第02章双极型晶体管及其放大器PPT讲稿.ppt
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1、第第02章双极型晶体管章双极型晶体管及其放大器及其放大器第1页,共185页,编辑于2022年,星期日2.1 双双结结型晶体管型晶体管2.1.1 双结型晶体管的结构及符号 双双结结型型晶晶体体管管又又称称半半导导体体三三极极管管、晶晶体体三三极极管管、三三极极管管,一一般般简简称称晶晶体体管管(BJT)。它它是是通通过过一一定定的的制制作作工工艺艺,将将两两个个PN结结结结合合在在一一起起的的器器件件,两两个个PN结结相相互互作作用用,使使三三极极管管成成为为一一个个具具有有控控制制电电流流作作用用的的半半导导体体器器件件。三三极极管管可可以以用用来来放放大大微微弱的信号弱的信号和作和作为为无触
2、点开关无触点开关。第2页,共185页,编辑于2022年,星期日 三三极极管管从从结结构构上上来来讲讲分分为为两两类类:NPN型型三三极极管管和和PNP型型三三极极管管。图图1.26所所示示为为三三极极管管的的结结构示意构示意图图和符号。和符号。第3页,共185页,编辑于2022年,星期日图图图图1.26 1.26 三极管的结构示意图和符号三极管的结构示意图和符号三极管的结构示意图和符号三极管的结构示意图和符号 很薄、参杂很薄、参杂浓度低浓度低参杂浓度高参杂浓度高面积较大面积较大ecbNPN第4页,共185页,编辑于2022年,星期日 符符号号中中发发射射极极上上的的箭箭头头方方向向,表表示示发
3、发射射结结正偏正偏时时电电流流的流向。的流向。三三极极管管制制作作时时,通通常常它它们们的的基基区区做做得得很很薄薄(几几微微米米到到几几十十微微米米),且且掺掺杂杂浓浓度度低低;发发射射区区的的杂杂质质浓浓度度则则比比较较高高;集集电电区区的的面面积积则则比比发发射射区区做做得得大大,这这是是三三极极管管实实现现电电流流放放大大的的内内部部条件条件。第5页,共185页,编辑于2022年,星期日 三三极极管管可可以以是是由由半半导导体体硅硅材材料料制制成成,称称为为硅硅三三极极管管;也也可可以以由由锗锗材材料料制制成成,称称为为锗锗三极管三极管。三三极极管管从从应应用用的的角角度度讲讲,种种类
4、类很很多多。根根据据工工作作频频率率分分为为高高频频管管、低低频频管管和和开开关关管管;根根据据工工作作功功率率分分为为大大功功率率管管、中中功功率率管管和和小小功功率率管管。常常见见的的三三极极管管外外形形如如图图1.27所示。所示。第6页,共185页,编辑于2022年,星期日图图1.27 常常见见的三极管外形的三极管外形第7页,共185页,编辑于2022年,星期日图图1.28 三极管的三种连接方式三极管的三种连接方式 三极管有三个引脚,那么,其电路三极管有三个引脚,那么,其电路的连接方法就有三种模式(或叫电路组态)的连接方法就有三种模式(或叫电路组态),如图,如图1.28所示。所示。第8页
5、,共185页,编辑于2022年,星期日2.1.2 三极管的电流分配原则及放大作用 要要实实现现三三极极管管的的电电流流放放大大作作用用,首首先先要要给给三三极极管管各各电电极极加加上上正正确确的的电电压压。三三极极管管实实现现放放大大的的外外部部条条件件是是:其其发发射射结结必必须须加加正正向向电电压压(正正偏偏),而),而集集电结电结必必须须加反向加反向电压电压(反偏反偏)。)。第9页,共185页,编辑于2022年,星期日1.共射放大器电流分配的原理 晶晶体体管管的的电电流流分分配配可可以以用用载载流流子子在在三三极极管管内内部部的的运运动动规规律律来来解解释释。如如图图2-5为为的的三三极
6、极管管内内部部载载流子的流子的传输传输与与电电流分配示意流分配示意图图。第10页,共185页,编辑于2022年,星期日图图图图2-5 2-5 三极管内部三极管内部三极管内部三极管内部载载载载流子的流子的流子的流子的传输传输传输传输与与与与电电电电流分配示意流分配示意流分配示意流分配示意图图图图IEPIBNICNICBOIENIENICNIBNIEIENIEPICNIBNIEPICICNICBOIBIBN IEP-ICBOIEIC IB IEIENICICNIBIBN-ICBO扩散到集电区的电子形成的电流扩散到集电区的电子形成的电流I与基区空穴形成的电流与基区空穴形成的电流 IB 的比例定义为的
7、比例定义为电流被放大至16第11页,共185页,编辑于2022年,星期日 ICO是基极开路时,在是基极开路时,在UCE作用下的集电极与作用下的集电极与发射极形成的发射极形成的穿透电流穿透电流;ICBO是发射极开路时,是发射极开路时,集电结集电结的的反向饱和电流反向饱和电流,一般很小,一般很小,IB ICBO,1,所以,所以第12页,共185页,编辑于2022年,星期日1.实验 为了了解三极管的电流分配原则及其放大原理,为了了解三极管的电流分配原则及其放大原理,首先做一个实验,实验电路如图首先做一个实验,实验电路如图2-6所示。在电路中,所示。在电路中,要给三极管的发射结加正向电压,集电结加反向
8、电压,要给三极管的发射结加正向电压,集电结加反向电压,保证三极管能起到放大作用。改变可变电阻保证三极管能起到放大作用。改变可变电阻Rw的值,的值,则基极电流则基极电流IB、集电极电流、集电极电流IC和发射极电流和发射极电流IE都发生都发生变化,电流的方向如图中所示。变化,电流的方向如图中所示。第13页,共185页,编辑于2022年,星期日 图图2-6 三极管三极管电电流放大的流放大的实验电实验电路路RwRb第14页,共185页,编辑于2022年,星期日 由由实验实验及及测测量量结结果可以得出以下果可以得出以下结论结论。(1 1)实验实验实验实验数据中的每一列数据均数据中的每一列数据均数据中的每
9、一列数据均数据中的每一列数据均满满满满足关系:足关系:足关系:足关系:IE E=I IC C+I IB;此此此此结结结结果符合果符合果符合果符合基基基基尔尔尔尔霍夫霍夫霍夫霍夫电电电电流定律流定律流定律流定律。(2 2)每每每每一一一一组组组组数数数数据据据据都都都都有有有有I IC C I IB B,而而而而且且且且有有有有I IC C与与与与I IB B的的的的比比比比值值值值()近似相等近似相等近似相等近似相等。(3)每每两两组组数数据据(调调整整Rw前前后后所所测测数数据据)中中IC C和和和和I IB B变变变变化量(化量(化量(化量(IcIc、Ib b)的比的比的比的比值值值值,结
10、结结结果仍然近似相等。果仍然近似相等。果仍然近似相等。果仍然近似相等。(4)当当I IB B=0=0(基基基基极极极极开开开开路路路路)时时时时,集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流的的的的值值值值很很很很小小小小,称称称称此此此此电电电电流流流流为为为为三极管的三极管的三极管的三极管的穿透穿透穿透穿透电电电电流流流流I ICEOCEO。穿透。穿透。穿透。穿透电电电电流流流流ICEOCEO越小越好。越小越好。越小越好。越小越好。第15页,共185页,编辑于2022年,星期日2.共基放大器的电流分配 UEEUCCu1iE=IE+iEiC=IC+iCiB=IB+iBuo=Uo+uoRL共基直流
11、放大系数共基直流放大系数直流放大系数直流放大系数与与之间有关系之间有关系图交流放大系数交流放大系数电流分配电流分配第16页,共185页,编辑于2022年,星期日2.1.3 三极管的特性曲线及主要参数1.三极管的特性曲线 三三极极管管的的特特性性曲曲线线是是指指三三极极管管的的各各电电极极电电压压与与电电流流之之间间的的关关系系曲曲线线,它它反反映映出出三三极极管管的的特特性性。它它可可以以用用专专用用的的图图示示仪仪进进行行显显示示,也也可可通通过过实实验验测测量量得得到到。以以NPN型型硅硅三三极极管管为为例例,其其常常用用的的特特性性曲曲线线有以下两种。有以下两种。第17页,共185页,编
12、辑于2022年,星期日(1)输入特性曲线 它它它它是是是是指指指指在在在在一一一一定定定定集集集集电电电电极极极极和和和和发发发发射射射射极极极极电电电电压压压压U UCECE下下,三三极极管管的的基基基基极极极极电电电电流流流流IB B与与与与发发发发射射射射结结结结电电电电压压压压UBE之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系曲曲曲曲线线线线。实实实实验验验验测测测测得得得得三三三三极极极极管的管的管的管的输输输输入特性曲入特性曲入特性曲入特性曲线线线线如如如如图图图图2-72-7所示。所示。所示。所示。第18页,共185页,编辑于2022年,星期日 图图2-7 三极管的输入特性曲线三极管
13、的输入特性曲线 死区Uce增大,曲线会右移增大,曲线会右移UCE=0VUCE=0.5V第19页,共185页,编辑于2022年,星期日(2)输出特性曲线 它它它它是是是是指指指指一一一一定定定定基基基基极极极极电电电电流流流流I IB B下下下下,三三三三极极极极管管管管的的的的集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流I IC C与与与与集集集集电电电电结结结结电电电电压压压压U UCECE之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系曲曲曲曲线线线线。实实实实验验验验测测测测得得得得三三三三极极极极管管管管的的的的输输输输出特性曲出特性曲出特性曲出特性曲线线线线如如如如图图图图2-82-8所示。所示
14、。所示。所示。第20页,共185页,编辑于2022年,星期日图图2-8 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线 第21页,共185页,编辑于2022年,星期日 一一般般把把三三极极管管的的输输出出特特性性分分为为3个个工工作作区区域域,下面分下面分别别介介绍绍。截止区 三极管工作在截止状三极管工作在截止状态时态时,具有以下几,具有以下几个特点:个特点:(a)发发射射结结和集和集电结电结均反向偏置;均反向偏置;(b)若不)若不计计穿透穿透电电流流ICEO,有,有IB、IC近似近似为为0;(c)三极管的集)三极管的集电电极和极和发发射极之射极之间电间电阻很阻很大,大,三极管相当于一个开关断开三极
15、管相当于一个开关断开。第22页,共185页,编辑于2022年,星期日放大区 图图图图2-82-8中中中中,输输输输出出出出特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线近近近近似似似似平平平平坦坦坦坦的的的的区区区区域域域域称称称称为为为为放放放放大大大大区区区区。三三三三极管工作在放大状极管工作在放大状极管工作在放大状极管工作在放大状态时态时态时态时,具有以下特点:,具有以下特点:,具有以下特点:,具有以下特点:(a a)三极管的)三极管的发发射射结结正向偏置,集正向偏置,集电结电结反向偏置;反向偏置;(b b)基基基基极极极极电电电电流流流流I IB B微微微微小小小小的的的的变变变变化化化化会会会会引
16、引引引起起起起集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流IC较较大大的的变变化化,有,有,有,有电电电电流关系式:流关系式:流关系式:流关系式:IC=IB (c c)对对对对NPNNPN型的三极管,有型的三极管,有电电位关系:位关系:U UC C U UB BUE E;(d d)对对对对NPNNPN型型型型硅硅硅硅三三三三极极极极管管管管,有有有有发发发发射射射射结结结结电电电电压压压压U UBEBE0.70.7V V;对对对对NPNNPN型型型型锗锗三极管三极管,有,有U UBEBE0.20.2V。第23页,共185页,编辑于2022年,星期日饱和区 三极管工作在三极管工作在三极管工作在三极管
17、工作在饱饱饱饱和状和状和状和状态时态时态时态时具有如下特点:具有如下特点:具有如下特点:具有如下特点:(a a)三极管的)三极管的)三极管的)三极管的发发发发射射射射结结结结和集和集和集和集电结电结电结电结均正向偏置;均正向偏置;均正向偏置;均正向偏置;(b b)三极管的)三极管的)三极管的)三极管的电电电电流放大能力下降,通常有流放大能力下降,通常有流放大能力下降,通常有流放大能力下降,通常有 I IC C ICM时,管子时,管子不一定不一定损坏。损坏。第27页,共185页,编辑于2022年,星期日U(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERmAVRmAVRmAVRmAV
18、RRbU(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEO 第28页,共185页,编辑于2022年,星期日图2-11三极管的安全工作区 因发射结正偏,因发射结正偏,呈很小阻抗,压呈很小阻抗,压降集中在集电结降集中在集电结上。上。ICM过流区过流区U(BR)CEO击穿区击穿区第29页,共185页,编辑于2022年,星期日3.频率特性 晶体管的晶体管的交流放大系数交流放大系数和和只是只是在一定频率范围内基本不变,当频率增在一定频率范围内基本不变,当频率增大到一定值时,大到一定值时,和和将随信号频率升将随信号频率升高而下降高而下降。0 00.7070.7070 0f ff fT T1f
19、fO OfT T ffT T f 第30页,共185页,编辑于2022年,星期日4.温度对三极管特性的影响 同同二二极极管管一一样样,三三极极管管也也是是一一种种对对温温度度十十分分敏敏感感的的器器件件,随随温温度度的的变变化化,三三极管的性能参数也会改极管的性能参数也会改变变。图图2-12和和图图2-13所所示示为为三三极极管管的的特特性性曲曲线线受温度的影响情况。受温度的影响情况。第31页,共185页,编辑于2022年,星期日图图2-12 温度温度对对三极管三极管输输入特性的影响入特性的影响第32页,共185页,编辑于2022年,星期日图图2-13 温度对三极管输出特性的影响温度对三极管输
20、出特性的影响 第33页,共185页,编辑于2022年,星期日5.三极管的型号三极管的型号3DG6 A三极管三极管NPN型硅材料型硅材料高频小功率高频小功率序号序号规格号规格号3DA104A第34页,共185页,编辑于2022年,星期日2.1.4*三极管的检测1.已知型号和管脚排列的三极管,判断其性能的好坏(1)测量极间电阻(2)三极管穿透电流ICEO大小的判断(3)电流放大系数的估计第35页,共185页,编辑于2022年,星期日2.判别三极管的管脚(1)判定基极和管型(2)判定集电极c和发射极e第36页,共185页,编辑于2022年,星期日图2-14判别三极管c、e电极的原理图第37页,共18
21、5页,编辑于2022年,星期日2.2 关于放大器的基本概念关于放大器的基本概念 放大器的主要用途是用来把微弱的信号(电放大器的主要用途是用来把微弱的信号(电压、电流或功率)增大到所需数值。压、电流或功率)增大到所需数值。如:用话筒将将我们说话的声音转变成电信如:用话筒将将我们说话的声音转变成电信号(音频信号),这种信号非常微弱,通过扩音号(音频信号),这种信号非常微弱,通过扩音机放大、扬声器输出,可将我们的说话声音放大机放大、扬声器输出,可将我们的说话声音放大若干倍。若干倍。第38页,共185页,编辑于2022年,星期日放大电路放大电路RSRLAuuouiRsis放大的能量从放大的能量从哪儿来
22、?哪儿来?2.2.1 放大电路模型放大电路模型第39页,共185页,编辑于2022年,星期日2.2.2 放大电路的主要性能指标1.放大倍数Au、Ai 放放大大倍倍数数是是衡衡量量放放大大电电路路对对信信号号放放大大能能力力的的主主要要技技术术参数。参数。(1)电压放大倍数Au 放大电路输出电压与输入电压的比值。放大电路输出电压与输入电压的比值。通常关心源信号的放大通常关心源信号的放大第40页,共185页,编辑于2022年,星期日(2)电流放大倍数Ai 它是指放大电路输出电流与输入电流的比值。它是指放大电路输出电流与输入电流的比值。如果我们关心是如果我们关心是Uo与与Ii或或Io与与Ui,则,则
23、互导互导互阻互阻第41页,共185页,编辑于2022年,星期日放大倍数常用放大倍数常用分贝分贝来表示,这时称为来表示,这时称为增益增益。电压增益电压增益 Au=20lg|Au|(dB)电流增益电流增益=20lg|Ai|(dB)功率增益功率增益=10lgAP(dB)用增益表示优点用增益表示优点 可扩大坐标表可扩大坐标表示的范围;示的范围;将多级放大器的增益将多级放大器的增益计算变为各级放大器增益之和计算变为各级放大器增益之和由于功率正比于电压或电流的平方由于功率正比于电压或电流的平方第42页,共185页,编辑于2022年,星期日图图2-16 放大电路的输入电阻放大电路的输入电阻 2.输入电阻输入
24、电阻Ri第43页,共185页,编辑于2022年,星期日 对对于于一一定定的的信信号号源源电电路路,输输入入电电阻阻Ri越越大大,放放大大电电路路从从信信号号源源得得到到的的输输入入电电压压ui就就越越大大,放放大大电电路路向信号源索取向信号源索取的的电电流流也也就越小就越小。应应用用时时,一一定定要要注注意意区区分分是是“电电压压源源信信号号”还还是是“电电流源信号流源信号”驱动驱动。第44页,共185页,编辑于2022年,星期日3.输出电阻Ro 图图2-17为为放大放大电电路路输输出出电电阻的示意阻的示意图图。图2-17放大电路的输出电阻UouL外加外加U断开断开RL测量测量I第45页,共1
25、85页,编辑于2022年,星期日 作作为为一一个个电电压压放放大大器器,其其输输出出电电阻阻Ro的的大大小小决决定定了了它它带带负负载载的的能能力力。Ro越越小小,放放大大电电路路的的带带负负载载能能力力越越强强,即即放放大大电电路路的的输输出出电压电压uo受负载的影响越小受负载的影响越小。1.外加电压法外加电压法2.实验方法实验方法第46页,共185页,编辑于2022年,星期日4.通频带通频带信号成分复杂,放大器不同频率的信号成分复杂,放大器不同频率的信号有不同的放大能力,产生信号有不同的放大能力,产生幅度幅度失真失真;相位失真。相位失真。由于电路中存在线性电抗元件由于电路中存在线性电抗元件
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