模拟电路及技术基础课件-2-双极型晶体管及其放大电路.ppt

2-1,第二章 双极型晶体管及其放大电路,模拟电子技术基础,2-2,第二章 基本放大电路,§2.1 双极型晶体管的工作原理 §2.2 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,2-3,,2.1.1 基本结构,基极 base,发射极 emitter,集电极 collector,NPN型,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),2-4,NPN型三极管,PNP型三极管,2-5,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,2-6,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,2-7,2.1.2 电流放大原理,,,EB,RB,EC,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBN ，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,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IEN。

IBN,一、 载流子传输过程,2-8,,,,EB,RB,EC,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBOIC=ICN+ICBO,,IBN,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ICN2-9,IB=IBN -ICBO,,,,EB,RB,EC,IBN,,IE IEN =IBN+ICN,2-10,ICN与IBN之比称为共发射极直流电流放大倍数,含义：基区复合一个电子，则有 个扩散到集电区范围：20 ~200,二、 电流分配关系,IC=ICN+ICBO,IB=IBN -ICBO,IE IEN =IBN+ICN,2-11,,定义：,，称为穿透电流,IB=IBN -ICBO,2-12,忽略ICEO ，有,当β1时，IC≈IE,2-13,共基极直流电流放大倍数,一般约为0.97 ~ 0.99,2-14,三、 晶体管的放大作用,2-15,,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,2-16,三种组态,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,2-17,实验线路,2.2.1 晶体管共发射极特性曲线,2-18,一、输入特性,,,工作压降： 硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。

死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V2-19,基区调宽效应,当UCE0时，由于BC结反偏， 随着UCE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2-20,二、输出特性,IC(mA ),,,,,,,,此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB2-21,,此区域中 UBE 0, UCEUBE ,集电结正偏， IBIC， UCE （sat）称为饱和压降临界饱和 BE结正偏 BC结零偏,2-22,,此区域中 : UBE 0， UBC 0， IB≤0,称为截止区2-23,输出特性三个区域的特点:,放大区：BE结正偏，BC结反偏 有： IC=IB , 且 IC =   IB,(2) 饱和区：BE结正偏，BC结零偏， 临界饱和 BE结正偏，BC结正偏， 饱和 即：UCEUBE ， IBIC， 深饱和时，UCE（sat）0.3V,(3) 截止区： BE结反偏，BC结反偏，iB≤ - ICBO,2-24,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,当USB = -2V时：,IB=0 ， IC=0,IC(sat) 临界饱和电流：,Q位于截止区,2-25,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,IC IC(sat) (=1.88mA) ， Q位于放大区。

USB =2V时：,2-26,USB =5V时:,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,Q 位于饱和区，此时IC 和IB 已不是  倍的关系2-27,三、温度的影响,ICBO 硅 温度每上升10℃，增加1倍,β 硅 温度每上升1℃，增加0.5%~1%,uBE 、β、ICBO 都是温度的函数,uBE 硅 温度每上升1℃，减小2~2.5mV,2-28,（1）输入特性  T  uBE ↓ T 特性曲线左移 （2）输出特性 T  ICBO IC T     IC T 曲线 上移, iC增加，间隔加大,2-29,四、主要参数,共射直流电流放大倍数：,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：,1. 电流放大倍数和 ,2-30,例：UCE=6V时：IB1 = 10 A, IC1 =1mA； IB 2= 20 A, IC 2=2mA在以后的计算中，一般作近似处理： =,2-31,2.集电极反向饱和电流ICBO,ICBO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。

2-32,,,,,,,B,E,C,N,N,P,,,,ICBO进入N区，形成IBE根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE集电结反偏有ICBO,3. 集电极穿透电流ICEO,ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加三极管的温度特性较差2-33,4.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ICM5.集-射极反向击穿电压,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)CEO2-34,6. 集电极最大允许功耗PCM,集电极电流IC 流过三极管， 所发出的焦耳 热为：,PC =ICUCE,会导致结温 上升，所以PC 有限制PCPCM,,ICUCE=PCM,,安全工作区,2-35,§2.3 放大的概念和放大电路的 主要性能指标,2-36,2.3.1 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,2-37,,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和输出口的四端口网络表示，如图：,Au,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2-38,符号规定,UA,大写字母、大写下标，表示直流量uA,小写字母、大写下标，表示全量ua,小写字母、小写下标，表示交流分量uA,,,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,Ua,大写字母、小写下标，表示正弦信号有效值2-39,2.3.2 放大电路的性能指标,一、放大倍数A,电压放大倍数，无量纲有时用分贝表示：,电流放大倍数，无量纲,2-40,互导放大倍数，单位西门子（S）,互阻放大倍数，单位欧姆（Ω ）,2-41,二、输入电阻Ri,放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小定义：,即：Ri越大，Ii 就越小，Ui就越接近US,2-42,三、输出电阻Ro,放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻2-43,如何确定电路的输出电阻Ro ？,步骤：,1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。

2. 加压求流方法一： 计算,,,2-44,方法二：测量1. 测量开路电压2. 测量接入负载后的输出电压步骤：,3. 计算,2-45,四、通频带,通频带：,fbw=fH–fL,放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线,2-46,作业：1，3，4,。