种接法4.5 放大电路的频率响应4.1 晶体三极管一、晶体管的结构和符号二、晶体管的电流放大作用三、晶体管的共射特性曲线四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数Bipolar Junction Transistors (BJTs) 晶体管又称三极管、双极型晶体管一、晶体管的结构和符号结构、符号和分类NNP发射极 E基极 B集电极 C发射结集电结 基区 发射区 集电区emitterbasecollectorNPN 型PPNEBCPNP 型ECBECB晶体管有三个极、三个区、两个PN结2）基区要制造得很薄且掺杂浓度很低三极管的结构特点:（1）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度3）集电结面积较大，便于收集载流子和散热晶体管实现电流放大的内部条件分类：按材料分： 硅管、锗管按功率分： 小功率管 1 W中功率管 0.5 1 W1. 三极管放大的条件内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部条件发射结正偏集电结反偏2. 满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极二、 电流分配与放大原理3. 三极管内部载流子的传输过程少数载流子的运动基区空穴的扩散因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区 ，基区空穴扩散到发射区形成电流IEP；I C = ICN + ICBO 扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。

各区的多子及少子？4. 三极管的电流分配关系 当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBO集电结反向电流穿透电流直流电流放大系数IE = IC + IB 电流分配： IEIBIC IE扩散运动形成的电流 IB复合运动形成的电流 IC漂移运动形成的电流交流电流放大系数三、 晶体三极管的共射特性曲线1、输入特性输入回路输出回路与二极管特性相似特性基本重合(电流分配关系确定)特性右移(因集电结开始吸引电子)导通电压 UBE(on)硅管： (0.6 0.8) V锗管： (0.2 0.3) V取 0.7 V取 0.2 V为什么像PN结的伏安特性？为什么UCE增大曲线右移？为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？ 对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线2、输出特性iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43211. 截止区： IB 0 IC = ICEO 0条件：两个结反偏截止区ICEO对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。

iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 放大区：放大区截止区条件： 发射结正偏 集电结反偏特点： 水平、等间隔ICEOiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43213. 饱和区：uCE u BEuCB = uCE u BE 0条件：两个结正偏特点：IC IB临界饱和时： uCE = uBE深度饱和时：0.3 V (硅管)UCE(SAT)=0.1 V (锗管)ICEO截止区放大区饱和区 为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？晶体管的三个工作区域 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC 状态uBEiCuCE截止UonICEOVCC放大 UoniB uBE饱和 UoniB uBE3、温度对特性曲线的影响（1） 温度升高，输入特性曲线向左移温度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍OT2 T1（2） 温度升高，输出特性曲线向上移。

温度每升高 1C， (0.5 1)%输出特性曲线间距增大四、 晶体三极管的主要参数1、电流放大系数1. 共发射极电流放大系数iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数 交流电流放大系数一般为几十 几百QiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 共基极电流放大系数 1 一般在 0.98 以上 Q2、极间反向饱和电流CB 极间反向饱和电流 ICBO，CE 极间反向饱和电流 ICEO3、极限参数（1） ICM 集电极最大允许电流，超过时 值明显降低2） PCM 集电极最大允许功率损耗 PC = iC uCEiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全 工 作 区U（BR）CEOuCE=1V时的iC就是ICMU(BR)CBO 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压3） U(BR)CEO 基极开路时 C、E 极间反向击穿电压U(BR)EBO 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBO讨论：利用Multisim测试晶体管的输出特性五、 光敏晶体管和耦合器件 普通晶体管是用基极电流的大小来控制集电极电流，而光敏晶体管是用入射光照度E来控制集电极电流的。

1、光敏晶体管五、 光敏晶体管和耦合器件 光照时，集电极电流ICEO很小，称为暗电流由光照时，ICBO和ICEO增大，这时的集电极电流称为光电流符号2、光耦合器件 常用的光耦合器件由发光二极管与光敏晶体管组合而成输入信号由发光二极管转换为光信号，再经光敏晶体管转换为电信号输出由于输入与输出之间没有直接的电连接，实现输入、输出之间的电隔离，抗干扰能力强小 结第 1 章三、两种半导体放大器件双极型半导体三极管(晶体三极管 BJT)单极型半导体三极管(场效应管 FET)两种载流子导电多数载流子导电晶体三极管1. 形式与结构NPNPNP三区、三极、两结2. 特点基极电流控制集电极电流并实现放大放大条件内因：发射区载流子浓度高、 基区薄、集电区面积大外因：发射结正偏、集电结反偏3. 电流关系IE = IC + IBIC = IB + ICEO IE = (1 + ) IB + ICEOIE = IC + IBIC = IB IE = (1 + ) IB 4. 特性iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321O0.4 0.8iB / AuBE / V60402080死区电压(Uth)：0.5 V (硅管) 0.1 V (锗管)工作电压(UBE(on) ) ：0.6 0.8 V 取 0.7 V (硅管) 0.2 0.3 V 取 0.3 V (锗管)饱和区截止区iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321放大区饱和区截止区放大区特点：1)iB 决定 iC2)曲线水平表示恒流3)曲线间隔表示受控5. 参数特性参数电流放大倍数 = /(1 ) = /(1 + )极间反向电流ICBOICEO极限参数ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安 全 工 作 区= (1 + ) ICBO四、晶体管电路的基本问题和分析方法三种工作状态状态电流关系 条 件放大I C = IB发射结正偏集电结反偏饱和 I C IB两个结正偏ICS = IBS 集电结零偏临界截止IB U(th) 则导通以 NPN为 例：UBE UB UE放大UE UC UB饱和PNP 管UC UB UC U B饱和2. 电流判别法IB IBS 则饱和IB UBEQ时，已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。

Q？直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路开路画出放大电路的直流通路3、静态工作点的估算将交流电压源短路 将电容开路直流通路的画法：开路RB+VCCRCC1C2RLUi=0RB+VCCRC直流通路用估算法分析放大器的静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE）（1）估算IB（ UBE 0.7V)Rb+VCCRCIBUBERb称为偏置电阻，IB称为偏置电流2）估算UCE、ICIC= IBICRb+VCCRCUCE+-例：用估算法计算静态工作点已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，=37.5解：请注意电路中IB和IC的数量级UBE 0.7VRb+VCCRC二、图解法 应实测特性曲线应实测特性曲线 输入回路负载线QIBQUBEQIBICQUCEQ负载线1. 静态分析：图解二元方程 确定静态工作点RB+VCCRCIBICUCE+-UBE+-(IB,UBE)( IC,UCE )利用外电路方程在特性曲线上作图来分析放大电路的工作状态2、电路参数对静态工作点的影响（1） 改变 RB，其他参数不变uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBR B iB Q 趋近截止区；R B iB Q 趋近饱和区。

2） 改变 RC ，其他参数不变RC Q 趋近饱和区iCuBEiBuCEVCCUCEQICQVCCRC（1） 输出空载时的图解法 3、 用图解法确定动态工作情况30IBQuBE/ViB/A0.7 VQuituBE/VtiBOO+VCCRCC1C2Tuiuo+-+根据ui在输入特性上画出ibibuCE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6直流负载线6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOO30IBQuBE/ViB/A0.7 VQuituBE/VtiBOO根据ib在输出特性上画出ic和uce说明uce和ui反向，同时可以求出电压放大倍数（2）电压放大倍数的分析斜率不变各点波形uo比ui幅度放大且相位相反Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo4. 波形非线性失真分析(1) “Q”过低引起截止失真NPN 管： 顶部失真为截止失真PNP 管： 底部失真为截止失真不发生截止失真的条件：IBQ Ibm OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce截止失真是在输入回路首先产生失真！(2)“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN 管：底部失真为饱和失真。

PNP 管：顶部失真为饱和失真IBS 基极临界饱和电流不发生饱和失真的条件： IBQ + I bm IBSuCEiCt OOiCO tuCEQV CC饱和失真是输出回路产生失真消除方法：增大Rb，减小Rc，减小，减小VBB，增大VCC最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC UCEQ ），取其小者，除以5.接上负载RL时的动态工作情况Rb+VCCRCC1C2RL输出端接入负载RL，不影响Q ，影响动态！对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RB+VCCRCC1C2RLuiuo1/C0交流通路分析动态工作情况(1) 交流通路的画法： 将直流电压源短路，将电容短路RBRCRLuiuo交流通路(2) 交流负载线RbRCRLuiuoicuce其中：uce=-ic（RC/RL） = -ic RL交流量ic和uce有如下关系：这就是说，交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC/RL）= -ic RL或ic=（-1/ RL） uce交流负载线的作法：斜 率为-1/RL RL= RLRc ）经过Q点 ICUCEVCCIB交流负载线直流负载线斜 率为-1/RL RL= RLRc ）经过Q点。

Quiu/RL直流负。