CH4--双极结型三极管及放大电路基础1.ppt

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1、CH4 双极结型三极管双极结型三极管及放大电路基础及放大电路基础 4-1双极结型晶体管双极结型晶体管(BJT)半半导导体体三三极极管管晶晶体体三三极极管管晶晶体体管管三三极极管管双双极极型型晶晶体体管管(B B J J T T)基基 本本 特特 性性：电电 流流 放放 大大 作作 用用 4.1.1 BJT的基本结构的基本结构1.基本结构基本结构 三个区：三个区：发射区发射载流子(掺杂浓度高)；集电区收集载流子(掺杂浓度低、面积大)；基 区传送和控制载流子(掺杂浓度非常低、很薄掺杂浓度非常低、很薄)。两个结：发射结JE；集电结JC。三个极：三个极：发射极E；集电极C；基 极B。结构并不对称结构并

2、不对称4.1.1 BJT的基本结构的基本结构1.基本结构基本结构 2.表示符号表示符号 4.1.1 BJT的基本结构的基本结构1.基本结构基本结构 2.表示符号表示符号 3.分类分类 v按工艺分按工艺分：平面型、合金型v按结构分按结构分：PNP型管(多为Ge管)NPN型管(多为Si管)v按材料分按材料分：硅管、锗管v按频率分按频率分：高频管、低频管v按功率分按功率分：大、中、小功率管4.1.1 BJT的基本结构的基本结构1.基本结构基本结构 2.表示符号表示符号 3.分类分类 4.命名方法命名方法 半导体分立元件型号命名方法半导体分立元件型号命名方法GB249-89 电极数：三极管3 A G

3、1 B用途：高频小功率管材料和极性：PNP型，锗材料序号规格号4.1.1 BJT的基本结构的基本结构1.基本结构基本结构 2.表示符号表示符号 3.分类分类 4.命名方法命名方法 5.实物图片实物图片 管脚的判别管脚的判别4.1.2 4.1.2 放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理1.三极管具有放大作用的条件三极管具有放大作用的条件 内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度；基区很薄。外部条件：外部条件：发射结要正偏；集电结要反偏。发射结要正偏；集电结要反偏。2.放大状态下三极管的偏置放大状态下三极管的偏置 电压和电流的实际方向电压和电流的实际方向如图所示：电压和电

4、流的习惯参考方向：电流的习惯参考方向电流的习惯参考方向与实际方向一致；电压的习惯参考方向电压的习惯参考方向：UBE、UCE。对NPN型管：UBE、UCE都为正值；对PNP型管：UBE、UCE都为负值。4.1.2 4.1.2 放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理例例 有有两两个个晶晶体体管管分分别别接接在在放放大大电电路路中中，今今测测得得它它们们管管脚脚的的电电位位如如下下表表所所示示，试试判判别别管管子子的的三三个个管管脚脚，并并说说明明是是硅硅管管还还是锗管？是是锗管？是NPN型还是型还是PNP型？型？管管 脚脚1 12 23 3T T1 1的电位的电位(V)V)5 55.

5、75.71010T T2 2的电位的电位(V)V)-2-2-10-10-2.3-2.3管脚管脚1 12 23 3类类 型型T T1 1C CE EB B硅管硅管NPN型型T T2 2E EC CB B锗管锗管PNP解：解：4.1.2 4.1.2 放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理3.BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程 以PNP型三极管为例(1).发射区向基区发射空穴发射区向基区发射空穴发射结正偏：发射结正偏：E区区的的多多子子(空空穴穴)扩扩散散到到B区区空穴扩散电流空穴扩散电流Ipe；B区区的的多多子子(电电子子)扩扩散散到到E区区电子扩散电流电子扩散电流Ine

6、。因因为为：发发射射区区杂杂质质浓浓度度要要远大于基区杂质浓度。远大于基区杂质浓度。所以：所以：IpeIneIE=Ipe+IneIpe4.1.2 4.1.2 放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理3.BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程 以PNP型三极管为例(2).空空穴穴在在基基区区中中的的扩扩散散和和复合复合扩扩散散：由由于于浓浓度度差差，空空穴穴向集电区扩散；向集电区扩散；复复合合：由由于于B区区存存在在电电子子(多子多子)而复合。而复合。因因为为：基基区区很很薄薄，杂杂质质浓浓度度又又很很小小；集集电电区区面面积积又又大大，所所以以：复复合合的的机机会会很很少少

7、，扩扩散运动占优势。散运动占优势。IpcIpb 称其为共共基基极极直直流流电流放大倍数电流放大倍数。其值 越大，放大效果越好。4.1.2 4.1.2 放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理3.BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程 以PNP型三极管为例(3).集集电电区区收收集集扩扩散散过过来来的的电子电子集电结反偏：集电结反偏：由由E区区扩扩散散到到B区区的的空空穴穴很很容易穿过容易穿过C结结Ipc；存存在在漂漂移移运运动动，从从而而形形成成了了反向饱和电流反向饱和电流ICBO。ICBO随随温温度度变变化化大大，对对三三极管放大性能的影响较大。极管放大性能的影响较大。在

8、在三三极极管管的的内内部部有有两两种种载载流流子子流流动动，故故又又称称为为双双极极型型晶晶体管体管。称其为共共基基极极直直流流电流放大倍数电流放大倍数。其值 越大，放大效果越好。4.1.2 4.1.2 放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理4.电流分配关系电流分配关系 IE=Ipe；IC=Ipc+ICBO IB=Ipb-I-ICBO 定义：共射极直流电流放大定义：共射极直流电流放大倍数倍数 称其为共共基基极极直直流流电流放大倍数电流放大倍数。其值 越大，放大效果越好。I ICEOCEO穿透电流穿透电流；ICBO反向饱和电流。反向饱和电流。4.1.2 4.1.2 放大状态下放大状

9、态下BJTBJT的工作原理的工作原理5.放大电路的三种组态放大电路的三种组态(连接方式连接方式)利用利用BJT组成放大电路，组成放大电路，其中一个电极作为其中一个电极作为信号输入信号输入端，一个电极作为端，一个电极作为信号输出信号输出端，一个电极作为端，一个电极作为输入、输输入、输出回路的共同端出回路的共同端。根据共同。根据共同端的不同，端的不同，BJT有有三种连接三种连接方式方式(组态组态)：共基极接法共基极接法CB共发射极接法共发射极接法CE共集电极接法共集电极接法CC共共发射发射极极接法电路如图接法电路如图为什么称为共射为什么称为共射极极接法接法？信号源信号源负负 载载共射极电路以基极为

10、输入共射极电路以基极为输入端，集电极为输出端，以端，集电极为输出端，以发射极作为输入、输出回发射极作为输入、输出回路的共同端。路的共同端。4.1.2 4.1.2 放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理6.电压电压放大作用放大作用 设设T T的的=49静态工作情况：静态工作情况：加加EB、EC使使得得发发射射结结正正偏偏；集电结反偏。集电结反偏。动态工作情况：动态工作情况：在基极输入端加入一个待放在基极输入端加入一个待放大的信号大的信号uI：设设uI=20mViE=1mAiB=iE/(1+)=20AiC=iB=0.98mAuO=-iCRL=-0.98V电压放大倍数为：电压放大倍数为

11、：AV=uO/uI=-49式中式中“-”表示输出电压与输表示输出电压与输入电压反相。入电压反相。注注意意放放大大是是对对变变化化量量(电电压、电流压、电流)而言的。而言的。形成静态电流形成静态电流IE=2mAIB=40AIC=1.94mA电路起到了电路起到了电压放大作用。电压放大作用。4.1.3 BJT4.1.3 BJT的共射极特性曲线的共射极特性曲线 BJT BJT 的特性曲线是用来表示各极电压和的特性曲线是用来表示各极电压和电流之间相互关系的，它反映了晶体管的性电流之间相互关系的，它反映了晶体管的性能，是分析放大电路的重要依据。能，是分析放大电路的重要依据。最常用的是最常用的是共发射极接法

12、共发射极接法时的时的输入特性输入特性曲线曲线和和输出特性曲线输出特性曲线。实验电路如图所示：实验电路如图所示：4.1.3 BJT4.1.3 BJT的共射极特性曲线的共射极特性曲线1.共射极输入特性曲线共射极输入特性曲线 共射极共射极输入特性曲线是指当输入特性曲线是指当集集-射射uCE为常数时，输入回为常数时，输入回路中基极电流路中基极电流iB和基和基-射极电射极电压压uBE之间的关系曲线：之间的关系曲线：iB=f(uBE)uCE=常数常数 u uCECE1V1V时，时，和二极管的伏安特性一样。和二极管的伏安特性一样。4.1.3 BJT4.1.3 BJT的共射极特性曲线的共射极特性曲线2.共射极

13、输出特性曲线共射极输出特性曲线 共射极共射极输出特性曲线是指当输出特性曲线是指当基极电流基极电流i iB B为常数时，输出为常数时，输出回路中集电极电流回路中集电极电流i iC C和集和集-射射极电压极电压u uCECE之间的关系曲线：之间的关系曲线：i iC C=f(uf(uCECE)i)iE E=常数常数 4.1.3 BJT4.1.3 BJT的共射极特性曲线的共射极特性曲线2.共射极输出特性曲线共射极输出特性曲线 通常把晶体管的输出特性曲线分为通常把晶体管的输出特性曲线分为三个区域：三个区域：放大区放大区曲线中接近水平的部分是放大区。曲线中接近水平的部分是放大区。【条件条件】集电结反偏，发

14、射结正偏集电结反偏，发射结正偏。【特点特点】i iC C与与i iB B成线性关系：成线性关系：i iC C=iiB B所以放大区又称所以放大区又称线性区线性区。截止区截止区i iB B00的曲线以下的区域称为截止区。的曲线以下的区域称为截止区。只要只要U UBEBE U Uthth时，时，T T截止。截止。为了使为了使T T可靠截止，常使可靠截止，常使U UBEBE00。【条件条件】发射结反偏，集电结反偏。发射结反偏，集电结反偏。【特点特点】i iB B=0=0，i iC C=I=ICEOCEO00饱和区饱和区当当u uCECE IICSCS/I ICSCS是集电极饱和是集电极饱和(最大最大

15、)电流电流【特点特点】U UCESCES=0.2V(Ge)/0.3V(Si)=0.2V(Ge)/0.3V(Si)U UCESCES-饱和压降饱和压降截止区截止区饱和区饱和区放大区放大区4.1.4 BJT4.1.4 BJT的主要参数的主要参数电流放大系数电流放大系数 共发射极共发射极直流电流放大倍数直流电流放大倍数 共发射极共发射极交流电流放大系数交流电流放大系数 【例例】三极管三极管3 3DG6DG6的输出特性的输出特性曲线如图所示，曲线如图所示，计算计算Q Q1 1点处点处的的；由由Q Q1 1和和Q Q2 2两点计两点计算算。解：工作点Q1在输出特性曲线上表明：UCE1=6V，IB1=40

16、A，IC1=1.5mA；工作点Q2表明：UCE2=6V，IB2=60A，IC2=2.3mA。通常认为：通常认为：4.1.4 BJT4.1.4 BJT的主要参数的主要参数2.极间反向电流极间反向电流 集集-基极反向饱和基极反向饱和(截止截止)电电流流ICBOICBO:Si 管 1 A；Ge管数A到几十A。温度温度T10C，ICBO一倍。一倍。IE=0ICBO指发射极开路，集电结指发射极开路，集电结反偏时，集电极与基极之间反偏时，集电极与基极之间的电流。的电流。4.1.4 BJT4.1.4 BJT的主要参数的主要参数2.极间反向电流极间反向电流 集集-基极反向饱和基极反向饱和(截止截止)电电流流I

17、CBO集集-射极反向截止射极反向截止(穿透穿透)电流电流ICEOICEO指基极开路，集电结反指基极开路，集电结反偏、发射结正偏时，集电极偏、发射结正偏时，集电极与发射极之间的电流。与发射极之间的电流。4.1.4 BJT4.1.4 BJT的主要参数的主要参数2.极间反向电流极间反向电流 集集-基极反向饱和基极反向饱和(截止截止)电电流流ICBO集集-射极反向截止射极反向截止(穿透穿透)电流电流ICEOICEO温度温度T，ICBO很快；很快；ICEO更快更快。故晶体管的温度稳定性很差。故晶体管的温度稳定性很差。选管：选管：v反向饱和电流尽可能小；反向饱和电流尽可能小；v电流放大倍数不超过电流放大倍

18、数不超过100。例例有两只半导体三极管，一有两只半导体三极管，一只管子只管子=150，ICBO=2A，另另一只一只管子管子=50，ICBO=0.2A，其它参其它参数一样，你认为哪只管子好？数一样，你认为哪只管子好？4.1.4 BJT4.1.4 BJT的主要参数的主要参数3.极限参数极限参数 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM：集电极电流 IC 超过一定值时，晶体管的 值要下降。当下降到额定值2/3时的集电极电流，称为ICM。集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CEO：基极开路时，加在集电极发射极间的最大允许电压。称为U(BR)CEO。集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散

19、功率PCM：集电结上消耗的功率称为集电极耗散功率PC，它使结温上升，为保证管子安全工作，集电结所允许消耗的最大功率，称为PCM。PC=I=ICUCE过流区过流区过过压区压区过过损耗区损耗区安全工作区安全工作区安全安全放大区放大区BJT的的安全工作区安全工作区 4.1.5 4.1.5 温度对三极管特性的影响温度对三极管特性的影响1 1温度对温度对BJTBJT参数的影响参数的影响2 2温度对特性曲线的影响温度对特性曲线的影响温度对ICBO的影响T10C，ICBO增加一倍温度对UBE的影响T1C，UBE下降2-3mV温度对的影响T1C，增加0.5-1.0%温度升高使：UBE下降，输入特性曲线左移；I

20、CBO增大，输出特性曲线上移；增大，曲线间的距离增大。4.2基本共射极放大电路基本共射极放大电路4.2.1 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 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4.2.1 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1 1基本共射极放大电路基本共射极放大电路2 2放大电路中各元件的作用放大电路中各元件的作用三极管三极管T:起起控制控制作用，用于作用，用于放大放大。集电极负载电阻集电极负载电阻RC:将集电极电流的变化将集电极电流的变化转换转换为电为电压变化反映在输出端。压变化反映在输出端。基极

21、电源基极电源EB和基极和基极(偏置偏置)电电阻阻RB:使使T发射结发射结正偏正偏，产生基极电流，产生基极电流IB。集电极电源集电极电源EC:为输出信号为输出信号提供能量提供能量，使，使T集电集电结反偏结反偏。耦合电容耦合电容C C1 1、C C2 2:隔直隔直，隔离直流电源对信号源和负载，隔离直流电源对信号源和负载的影响；的影响；通交通交，保证交流信号顺利通，保证交流信号顺利通过放大电路。过放大电路。(电解电容电解电容，注意极性，注意极性)4.2.1 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1 1基本共射极放大电路基本共射极放大电路2 2放大电路中各元件的作用放大电路中各元

22、件的作用 (1)(1)电源的极性必须使电源的极性必须使集电集电结反偏，发射结正偏结反偏，发射结正偏。(放大放大)(2)(2)输入信号要有效转输输入信号要有效转输输输入回路地接法应使输入变化电压入回路地接法应使输入变化电压u ui i产生变化电流产生变化电流i ib b(i(ie e)。(3)(3)输出回路地接法应使输出回路地接法应使i ic c (i ie e)尽量流到负载上去尽量流到负载上去。(4)(4)为了使信号不失真，在没有为了使信号不失真，在没有外加信号作用时，放大管不但要处外加信号作用时，放大管不但要处于放大状态，还应有一个于放大状态，还应有一个合适的静合适的静态工作点态工作点。3

23、3放大电路的习惯画法放大电路的习惯画法 4 4放大电路的组成原则放大电路的组成原则 4.2.1 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 例例例例 按放大电路组成原则，判断下列电路有无放大作用。按放大电路组成原则，判断下列电路有无放大作用。按放大电路组成原则，判断下列电路有无放大作用。按放大电路组成原则，判断下列电路有无放大作用。4.2.24.2.2 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一、放大电路的两种工作状态一、放大电路的两种工作状态1.1.直流工作状态直流工作状态(静态静态)q静态静态在没有加输入信号在没有加输入信号(ui=0)时，放大时，放大电路

24、中各处的电压、电流都是直电路中各处的电压、电流都是直流量，称为直流工作状态或静止流量，称为直流工作状态或静止工作状态，简称静态。工作状态，简称静态。q直流通路直流通路静态时一般用直流通路来进行分静态时一般用直流通路来进行分析，由放大电路画直流通路的原析，由放大电路画直流通路的原则是：则是：电容视为开路，电感视为短路。电容视为开路，电感视为短路。电压信号源视为短路，电流信号电压信号源视为短路，电流信号源视为开路。源视为开路。直流通路直流通路4.2.24.2.2 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一、放大电路的两种工作状态一、放大电路的两种工作状态2.2.交流工作状态交流工作

25、状态(动态动态)q动态动态输入端输入端加上输入信号加上输入信号时，放大电时，放大电路中的工作状态称为动态。此时，路中的工作状态称为动态。此时，电路中既有直流电量，也有交流电路中既有直流电量，也有交流电量。电量。q交流通路交流通路一般用交流通路来分析研究交流一般用交流通路来分析研究交流量，由放大电路画交流通路的原量，由放大电路画交流通路的原则是：则是：直流电压源视为短路；直流电流直流电压源视为短路；直流电流源视为开路；源视为开路；隔直隔直(耦合耦合)电容视电容视为短路；扼流电感视为开路。为短路；扼流电感视为开路。交流通路交流通路4.2.24.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路

26、的工作原理二、放大电路中电量符号的规定二、放大电路中电量符号的规定名名 称称静态值静态值交流分量交流分量总电压或总电流总电压或总电流瞬时值瞬时值有效值有效值瞬时值瞬时值平均值平均值基极电流基极电流I IB Bi ib bI Ib bi iB BI IB(AV)B(AV)集电极电流集电极电流I IC Ci ic cI Ic ci iC CI IC(AV)C(AV)发射极电流发射极电流I IE Ei ie eI Ie ei iE EI IE(AV)E(AV)集集-射极电压射极电压U UCECEu uceceU Ucecei iCECEU UCE(AV)CE(AV)基基-射极电压射极电压U UBEB

27、Eu ubebeU Ubebei iBEBEU UBE(AV)BE(AV)直流电源：直流电源：E EC C、E EB B、E EE E、U UCCCC、U UBBBB、U UEEEE 4.2.24.2.2 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三、用三、用近似估算法近似估算法确定静态工作点确定静态工作点 确定静态工作点的确定静态工作点的方法方法：画出画出直流通路直流通路(已知已知:U UBEBE、I IB B=I=IC C)确定静态确定静态工作点工作点Q Q(I(IB B、I IC C、U UCECE)。偏置电流偏置电流：I IB B偏置电路偏置电路：U UCCCC R RB

28、 B 发射极发射极地地偏置电阻偏置电阻：R RB B固定偏置放大电路固定偏置放大电路近似估算法近似估算法U UBEBE=0=0；I ICEOCEO=0=0。4.2.24.2.2 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三、用三、用近似估算法近似估算法确定静态工作点确定静态工作点 例例 放放大大电电路路如如图图所所示示，已已知知：R RB B=280k=280k，R RC C=3k=3k，=50=50，U UCCCC=12V=12V。试试确定静态工作点确定静态工作点。解：解：直流通路直流通路如图所示：如图所示：静态工作点为静态工作点为：I IB B=40=40A A，I IC C=2mA=2mA，U UCECE=6V=6V。请问：请问：电容两端的电压电容两端的电压为多少？方向如何？为多少？方向如何？UC1=0.7VUC2=6V习 题P185-4.1.1 -4.1.2 -4.2.2