第4章晶体三极管及其基本放大电路

晶体管基本共射放大电路
33 MHz
Analog Electronics
一、晶体管内部载流子的运动
1. 发射结加正向电压，扩散 运动形成发射极电流
发射区的电子越过发射结扩散 到基区，基区的空穴扩散到发 射区—形成发射极电流 IE (基 区多子数目较少，空穴电流可 忽略)。
c Rc
IB
b Rb e
33 MHz
=iC/iBUCE=const
(2) 共基极交流电流放大系数α
α =iC/iE UCB=const (3)特征频率 fT
值下降到1的信号频率
33 MHz
Analog Electronics
极限参数
IC/mA
集电极最大允许电流 ICM
过流区
ICM PCM=ICUCE 安 全 工 作 区 过损区
IC
Rb
集电结反偏，有利于收集基区 扩散过来的电子而形成集电极 电流 IC。
IB
b Rc e
IE
另外，集电区和基区的少 子在外电场的作用下将进 行漂移运动而形成反向饱 和电流，用ICBO表示。
33 MHz
晶体管内部载流子的运动
Analog Electronics
二.晶体管的电流分配关系和 电流放大系数
二、 温度变化对输入特性曲线的影响 总之： 温度T 输入特性曲线左移
ICBO (T ICEO 2.2 103 V T ) uBE uBE(T 25C) 0
0
三、 输入特性左移 IC T 温度变化对输出特性 的影响
温度T 输出特性曲线族间距增大 温度升高 要增大。
集-射反向击穿电压 U(BR)CEO 集电极最大允许耗散功率 PCM
过 压 区
使用时不允许超
过这些极限参数.
O
33 MHz
U(BR)CEO CE/V U
3. 极限参数
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(1)最大集电极耗散功率PCM
集电极耗散功率:PC= iCuCE ,为使集电结温度不超过规定 值,PC应受到限制,不允许超过最大集电极耗散功率PCM。
c N b P P N N
三极管内部结构要求： 1. 发射区高掺杂。 2. 基区做得很薄。通常只有 几微米到几十微米，而且掺杂较 少。 3. 集电区面积大。
e
三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射 结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。
33 MHz
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集电结 基区 发射结 b
c
P N
发射区
符号 发射极 e
33 MHz
e
图 4.1.2(b)
三极管结构示意图和符号
NPN 型
Analog Electronics 集电极 c 集电区 P N 集电结 c
基极 b
N
N
基区
发射结 b
P
发射区
发射极 e 图 4.1.2（C)三极管结构示意图和符号
33 MHz
e
符号
(b)PNP 型
Analog Electronics
类型 1. 按 结 构 区 分 ： 有 NPN B 型和PNP型。
C
N
P N
C B
2.按材料区分：有硅三 极管和锗三极管。 3.按工作频率区分：有 高频三极管和低频三极 管。 4.按功率大小区分：有 大功率三极管和小功率 三极管。
B
E C
P N P
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第4章 晶体三极管及其基本放大电路
本章重点
1.三极管的电流放大原理，特性曲线、微变等效电路 2. 共射放大电路的静态工作点分析、失真分析和三种组态的特点 和静、动态参数计算。
本章讨论的问题：
1 .晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？ 2. 为什么晶体管的输入、输出特性说明它有放大作用？如 何将晶体管接入电路才能起到放大作用？组成放大电路的 原则是什么？有几种接法？ 3. 晶体管三种基本放大电路各有什么特点？如何根据它们 的特点组成派生电路？
解： 原则：先确定B，再求|UBE|，若等于0.6-0.8V，为硅管；若等于
0.1- 0.3V，为锗管，从而E、C确定。 根据发射结正偏，集电结反偏。 NPN管 UBE＞0， UBC＜0，即VC ＞ VB ＞ VE 。 PNP管
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（1）1 b、2 e、3 c （2）1 b、2 e、3 c （3）1 c、2 b、3 e （4）1 c、2 b、3 e
2. 扩散到基区的自由电子与 空穴的复合运动形成基极 电流
IE
电子到达基区，少数与空穴复 合 形 成 基 极 电 流 Ibn， 复合掉的 空穴由 VBB 补充。 多数电子在基区继续扩散，到达 集电结的一侧。
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3.集电结加反向电压，漂移 运动形成集电极电流IC
c
ICBO
截止
反偏 反偏
放大
正偏 反偏
饱和
正偏 正偏
解：
对NPN管而言，放大时VC ＞ VB ＞ VE 对PNP管而言，放大时VC ＜ VB ＜VE （1）放大区 （2）截止区
33 MHz
（3）饱和区
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例[3]：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位V1、V2、 V3分别为： （1）V1=3.5V、V2=2.8V、V3=12V （2）V1=3V、V2=2.8V、V3=12V （3）V1=6V、V2=11.3V、V3=12V （4）V1=6V、V2=11.8V、V3=12V 判断它是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定E、B、C。
IC
c
ICBO
电流分配关系
IE=ICn + IBn + IEp = IEn+ IEp
ICn
Rc IB
b
IBn
IC = ICn + ICBO
Rb
IB=IEP+ IBN－ICBO
IEp e
IEn
~ IBN－ICBO
33 MHz
e
图1.3.4晶体管内部载流子的运动与外部电流
IE =IC+IB
Analog Electronics 电流放大系数 （1）共射直流电流放大系数 I Cn I C I CBO I BN I B I CBO 整理可得： C1 IB + T IC
同时为输出提供能源。 RC : 将i 转换为u
UCE ui 0时晶体管的各极电流、 发射结电压、管压降， ，
称为静态工作点。记作 BQ、I CQ ( I EQ )、U BEQ、U CEQ I
IBQ=(VBB-UBEQ)/Rb
图中：
33 MHz
ICQ=βIBQ
UCEQ=VCC- ICQRc
E NPN型
C B
33 MHz
E E PNP型
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4.1.2 晶体管的电流放大作用
以 NPN 型三极管为例讨论
c N b
c
三极管若实 现放大，必须从 三极管内部结构 和外部所加电源 的极性来保证。
表面看
P
N
b
不具备 放大作用
e
33 MHz
e
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UBE＜0，
UBC ＞ 0，即VC ＜ VB ＜ VE 。
NPN 硅 NPN 锗 PNP 硅 PNP 锗
4.2 放大电路的组成原则
4.2.1
VBB、Rb : 使U BE 大于U on ， 且有一个合适的I B。 VCC : 使U CE U BE ，
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基本共射放大电路的工作原理 1.各元件作用
4.1.1 晶体管的结构及类型
常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。
二氧化硅
e
b N
b 发射区 e
发射区
N P
基区 集电区
P
集电区 P c
N
基区
c
(a)平面型(NPN)
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(b)合金型(PNP)
图4.1.2a
三极管的结构
Analog Electronics 集电极 c
集电区
N
基极 b

1
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4.1.3 晶体管的共射特性曲线
1. 输入特性曲线 i =f(u ) B BE UCE=const
(1) 当UCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当UCE增大时，特性曲线右移。 (3)当UCE>1V时，三极管的特性曲线几乎与UCE=1V时的输入特 性曲线重合。
33 MHz
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4.1 晶体三极管（双极型晶体管BJT)
又称半导体三极管，或简称晶体管。 (Bipolar Junction Transistor)
三极管有两种类型：
NPN 型和 PNP 型。 主要以 NPN 型为例进行讨论。
33 MHz
图 4.1.1
三极管的外形
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33 MHz
饱和区：Je正偏，Jc正偏 uBE> Uon ，硅管：0.6—0.8V, 锗管：0.1—0.3V。 uCE<uBE, iC<βiB, UCES=0.3V(硅管) , 深度饱和，一般 U =0.1V(锗管). CES
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4.1.4晶体管的主要参数 三极管的参数分为三大类:
33 MHz
Analog Electronics 三极管工作状态的判断 [例1]：测量某NPN型硅BJT各电极对地的电压值如下， 试判别管子工作在什么区域？ 一般原则：
（1） VC ＝6V
（2） VC ＝6V （3） VC ＝3.6V
VB ＝0.7V
VB ＝4V VB ＝4V
VE ＝0V
VE ＝3.6V VE ＝3.4V 发射结 集电结
几个击穿电压有如下关系 U(BR)CBO＞ UCEX > UCES > UCER > U(BR)CEO＞ U(BR) EBO
33 MHz
Analog Electronics
4.1.5 温度对晶体管特性和参数的影响
一、 温度变化对ICBO的影响 温度T ICBO
ICBO ICBO( T0 25 C) e k (T T0 )
直流参数、交流参数、极限参数
1.直流参数
(1)共Байду номын сангаас射极直流电流放大系数

≈IC / IB
(2)共基直流电流放大系数

IC IE
ICEO=（1+ ）ICBO
(3)集电极基极间反向饱和电流ICBO
33 MHz
集电极发射极间的穿透电流ICEO
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2.交流参数 (1)共发射极交流电流放大系数
33 MHz
iC iB + uBB b c +
uCE
-
uBE e 共射极放大电路
uCC
输出特性曲线
iC=f(uCE) IB=const
输出特性曲线的三个区域
Analog Electronics 截止区： Je反偏，Jc反偏。
uBE≤Uon,IB=0,IC=ICEO,三极管几乎不 导通
放大区： Je正偏，Jc反偏。 uBE> Uon ，硅管：0.6—0.8V， 锗管：0.1—0.3V。 uCE>uBE, iC受iB的控制，iC=βiB.
iC iB + uBB
33 MHz
b
c +
uCE
-
uBE e -
uCC
共射极放大电路
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2、输出特性曲线 iC=f(uCE) IB=const
输出特性曲线的三个区域: 饱和区：iC明显受uCE控 放大区：iC平行于u 截止区：iC接近零的CE 制的区域，该区域内， 轴的 区域，曲线基本平行等距。 区域，相当iB=0的曲 一般uCE＜0.7V(硅管)。 此时，发射结正偏，集电 线的下方。此时， 此时，发射结正偏，集 结反偏。 uBE小于死区电压， 电结也正偏。 集电结反偏。
(2)最大集电极电流ICM 使β值明显减小的集电极电流。 (3)极间反向击穿电压
U(BR)CBO—发射极开路时的集电结反向击穿电压。 U(BR) EBO—集电极开路时发射结的反向击穿电压。 U(BR)CEO—基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。
•UCER —b、e间接电阻时c、e间的击穿电压。 •UCES—b、e间短路时c、e间的击穿电压。 •UCEX—b、e间反偏时c、e间的击穿电压。
共基极接法
IC IE
（4）共基交流电流放大系数
Re
ΔiC ΔiE
VEE
直流参数 、 与交流参数 、 的含义是不同的， 但是，对于大多数三极管来说， 与 ， 与 的数值 却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。
33 MHz
5. 与 的关系


1
或
+C2 Rc
VCC
Rb VBB
IC I B (1 )ICBO I B ICEO
IC IB
共发射极接法
I E 1 ）I B （
（2）共射交流电流放大系数
ICBO 称反向饱和电流
ICEO 称穿透电流

33 MHz
ΔI C ΔI B
Analog Electronics （3）共基直流电流放大系数 C1 + IE IC C2 + Rc VCC