第二章晶体三极管精选PPT.ppt

第二章晶体三极管第1页，本讲稿共44页晶体三极管的结构晶体三极管的结构晶体三极管的结构晶体三极管的结构发射结 集电结基极发射极 集电极晶体三极管是由两个PN结组成的，但发射区掺杂浓度比集电区浓度大。发射区基区 集电区第2页，本讲稿共44页三极管电流放大作用三极管电流放大作用三极管电流放大作用三极管电流放大作用半导体三极管在放大工作状态时：1一定要加上适当的直流偏置电压。2 发射结加正向电压，集电结加反向电压。第3页，本讲稿共44页三极的工作原理三极的工作原理 发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为IEN。从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为IEP。（这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。）进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，被集电极所收集，形成集电极电流ICN。在基区被复合的电子形成的电流是 IBN。另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流ICBO。很小的基极电流很小的基极电流IB，就可以控制较大的集电极电流，就可以控制较大的集电极电流IC，从而实现，从而实现了放大作用。了放大作用。第4页，本讲稿共44页半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线 iB是输入电流，vBE是加在B、E两极间的输电压。输入特性曲线 iB=f(vBE)vCE=常数 共发射极接法的输入特性曲线其中vCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线，当vCE1V时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，IC/IB 增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但vCE再增加时，曲线右移很不明显。导通电压锗管 0.10.3V硅管 0.60.8V第5页，本讲稿共44页输出特性曲线 iC=f(vCE)iB=常数 iC是输出电流，vCE是输出电压。放大区：放大区：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏截止区：截止区：IB=0以下的区域。饱和区：饱和区：发射结和集电结均为正偏。发射结和集电结均为正偏。IC随着VCE的变化而迅速变化。工程上以VCE=0.3伏作为放大区和饱和区的分界线。VCE大于0.7 V左右(硅管)。发射结和集电结均为反偏。发射结和集电结均为反偏。第6页，本讲稿共44页 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-+正偏正偏反偏反偏-+-正偏正偏反偏反偏+-放大放大VcVbVe放大放大VcVbVe发射结和集电结均为反偏。发射结和集电结均为反偏。发射结和集电结均为正偏。发射结和集电结均为正偏。第7页，本讲稿共44页 测得VB=4.5 V、VE=3.8 V、VC=8 V，试判断三极管的工作状态。放大放大第8页，本讲稿共44页半导体三极管的参数1 电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数 1.共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 =IC/IB vCE=const 在输出特性曲线上求在输出特性曲线上求在放大区在放大区 值基本不变，值基本不变，通过垂直于通过垂直于X 轴的直线轴的直线由由 IC/IB求得求得当当ICBO和和ICEO很小时，很小时，第9页，本讲稿共44页2 极间反向电流极间反向电流 1）.集电极基极间反向饱和电流ICBO ICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。2）集电极发射极间的反向饱和电流）集电极发射极间的反向饱和电流ICEO相当基极开路时，集电极和发射极间的反向相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应那条曲线所对应的的Y坐标的数值。坐标的数值。第10页，本讲稿共44页3）特征频率）特征频率fT 三极管的三极管的 值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的 将会下降。当将会下降。当 下降到下降到1时时所对应的频率称为特征频率，用所对应的频率称为特征频率，用fT表示。表示。集电极最大允许电流ICM 三极管集电极最大允许电流三极管集电极最大允许电流ICM。当。当ICICM时，管子性能将显著下降，时，管子性能将显著下降，甚至甚至会损坏会损坏三极管三极管。集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICVCBICVCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用在集电结上。在计算时往往用VCE取代取代VCB。3.极限参数第11页，本讲稿共44页半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管材料材料器件的种类器件的种类同种器件型号的序号同种器件型号的序号同一型号中的不同规格同一型号中的不同规格三极管三极管第12页，本讲稿共44页15 基本放大电路基本放大电路 基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本放大电路。15.1 15.1 放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标(1)放大倍数(2)输入电阻Ri(3)输出电阻Ro(4)通频带第13页，本讲稿共44页(1)(1)放大倍数放大倍数 输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。电压放大倍数电压放大倍数电流放大倍数电流放大倍数功率放大倍数功率放大倍数第14页，本讲稿共44页(2)输入电阻 Ri 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri大,放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。可以把放大电路看成信号源的负载电阻.第15页，本讲稿共44页(3)输出电阻Ro 输出电阻是表明放大电路带负载的能力，输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大大,表明放表明放大电路带负载的能力差，反之则强。输出电阻是放大电路输出大电路带负载的能力差，反之则强。输出电阻是放大电路输出端看进去的等效电阻端看进去的等效电阻.注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。第16页，本讲稿共44页(4)通频带 BW相应的频率相应的频率fL称为下限频率，称为下限频率，fH称为上限频率称为上限频率。放放大大电电路路的的增增益益A(f)是是频频率率的的函函数数。在在低低频频段段和和高高频频段段放放大大倍倍数数都都要要下下降降。当当A(f)下下降降到中频电压放大倍数到中频电压放大倍数A0的的 1/时时，即，即第17页，本讲稿共44页15.2 基本放大电路的组成基本放大电路的组成15.2.1 共发射极基本放大电路组成共发射极基本放大电路组成 共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE第18页，本讲稿共44页15.2.2 .2 基本放大电路各元件作用基本放大电路各元件作用基本放大电路各元件作用基本放大电路各元件作用 晶体管晶体管晶体管晶体管T T-放大元放大元放大元放大元件件件件,i iC C=i iB B。要保。要保。要保。要保证集电结反偏证集电结反偏证集电结反偏证集电结反偏,发发发发射结正偏射结正偏射结正偏射结正偏,使晶体使晶体使晶体使晶体管工作在放大区管工作在放大区管工作在放大区管工作在放大区 。基极电源基极电源基极电源基极电源E EB B与基极与基极与基极与基极电阻电阻电阻电阻R RB B-使发射结使发射结使发射结使发射结 处于正偏，并提供大处于正偏，并提供大处于正偏，并提供大处于正偏，并提供大小适当的基极电流。小适当的基极电流。小适当的基极电流。小适当的基极电流。共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE第19页，本讲稿共44页集电极电源集电极电源集电极电源集电极电源E EC C-为为为为电路提供能量。并电路提供能量。并电路提供能量。并电路提供能量。并保证集电结反偏。保证集电结反偏。保证集电结反偏。保证集电结反偏。集电极电阻集电极电阻集电极电阻集电极电阻R RC C-将将将将变化的电流转变为变化的电流转变为变化的电流转变为变化的电流转变为变化的电压。变化的电压。变化的电压。变化的电压。耦合电容耦合电容耦合电容耦合电容C C1 1、C C2 2-隔离输入、输出隔离输入、输出隔离输入、输出隔离输入、输出与放大电路直流的与放大电路直流的与放大电路直流的与放大电路直流的联系，同时使信号联系，同时使信号联系，同时使信号联系，同时使信号顺利输入、输出。顺利输入、输出。顺利输入、输出。顺利输入、输出。信信信信号号号号源源源源负载负载负载负载共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE第20页，本讲稿共44页15.2 基本放大电路的组成基本放大电路的组成单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCE iCiBiE第21页，本讲稿共44页15.2.3 共射放大电路的电压放大作用共射放大电路的电压放大作用UBEIBICUCE无输入信号无输入信号(ui=0)时时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO第22页，本讲稿共44页ICUCEOIBUBEO结论：结论：(1)(1)无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流电压和电流电压和电流电压和电流:I IB B、U UBEBE和和和和 I IC C、U UCECE 。(I IB B、U UBEBE)和和和和(I IC C、U UCECE)分别对应于输入、输出特性曲分别对应于输入、输出特性曲分别对应于输入、输出特性曲分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为线上的一个点，称为线上的一个点，称为线上的一个点，称为静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点。QIBUBEQUCEIC第23页，本讲稿共44页UBEIB无输入信号无输入信号(ui=0)时时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号有输入信号有输入信号有输入信号(u ui i 0)0)时时时时 uCE=UCC iC RC uo 0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC15.2.3 共射放大电路的电压放大作用共射放大电路的电压放大作用+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCE iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO第24页，本讲稿共44页结论：结论：(1)(1)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大 小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了 一个交流量，但方向始终不变。一个交流量，但方向始终不变。一个交流量，但方向始终不变。一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量动态分析动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析静态分析第25页，本讲稿共44页结论：结论：(2)(2)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。即电路具有电压放大作用。即电路具有电压放大作用。即电路具有电压放大作用。(3)(3)输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差180180，即共发射极电路具有反相作用。即共发射极电路具有反相作用。即共发射极电路具有反相作用。即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO第26页，本讲稿共44页1.1.实现放大方法实现放大方法实现放大方法实现放大方法 (1)(1)晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集 电结反偏。电结反偏。电结反偏。电结反偏。(2)(2)正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大 区。区。区。区。(3)(3)输入回路将变化的电压转化成变化的基极电输入回路将变化的电压转化成变化的基极电输入回路将变化的电压转化成变化的基极电输入回路将变化的电压转化成变化的基极电 流。流。流。流。(4)(4)输出回路将变化的集电极电流转化成变化的输出回路将变化的集电极电流转化成变化的输出回路将变化的集电极电流转化成变化的输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。第27页，本讲稿共44页 (1)静态和动态 静态静态:时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称也称直流工作状态直流工作状态。放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路分直流通路和交流通路。动态动态:时，放大电路的工作状时，放大电路的工作状 态，也称态，也称交流工作状态交流工作状态。第28页，本讲稿共44页 直流电源和耦合电容对交流相当于短路(2)直流通路和交流通路 (a)直流通路 直流通路 无信号时电流（直流电流）的通无信号时电流（直流电流）的通无信号时电流（直流电流）的通无信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点路，用来计算静态工作点路，用来计算静态工作点路，用来计算静态工作点。将电容开路.交流通路 有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电有信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。阻、输出电阻等动态参数。阻、输出电阻等动态参数。阻、输出电阻等动态参数。(b)交流通路第29页，本讲稿共44页(3)放大原理 输入信号通过耦合电容加在三极管的发射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：结于是有下列过程：三极管放大作用 变化的 通过 转变为变化的输出第30页，本讲稿共44页例：例：例：例：画出下图放大电路的直流通路画出下图放大电路的直流通路画出下图放大电路的直流通路画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点Q Q(IB、IC、UCE)对直流信号电容对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）可看作开路（即将电容断开）断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiE第31页，本讲稿共44页RBRCuiuORLRSes+对交流信号对交流信号对交流信号对交流信号(有输入信号有输入信号有输入信号有输入信号u ui i时的交流分量时的交流分量时的交流分量时的交流分量)XC 0，C 可看作短可看作短路。忽略电源的内阻，路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短流电源对交流可看作短路。路。短路短路短路短路对地短路对地短路交流通路交流通路交流通路交流通路 用来计算电压放用来计算电压放用来计算电压放用来计算电压放大倍数、输入电阻、大倍数、输入电阻、大倍数、输入电阻、大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参输出电阻等动态参输出电阻等动态参输出电阻等动态参数。数。数。数。+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiE第32页，本讲稿共44页 放大电路的静态分析放大电路的静态分析静态：静态：静态：静态：放大电路无信号输入（放大电路无信号输入（ui=0）时的工作状态。）时的工作状态。分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：估算法、图解法。估算法、图解法。分析对象：分析对象：分析对象：分析对象：各极电压电流的直流分量。各极电压电流的直流分量。所用电路：所用电路：所用电路：所用电路：放大电路的直流通路。放大电路的直流通路。设置设置设置设置Q Q点的目的：点的目的：点的目的：点的目的：(1)使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；使放大电路的放大信号不失真；(2)2)使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。的基础。的基础。的基础。静态工作点静态工作点Q：IB、IC、UCE 。静态分析：静态分析：确定放大电路的静态值。确定放大电路的静态值。第33页，本讲稿共44页直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点直流通路用来计算静态工作点Q Q(IB、IC、UCE)对直流信号电容对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）可看作开路（即将电容断开）断开断开断开断开+UCCRBRCT+UBEUCEICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEuCE iCiBiE2.1用估算法计算静态工作点用估算法计算静态工作点用估算法计算静态工作点用估算法计算静态工作点第34页，本讲稿共44页2.1用估算法计算静态工作点用估算法计算静态工作点用估算法计算静态工作点用估算法计算静态工作点+UCCRBRCT+UBEUCEICIBUCC=UBE+I B RBI B=UCC-UBE/RB UCC/RB 若若UCC UBE I C=I B +I CEO I B UCE=UCC-I C RC第35页，本讲稿共44页例例例例1 1：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：解：注意：注意：注意：注意：电路中电路中电路中电路中I IB B 和和和和 I IC C 的数量级不同的数量级不同的数量级不同的数量级不同+UCCRBRCT+UBEUCEICIB第36页，本讲稿共44页例例例例2 2：用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。由例由例由例由例1 1 1 1、例、例、例、例2 2 2 2可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算静态值静态值静态值静态值的公式也不同。的公式也不同。的公式也不同。的公式也不同。由由KVL可得：可得：由由KVL可得：可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB第37页，本讲稿共44页放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法 静态工作状态的计算分析法静态工作状态的计算分析法 IB、IC和和VCE这些量代表的工作状态称为这些量代表的工作状态称为静态工作点静态工作点，用用Q表示。在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对表示。在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位地的电位VB、VE和和VC即可确定三极管的静态工作状态即可确定三极管的静态工作状态。根据直流通路对放大电路的静态进行计算根据直流通路对放大电路的静态进行计算第38页，本讲稿共44页静态工作状态的图解分析法静态工作状态的图解分析法2.由直流负载线VCE=VCCICRC VCC 、VCC/Rc3.得到Q点的参数IB 、IC 和VCE 。1.在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可画出直流负载线。第39页，本讲稿共44页2.22.2静态图解法静态图解法静态图解法静态图解法UBE=UCC-RBIBIB=IBQ下页输入回路静态图解：输入回路静态图解：iB=（uBE）UBE=UBEQ线性部分非线性部分线性部分UCCUCCRBUBEQIBQiBuBE返回RBRCI IC CI IB BU UCECEU UBEBE+U UCCCCUCCUCCU UCECEI IC C+I IB BU UBEBE+RBRCQB0 0第40页，本讲稿共44页UCE=UCC RCICIB=IBQICQUCEQQUCCUCCRCiCuCE0IC=f（UCE）IB=常量常量输出回路静态图解输出回路静态图解IC=ICQUCE=UCEQ直流负载线返回UCCUCCU UCECEI IC C+I IB BU UBEBE+RBRC第41页，本讲稿共44页iCuCEIB=IBQICQUCEQQ UCCUCCRC0输入、输出回路静态图解分析输入、输出回路静态图解分析UBE=UBEQIB=IBQUCE=UCEQIC=ICQUCCUCCRBIBQiBuBEQUBEQ返回第42页，本讲稿共44页 图图(a)(a)中，没有设置静中，没有设置静态偏置，不能放大。态偏置，不能放大。图图(b)(b)中，有静态偏置中，有静态偏置,但但ui被被EB 短路，不能引起短路，不能引起i iB B的变化，所的变化，所以不能放大。以不能放大。UCCRCC1C2TRLuoui(a)+_+_RBUCCRCC1C2TRLuouiEB(b)_+如图所示电路，能否放大交流信号？请说明理由如图所示电路，能否放大交流信号？请说明理由。思考与思考与思考与思考与练习练习练习练习+返回第43页，本讲稿共44页图图(c)(c)中，有静态偏置中，有静态偏置,有变化的有变化的iB和和ic,但因但因没有没有RC，不能把集电极电流，不能把集电极电流的变化转化为电压的的变化转化为电压的变化送到输出端变化送到输出端,所所以不能放大交流电压以不能放大交流电压信号。信号。U UCCCCC C2 2T TR RL Lu uo ou ui iR RB B(c)(c)C C1 1+_+_+返回第44页，本讲稿共44页