BJT及放大电路基础资料.ppt
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1、4.1 双极型三极管双极型三极管BJT一个一个PNPN结结二极管二极管单向导电性单向导电性二个二个PNPN结结三极管三极管电流放大(控制)电流放大(控制)4.1.1 BJT的结构简介的结构简介(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管分类:分类:按频率分有高频管、低频管按频率分有高频管、低频管按功率分有小、中、大功率管按功率分有小、中、大功率管按材料分有硅管、锗管按材料分有硅管、锗管按结构分有按结构分有NPNNPN型和型和PNPPNP型型三极管的不同封装形式三极管的不同封装形式金属封装金属封装塑料封装塑料封装大功率管大功率管中功率管中
2、功率管 半导体三极管的结构有两种类型半导体三极管的结构有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。4.1.1 BJT的结构简介的结构简介1. NPN型型NPN管的电路符号管的电路符号2.PNP型型PNP管的电路符号管的电路符号 发射区的掺杂浓度最高;发射区的掺杂浓度最高; 集电区掺杂浓度低于发射集电区掺杂浓度低于发射区,且面积大;区,且面积大; 基区很薄,一般在几个微基区很薄,一般在几个微米至几十个微米,且掺杂米至几十个微米,且掺杂浓度最低。浓度最低。结构特点结构特点:内部条件内部条件4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理管芯结构剖面图管芯结构剖面图+外部条件外部条件放大状态下
3、放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程三极管内有两种载流子三极管内有两种载流子(自由电子和空穴自由电子和空穴)都参与都参与导电,故称为双极型三极管导电,故称为双极型三极管BJT 。发射区发射区:发射载流子:发射载流子集电区集电区:收集载流子:收集载流子基区基区: 传送和控制传送和控制载流子载流子 外部条件外部条件IE=IB+ IC电流分配关系电流分配关系 基极电流传输系数基极电流传输系数 : 集电极电流放大系数集电极电流放大系数 : ECii 1 和和 与管子的结构尺寸和掺杂浓度有与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关。一般关。一般 = 0.9 0.99 , 1。BCii 是所加信
4、号频率的函数,信号频率高是所加信号频率的函数,信号频率高到一定程度时,到一定程度时, 不但数值下降,且产不但数值下降,且产生相移,使生相移,使 数值下降到数值下降到1的信号频率称的信号频率称为特征频率为特征频率fT。3. 3. 三极管的三种组态三极管的三种组态(c) (c) 共集电极接法共集电极接法,集电极作为公共电极,用,集电极作为公共电极,用CCCC表示。表示。(b) (b) 共发射极接法共发射极接法,发射极作为公共电极,用,发射极作为公共电极,用CECE表示;表示;(a) (a) 共基极接法共基极接法,基极作为公共电极,用,基极作为公共电极,用CBCB表示;表示;BJTBJT的三种组态的
5、三种组态共基极放大电路共基极放大电路4. 4. 放大作用放大作用若若 v vI I = 20mV= 20mV电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IO vvvA使使 i iE E = -1 mA= -1 mA,则则 i iC C = = i iE E = -0.98 mA= -0.98 mA, v vO O = - = - i iC C R RL L = 0.98 V= 0.98 V,当 = 0.98 = 0.98 时,时,共基极放大电路只实现电压放大,电流不放大(控制作用)共基极放大电路只实现电压放大,电流不放大(控制作用)两个条件两个条件(1)内部条件:内部条件:发射区杂质浓度远
6、发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度,大于基区杂质浓度,且基区很薄。且基区很薄。(2)外部条件:外部条件:发射结正向偏置,发射结正向偏置,集电结反向偏置。集电结反向偏置。 综上所述,三极管的放大作用,是依靠它的发射极综上所述,三极管的放大作用,是依靠它的发射极电流能够通过基区传输,然后到达集电极而实现的。电流能够通过基区传输,然后到达集电极而实现的。IE=IB+ ICIC=IBIC=IE一组公式一组公式小结小结ecbNPNcbeNPP输入电压的变化输入电压的变化, ,是通过其改变输入电是通过其改变输入电流流, ,再通过输入电流的传输去控制输出再通过输入电流的传输去控制输出电压的变化电压的变化, ,
7、所以所以BJTBJT是一种是一种电流控制器电流控制器件。件。特性曲线是指各特性曲线是指各电电极之间的电压与电极之间的电压与电流之间的关系流之间的关系曲线曲线输入特性曲线输入特性曲线输出特性曲线输出特性曲线4.1.3 BJT4.1.3 BJT的的V V- -I I 特性曲线特性曲线4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const(2) 当当vCE1V时,时, vCB= vCE - - vBE0,集电结已进入反偏状态,开始收,集电结已进入反偏状态,开始收 集电子,基区复合减少,同样的集电子,基区复合减少,同样的vBE下下 IB减小,特性曲线右移。减小,特性曲线
8、右移。(1) 当当vCE=0V时,相当于发射结的正向伏安特性曲线。时,相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线输入特性曲线(以共射极放大电路为例)(以共射极放大电路为例)共射极连接共射极连接工作在放大状态的条件: vCE1V饱和区:饱和区:特征特征IC明显受明显受VCE控制控制该区域内,一般该区域内,一般VCE1V(硅管硅管)。即处于即处于发射结正偏,集电结正偏发射结正偏,集电结正偏或反偏电压很小。或反偏电压很小。截止区:截止区:特征特征IC接近零接近零该区域相当该区域相当IB=0的曲线下方。的曲线下方。此时,此时,发射结反偏或正偏电压很小,发射结反偏或正偏电压很小,集电结反偏。集电
9、结反偏。放大区:放大区:特征特征IC平行于平行于VCE轴轴该区域内,曲线基本平行等距。该区域内,曲线基本平行等距。此时,此时,发射结正偏,集电结反偏。发射结正偏,集电结反偏。2. 2. 输出特性曲线输出特性曲线4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线iC=f(vCE) iB=constBECBCEvvv CBIICBII0CBII共射极连接共射极连接截止:发射结反偏,集电结反偏截止:发射结反偏,集电结反偏BECETHBEvvvv ,BECETHBEvvvv ,BECETHBEvvvv ,BSCSCBBECEiiVvvv )0(练习:练习:测量某硅BJT各电极对地的电压值如下,试判别管子工
10、作在什么区域。(1) VC6V VB0.7V VE0VVBE0.7V VCB5.3V 放大区域放大区域 (2) VC6V VB2V VE1.3VVBE0.7V VCB4V 放大区域放大区域 (3) VC6V VB6V VE5.4VVBE0.6V VCB0V 饱和区域饱和区域 (3) VC6V VB6V VE5.4VVBE0.4V VCB2V 截止区域截止区域 (4) VC6V VB4V VE3.6V(5) VC3.6V VB4V VE3.4VVBE0.6V VCB-0.4V 饱和区域饱和区域 ( (1) 1) 共射极直流电流放大系数共射极直流电流放大系数 = =(I IC CI ICEOCEO
11、)/ /I IB BI IC C / / I IB B v vCECE=const.=const.1. 1. 电流放大系数电流放大系数 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数(2) (2) 共射极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数 = = i iC C/ / i iB B v vCE=const.=const. ( (3) 3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 = =(I IC CI ICBOCBO)/ /I IE EI IC C/ /I IE E ( (4) 4) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = = i iC C/ / i iE E v vCBCB=con
12、st.=const.当当I ICBOCBO和和I ICEOCEO很小时,很小时, 、 ,可以不分。,可以不分。1)1 (eebciiii1与与间的关系:间的关系: 2. 2. 极间反向电流极间反向电流(1) (1) 集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流I ICBOCBO 发射极开路时,集电结的反向饱和电流。发射极开路时,集电结的反向饱和电流。 I ICBOCBO越小越好越小越好小功率硅管小功率硅管1VVE E PNPPNP管:管: V VC C V VB BVVVE E,且,且V VBEBEVVthth截止状态:截止状态:V VBEBEVVVthth,且,且V VCE CE V V
13、BEBEPNPPNP管:管:放大状态:放大状态:V VC C V VB BVVE E,且,且V VBEBEVVVthth饱和状态:饱和状态: V VBEBEVVVB BVVE E放大放大V VBEBE1V1V截止截止饱和饱和V VBEBE0.7V0.7VV VCECE=0.3VV=0.3VVBEBE4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路4.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理基本放大电路:基本放大电路:共射极放大电路共射极放大电路静态工作点静态工作点Q(IB,IC,VCE)电压放大倍数电压放大倍数输入
14、电阻输入电阻Ri共集电极放大电路共集电极放大电路共基极放大电路共基极放大电路分析方法:分析方法:图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法待求量:待求量:输出电阻输出电阻Ro4.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成VBB,Rb:使发使发射极正偏置,射极正偏置,并提供合适的并提供合适的基极偏置电流基极偏置电流VCC :通过通过Rc使使T集电极反偏置集电极反偏置三极管三极管 T 起放大作用。起放大作用。RC:将集电极电流信号将集电极电流信号转换为电压信号。转换为电压信号。分析方法:分析方法:叠加叠加前提:前提:BJT工作在线性区工作在线性区 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原
15、理基本共射极放大电路的工作原理1. 静态静态(直流工作状态直流工作状态)输入信号输入信号vs0时,放大时,放大电路的工作状态称为静电路的工作状态称为静态或直流工作状态。态或直流工作状态。 直流通路直流通路 所有电容开路所有电容开路所有电量大写所有电量大写画直流通路原则:画直流通路原则: 短路,短路, 开路开路svsi电流关系:电流关系:直流通路直流通路 bBEQBBBQRVVI BQCEOBQCQIIII VCEQ=VCCICQRc 硅硅:VBEQ=0.7V锗锗:VBEQ=0.2VIB、IC和和VCE 是是静态工作状态静态工作状态的三个量的三个量,用用Q表示,称为表示,称为静静态工作点态工作点
16、Q( IBQ,ICQ,VCEQ )。)。2. 动态动态 输入正弦信号输入正弦信号vs后,电路后,电路将处在将处在动态工作情况动态工作情况。此时,。此时,BJT各极电流及电压都将在各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号静态值的基础上随输入信号作相应的变化。作相应的变化。 三极管放大作用三极管放大作用 s控制控制vbeBEQBEvVvbBQBiIicCQCiIicRceCEQCEvVv且且svbicicev所有电容短路所有电容短路所有电量小写所有电量小写画交流通路原则:画交流通路原则: , 短路短路BBVCCV交流通路交流通路 分析动态参数时,使用交流通路分析动态参数时,使用交流通路4.3
17、放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.3.1 图解分析法图解分析法4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析3. 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响4. 图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型2. 用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路3. 小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围4.3.1 图解分析法图解分析法1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 vS=0,求,求
18、Q( IBQ、ICQ和和VCEQ )线性线性线性线性非线性非线性(1). 输入回路输入回路线性部分:线性部分: 非线性部分:非线性部分:bBBBBERiV vCVBEBCEvfi)(2). 输出回路输出回路 非线性部分:非线性部分:BQBIiCECvfi)( 得出得出Q( IBQ,ICQ,VCEQ )线性部分:线性部分:CCCCCERiVv称为直流负载线称为直流负载线IBMN下移下移(3)电路参数对)电路参数对Q点的影响:点的影响:截距变截距变Q点下移点下移变变Rb其他参数不变:其他参数不变:变变RC变变VCCbBBBRVIIBQ点上移点上移RbRbCR1斜率Q点左移点左移斜率斜率Q点右移点右
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