电子技术基础模拟部分ch05.pptx

1华中科技大学 张林 ch055 双极双极结型三极管及其放大型三极管及其放大电路路5.1 双极双极结型三极管（型三极管（BJT）5.2 BJT放大放大电路路 5.3 FET和和BJT及其基本放大及其基本放大电路性能的比路性能的比较*5.4 多多级放大放大电路路2华中科技大学 张林 ch055.1.1 BJT的的结构构简介介5.1.2 BJT的工作原理的工作原理5.1.3 BJT的的IV特性曲特性曲线 5.1.4 BJT的的主要参数主要参数 5.1 双极双极结型三极管（型三极管（BJT）3华中科技大学 张林 ch055.1.1 BJT的的结构构简介介外形外形(a)小功率管小功率管 (b)大功率管大功率管 (c)中功率管中功率管4华中科技大学 张林 ch05结构示意构示意图NPN型管型管结构示意构示意图5.1.1 BJT的的结构构简介介PNP型管型管电路符号路符号PNP型管型管结构示意构示意图NPN型管型管电路符号路符号 半半导体三极管的体三极管的结构示意构示意图如下如下图所示。它有两种所示。它有两种类型：型：NPN型和型和PNP型。型。CollectorBaseEmitter5华中科技大学 张林 ch05结构示意构示意图5.1.1 BJT的的结构构简介介集成集成电路中典型路中典型NPN型型BJT的截面的截面图 结构特点：结构特点：发射区的射区的掺杂浓度最高；度最高；集集电区区掺杂浓度最低，且面度最低，且面积大；大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度度低于低于发射区。射区。6华中科技大学 张林 ch055.1.1 BJT的的结构构简介介5.1.2 BJT的工作原理的工作原理5.1.3 BJT的的I-V特性曲特性曲线 5.1.4 BJT的的主要参数主要参数 5.1 双极双极结型三极管（型三极管（BJT）7华中科技大学 张林 ch05 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子流子传输体体现出来的。出来的。各区域作用各区域作用发射区：射区：发射射载流子流子集集电区：收集区：收集载流子流子基区：基区：传送和控制送和控制载流子流子外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏5.1.2 BJT的工作原理的工作原理8华中科技大学 张林 ch051.内部内部载流子的流子的传输过程程（以（以NPN为例）例）5.1.2 BJT的工作原理的工作原理vCB=-vDiC=-iD9华中科技大学 张林 ch051.内部内部载流子的流子的传输过程程5.1.2 BJT的工作原理的工作原理发射射结正偏，正偏，发射区向基区注入射区向基区注入载流子，基区有了大量与原基区流子，基区有了大量与原基区少数少数载流子相同极性的流子相同极性的载流子。流子。从而集从而集电区收集到大量区收集到大量载流子，流子，形成形成较大的集大的集电极极电流。流。10华中科技大学 张林 ch051.内部内部载流子的流子的传输过程程5.1.2 BJT的工作原理的工作原理改改变发射射结正偏正偏电压，则有不有不同的同的iB和和iE,从而从而导致不同的致不同的iC。11华中科技大学 张林 ch051.内部内部载流子的流子的传输过程程5.1.2 BJT的工作原理的工作原理发射射结正偏正偏电压与与发射极射极电流的关系就是流的关系就是PN结正向特性。正向特性。12华中科技大学 张林 ch05 IC=ICN+ICBOIE=IB+IC2.控制关系的控制关系的实现通常通常 IC ICBO 为电流放大系数。它只与管子的流放大系数。它只与管子的结构尺寸和构尺寸和掺杂浓度度有关，与外加有关，与外加电压无关。一般无关。一般 =0.9=0.9 0.990.99。由于三极管内有两种由于三极管内有两种载流子流子(自由自由电子和空穴子和空穴)参与参与导电，故称，故称为双极双极型三极管或型三极管或BJT(Bipolar Junction Transistor)。5.1.2 BJT的工作原理的工作原理13华中科技大学 张林 ch05 是另一个是另一个电流放大系数。同流放大系数。同样，它也只与管，它也只与管子的子的结构尺寸和构尺寸和掺杂浓度有关，与外加度有关，与外加电压无关。无关。一般一般 1。根据根据IE=IB+IC IC=ICN+ICBO且令且令ICEO=(1+)ICBO（穿透（穿透电流）流）5.1.2 BJT的工作原理的工作原理2.控制关系的控制关系的实现14华中科技大学 张林 ch055.1.2 BJT的工作原理的工作原理 综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极射极电流能流能够通通过基区基区传输，然后到达集，然后到达集电极而极而实现的。的。实现这一一传输过程的两个条件是：程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。度，且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。15华中科技大学 张林 ch053.三极管的三种三极管的三种组态（a）共基极）共基极（b）共）共发射极射极（c）共集）共集电极极iC=iE iC=iB iE=(1+)iB5.1.2 BJT的工作原理的工作原理16华中科技大学 张林 ch055.1.1 BJT的的结构构简介介5.1.2 BJT的工作原理的工作原理5.1.3 BJT的的IV特性曲特性曲线 5.1.4 BJT的的主要参数主要参数 5.1 双极双极结型三极管（型三极管（BJT）17华中科技大学 张林 ch055.1.3 BJT的的I-V特性曲特性曲线 1.共基极共基极连接接时的的I-V特性曲特性曲线输入特性曲入特性曲线基本关系基本关系 随着随着vCB的增加，外加的增加，外加电压增增强了集了集电结内内电场，集，集电结收集收集载流子能力增流子能力增强，使得，使得在同在同样的的vBE下，下，iE略有增加，略有增加，特性曲特性曲线左移。左移。18华中科技大学 张林 ch051.共基极共基极连接接时的的I-V特性曲特性曲线输出特性曲出特性曲线5.1.3 BJT的的I-V特性曲特性曲线 19华中科技大学 张林 ch051.共基极共基极连接接时的的I-V特性曲特性曲线输出特性曲出特性曲线5.1.3 BJT的的I-V特性曲特性曲线 20华中科技大学 张林 ch052.共射极共射极连接接时的的I-V特性曲特性曲线输入特性曲入特性曲线5.1.3 BJT的的I-V特性曲特性曲线 21华中科技大学 张林 ch052.共射极共射极连接接时的的I-V特性曲特性曲线5.1.3 BJT的的I-V特性曲特性曲线 输出特性曲出特性曲线22华中科技大学 张林 ch05vCE=vCB+vBEvCE=0V时，集，集电结正偏，无收正偏，无收集集载流子能力流子能力2.共射极共射极连接接时的的I-V特性曲特性曲线5.1.3 BJT的的I-V特性曲特性曲线 输出特性曲出特性曲线23华中科技大学 张林 ch052.共射极共射极连接接时的的I-V特性曲特性曲线5.1.3 BJT的的I-V特性曲特性曲线 输出特性曲出特性曲线饱和区：和区：iC明明显受受vCE控制的区域，控制的区域，该区域内，一般区域内，一般vCE0.7V(硅管硅管)。此此时，发射结正偏，集电结正偏或发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小反偏电压很小。输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲的曲线的下方。此的下方。此时，vBE小小于死区电压于死区电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，的区域，曲曲线基本平行等距。此基本平行等距。此时，发发射结正偏，集电结反偏射结正偏，集电结反偏。vBE 0.7V或或 0.2V，iC=iB 24华中科技大学 张林 ch055.1.1 BJT的的结构构简介介5.1.2 BJT的工作原理的工作原理5.1.3 BJT的的IV特性曲特性曲线 5.1.4 BJT的的主要参数主要参数 5.1 双极双极结型三极管（型三极管（BJT）25华中科技大学 张林 ch05自学自学5.1.4 BJT的主要参数的主要参数 26华中科技大学 张林 ch055 双极双极结型三极管及其放大型三极管及其放大电路路5.1 双极双极结型三极管（型三极管（BJT）5.2 BJT放大放大电路路 5.3 FET和和BJT及其基本放大及其基本放大电路性能的比路性能的比较*5.4 多多级放大放大电路路27华中科技大学 张林 ch055.2.1 基本基本共射极放大共射极放大电路路5.2.2 BJT放大放大电路的路的图解解分析分析5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型5.2.4 共共射极放大射极放大电路路5.2.5 共共集集电极和共基极放大极和共基极放大电路路5.2 BJT放大放大电路路28华中科技大学 张林 ch055.2.1 基本基本共射极放大共射极放大电路路1.发射射结正偏、集正偏、集电结反偏条件的建立反偏条件的建立直流通路直流通路静静态工作点（工作点（Q点）点）:一般硅管一般硅管VBEQ=0.7V，锗管管VBEQ=0.2V，已知已知。29华中科技大学 张林 ch055.2.1 基本基本共射极放大共射极放大电路路2.动态工作工作过程程30华中科技大学 张林 ch055.2.1 基本基本共射极放大共射极放大电路路5.2.2 BJT放大放大电路的路的图解分析解分析5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型5.2.4 共共射极放大射极放大电路路5.2.5 共共集集电极和共基极放大极和共基极放大电路路5.2 BJT放大放大电路路31华中科技大学 张林 ch055.2.2 BJT放大放大电路的路的图解分析解分析1.静静态工作点工作点vCEVCCiCRc32华中科技大学 张林 ch055.2.2 BJT放大放大电路的路的图解分析解分析2.动态工作情况工作情况33华中科技大学 张林 ch055.2.2 BJT放大放大电路的路的图解分析解分析2.动态工作情况工作情况34华中科技大学 张林 ch055.2.1 基本基本共射极放大共射极放大电路路5.2.2 BJT放大放大电路的路的图解分析解分析5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型5.2.4 共共射极放大射极放大电路路5.2.5 共共集集电极和共基极放大极和共基极放大电路路5.2 BJT放大放大电路路35华中科技大学 张林 ch051.H参数的引出参数的引出在小信号情况下，在小信号情况下，对上两式取全微分得上两式取全微分得用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce 对于于BJT双口网双口网络，已知，已知输入入输出出特性曲特性曲线如下：如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：可以写成：BJT双口网双口网络5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型36华中科技大学 张林 ch051.H参数的引出参数的引出输出端交流短路出端交流短路时的的输入入电阻；阻；输出端交流短路出端交流短路时的正向的正向电流流传输比或比或电流放大系数；流放大系数；vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型37华中科技大学 张林 ch051.H参数的引出参数的引出vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce输入端交流开路入端交流开路时的反向的反向电压传输比；比；输入端交流开路入端交流开路时的的输出出电导。四个参数量四个参数量纲各不相同，故称各不相同，故称为混合参数（混合参数（H参数）。参数）。5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型38华中科技大学 张林 ch052.BJT的的H参数小信号模型参数小信号模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT双口网双口网络 H参数都是小信号参数，即微参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。参数或交流参数。H参数与工作点有关。参数与工作点有关。H参数都是微参数都是微变参数，所以只适合参数，所以只适合对交流信号的分析。交流信号的分析。5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型39华中科技大学 张林 ch053.小信号模型的小信号模型的简化化即即 rbe=hie =hfe T=hre rce=1/hoe一般采用一般采用习惯符号符号则BJT的的H参数模型参数模型为5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型40华中科技大学 张林 ch05 T很小，一般很小，一般为10-3 10-4，rce很大，很大，约为100k ，一般可忽略它一般可忽略它们的影响，得的影响，得到到简化化电路。路。ib 是受控源是受控源，且，且为电流控制流控制电流源流源(CCCS)；电流方向与流方向与ib的方向是关的方向是关联的。的。3.小信号模型的小信号模型的简化化5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型41华中科技大学 张林 ch054.H参数参数值的确定的确定 一般用一般用测试仪测出；出；rbe 与与Q点有关，可用点有关，可用图示示仪测出。出。一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe，即，即 rbb +(1+)re其中其中对于低于低频小功率管小功率管 rbb 200 则 而而 (T=300K)#若用万用表的若用万用表的“欧姆欧姆”档测量档测量b b、e e两极之间的电阻，是否为两极之间的电阻，是否为r rbebe?5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型42华中科技大学 张林 ch055.2.1 基本基本共射极放大共射极放大电路路5.2.2 BJT放大放大电路的路的图解分析解分析5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型5.2.4 共射极放大共射极放大电路路5.2.5 共共集集电极和共基极放大极和共基极放大电路路5.2 BJT放大放大电路路43华中科技大学 张林 ch055.2.4 共射极放大共射极放大电路路例例5.4.1 已知已知图示基极分示基极分压式射极偏置共射极放大式射极偏置共射极放大电路中，路中，VCC=16V，Rb1=56k，Rb2=20k，Re=2k ，Rc=3.3k，RL=6.2k，Rsi=500，BJT的的 =80，rce=100k ，VBEQ=0.7V。设电容容Cb1、Cb2对交流信号可交流信号可视为短路。短路。试计算算Av、Ri、Avs=vo/vs、Ro。解：解：由直流通路求静由直流通路求静态工作点工作点44华中科技大学 张林 ch05例例5.4.1 已知已知图示基极分示基极分压式射极偏置共射极放大式射极偏置共射极放大电路中，路中，VCC=16V，Rb1=56k，Rb2=20k，Re=2k ，Rc=3.3k，RL=6.2k，Rsi=500，BJT的的 =80，rce=100k ，VBEQ=0.7V。设电容容Cb1、Cb2对交流信号可交流信号可视为短路。短路。试计算算Av、Ri、Avs=vo/vs、Ro。解：解：由直流通路求静由直流通路求静态工作点工作点求得求得 IEQ 1.76 mA 5.2.4 共射极放大共射极放大电路路与用与用戴戴维宁维宁等效等效电路方法求得结电路方法求得结果存在误差果存在误差45华中科技大学 张林 ch05动态指指标分析分析画小信号等效画小信号等效电路路解：解：H参数参数 rbe5.2.4 共射极放大共射极放大电路路46华中科技大学 张林 ch05电压增益增益Av5.2.4 共射极放大共射极放大电路路动态指指标分析分析解：解：47华中科技大学 张林 ch05输入入电阻阻Ri5.2.4 共射极放大共射极放大电路路动态指指标分析分析解：解：48华中科技大学 张林 ch05输入入电阻阻Ri 式中式中(1+)Re是是发射射极支路极支路电阻阻Re折算到基极折算到基极支路支路时的等效的等效电阻。阻。发射极支路射极支路电阻折算到基极阻折算到基极支路需要将支路需要将电阻阻扩大大(1+)倍；倍；反之，基极支路反之，基极支路电阻折算到阻折算到发射射极支路需要将极支路需要将电阻阻缩小小(1+)倍。倍。5.2.4 共射极放大共射极放大电路路动态指指标分析分析解：解：49华中科技大学 张林 ch05源源电压增益增益Avs5.2.4 共射极放大共射极放大电路路动态指指标分析分析解：解：50华中科技大学 张林 ch05输出出电阻阻Ro基极回路根据基极回路根据KVL得：得：集集电电极回路根据极回路根据KVL得：得：其中其中得得所以所以5.2.4 共射极放大共射极放大电路路动态指指标分析分析解：解：51华中科技大学 张林 ch05输出出电阻阻Ro通常通常所以所以=3.3 k 5.2.4 共射极放大共射极放大电路路动态指指标分析分析解：解：52华中科技大学 张林 ch05讨论解：解：放大放大电路的路的电压增益增益Av很小，只有很小，只有1.05倍，其原因是倍，其原因是发射极接入了射极接入了电阻阻Re。在两端并。在两端并联一个大一个大电容可以消除容可以消除Re的影的影响。响。5.2.4 共射极放大共射极放大电路路稳定静态工作点53华中科技大学 张林 ch05讨论解：解：此此时小信号等效小信号等效电路路电压增益增益变为输入入电阻阻变为5.2.4 共射极放大共射极放大电路路54华中科技大学 张林 ch055.2.1 基本基本共射极放大共射极放大电路路5.2.2 BJT放大放大电路的路的图解分析解分析5.2.3 BJT的小信号模型的小信号模型5.2.4 共射极放大共射极放大电路路5.2.5 共集共集电极和共基极放大极和共基极放大电路路5.2 BJT放大放大电路路55华中科技大学 张林 ch055.2.5 共集共集电极和共基极放大极和共基极放大电路路1.共共集集电极放大极放大电路路由直流通路由直流通路56华中科技大学 张林 ch05交流通路交流通路小信号等效小信号等效电路路5.2.5 共集共集电极和共基极放大极和共基极放大电路路1.共共集集电极放大极放大电路路57华中科技大学 张林 ch05由由得得电压增益增益其中其中通常有通常有所以所以电压跟随器跟随器5.2.5 共集共集电极和共基极放大极和共基极放大电路路1.共共集集电极放大极放大电路路58华中科技大学 张林 ch05输入入电阻阻输入入电阻大阻大是是发射极支路等效射极支路等效电阻阻折算到基极支路折算到基极支路时的等效的等效电阻。阻。5.2.5 共集共集电极和共基极放大极和共基极放大电路路1.共共集集电极放大极放大电路路59华中科技大学 张林 ch05输出出电阻阻其中其中得得后一部分是基极支路后一部分是基极支路电阻阻 折合到射极支路折合到射极支路时的等效的等效电阻。阻。输出出电阻小阻小5.2.5 共集共集电极和共基极放大极和共基极放大电路路1.共共集集电极放大极放大电路路60华中科技大学 张林 ch05共集共集电极极电路特点：路特点：电压增益小于增益小于1但接近于但接近于1，vo与与vi同相同相 输入入电阻大，阻大，对电压信号源衰减小信号源衰减小 输出出电阻小，阻小，带电压负载能力能力强5.2.5 共集共集电极和共基极放大极和共基极放大电路路1.共共集集电极放大极放大电路路61华中科技大学 张林 ch055.2.5 共集共集电极和共基极放大极和共基极放大电路路2.共基极共基极放大放大电路路62华中科技大学 张林 ch05电压增益：电压增益：输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：共射极共射极电路路共集共集电极极电路路共基极共基极电路路相位关系：相位关系：反相反相同相同相同相同相用途：用途：多多级放大放大电路的中路的中间级输入入级、中、中间级、输出出级高高频或或宽频带电路路3.BJT放大放大电路三种路三种组态的比的比较63华中科技大学 张林 ch055 双极双极结型三极管及其放大型三极管及其放大电路路5.1 双极双极结型三极管（型三极管（BJT）5.2 BJT放大放大电路路 5.3 FET和和BJT及其基本放大及其基本放大电路性能的比路性能的比较*5.4 多多级放大放大电路路64华中科技大学 张林 ch05FET和和BJT内部都含有两个内部都含有两个PN结，外部都有结，外部都有3个电极。它们有如个电极。它们有如下的对应关系：下的对应关系：FET BJT 栅极栅极g 基极基极b 源极源极s 发射极发射极e 漏极漏极d 集电极集电极c 5.3 FET和和BJT及其基本放大及其基本放大电路性能的比路性能的比较65华中科技大学 张林 ch0566华中科技大学 张林 ch05 vBC 0 硅管）硅管）67华中科技大学 张林 ch055 双极双极结型三极管及其放大型三极管及其放大电路路5.1 双极双极结型三极管（型三极管（BJT）5.2 BJT放大放大电路路 5.3 FET和和BJT及其基本放大及其基本放大电路性能的比路性能的比较*5.4 多多级放大放大电路路68华中科技大学 张林 ch051.复合管的主要特性复合管的主要特性5.4.2 共集共集共集放大共集放大电路路复合管复合管两只两只NPN型型BJT组成的复合管成的复合管 rberbe1(1 1)rbe2 69华中科技大学 张林 ch051.复合管的主要特性复合管的主要特性5.4.2 共集共集共集放大共集放大电路路两只两只NPN型型BJT组成的复合管成的复合管 rberbe1(1 1)rbe2 两只两只PNP型型BJT组成的复合管成的复合管 70华中科技大学 张林 ch051.复合管的主要特性复合管的主要特性5.4.2 共集共集共集放大共集放大电路路PNP与与NPN型型BJT组成的复合管成的复合管 NPN与与PNP型型BJT组成的复合管成的复合管 rberbe171华中科技大学 张林 ch051.复合管的主要特性复合管的主要特性5.4.2 共集共集共集放大共集放大电路路MOS管与管与BJT组成的复合管成的复合管end