模拟电子技术基础-04双极结型三极管及放大电路基础0

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4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
2. 输出特性曲线 iC=f(vCE) iB=const.
每个IB对应一条曲线 反映IB对IC的控制 此时曲线应为集电PN 结反向饱和曲线 所以有恒流特性 输出特性曲线三个区域分析
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4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 *4.8
BJT 基本共射极放大电路 放大电路的分析方法 放大电路静态工作点的稳定问题 共集电极放大电路和共基极放大电路 组合放大电路 放大电路的频率响应 单级放大电路的瞬态响应
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BJT放大过程总结 用电压（电流）调节发射结电场，导致通过反射结 的电子量变化。利用PN结的正向调节作用 将基极做的很薄，使发射结过来的电子大部分被集 电结收集。旁路作用分离被控量 由于集电结流过的是反向饱和电流，电流有一定 的恒定性质，不随集电结电压变化。恒流作用保 持被控量不变。 充分利用PN结正向时的电阻调节作用和反向的电流恒 定作用。设计的三极管结构将控制量与被控量分开。
基本要求（本章重点） 了解半导体三极管的工作原理、特性曲线及主要参 数 了解静态工作点与非线性失真的关系 熟练掌握放大电路静态工作点的设置和估算，以及 用小信号模型分析法求解放大电路的动态指标 掌握BJT 放大电路三种组态的结构及性能的特点 掌握放大电路的频率响应的基本概念 了解各元件参数对放大电路的频率响应性能的影响 学时数 15
两种类型 NPN型 PNP型 集电区 基区 发射区 三个极 集电极（C极）
三个区
基极（B极）
发射极（E极） 集电结 发射结
两个结
箭头表示发射 结正偏时。发 射结电流实际 方向 8
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BJT结构特点
集电区掺杂浓度低于发射区
不对称结构
发射区发射的电子有一个发射到基区 就有个电子到达集电区 电流放大 IB控制IC 牢牢记住！
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BJT放大的核心表达式！
基极像一个闸门控制由集电极流向 发射极电流的大小
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1
发射结、集电结均正偏 100A IB=IC的关系不成立 UCE 0.3V 且小于UBE 80A 称为饱和区。
60A
40A 20A IB=0
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3
6
9
12
UCE(V)
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三极管截止区的特性
IC(mA ) 4
截止区：iC接近零的区域，相当iB=0 的曲线的下方。此时， vBE小于死区 电压。
基极
集电极
发射极
放大 截止 饱和
IB 0 IB 0
I B I BS 0
I C I B IC 0 I C I B
I E (1 ) I B
IE 0
I E (1 ) I B
饱和时IB上升速率大于IC上升速率，此 时集电结反压小，收集电子能力较差。
集电区： 面积较大 B 基极
C N P N E
集电极
基区：较薄， 掺杂浓度低
发射区：掺
发射极
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杂浓度较高
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NPN型BJT与PNP型BJT的异同：
特性基本一样只有以下两点不同 1.电源电压的极性相反 2.产生的电流方向相反 关于NPN型BJT的讨论同样适用于PNP型 BJT，只用作以上两项修改 本课程仅讨论NPN型BJT
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
1. 内部载流子的传输过程（以NPN为例）
对电流而言：
集电区：流进基区的电流 基区：基区电流会同集电区电流共同流进发射区 发射区：汇集基区和 集电区电流
反着理解
正着使用
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ICBO集电结反向饱和电流
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综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠 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。 实现这一传输过程的两个条件是：
（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区
杂质浓度，且基区很薄。
（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反
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2. 电流分配关系
根据 IE=IB+ IC
IC= ICN+ ICBO
I CN IE
得：
1 IC IB I CBO 1 1 1 令 I CEO I CBO （穿透电流） 1 1
Ic I B ICEO
IC 当 I C I CEO 时， IB
得：
I C I CEO 则 IB
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2. 电流分配关系
IC IB
是另一个电流放大系数。同样，它也只与管
子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。 一般 >> 1 。
3. 三极管的三种组态
BJT的三种组态
(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示； (b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； (c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。 以那个极为关于输入输出公共点，就是共那个极。
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PN结 工作状态 放大 截止 饱和
发射结 正偏：UBE>0 反偏：UBE≤0 正偏：UBE>0
集电结 反偏：UBC<0 反偏：UBC<0 正偏：UBC≥0
倒置
反偏：UBE<0
正偏：UBC>0
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2 .极电流判别法
极
电流 工作状态
主要内容 〃半导体三极管的结构及工作原理，及其构成放大 电路的三种组态 〃放大电路的静态（直流工作状态）与动态（交流 工作状态） 〃静态工作点对非线性失真的影响 〃用H 参数小信号模型计算共射极放大电路的主要 性能指标 〃共集电极电路和共基极电路的分析计算 〃三极管放大电路的频率响应
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IC=ICE+ICBO ICE C B RB EB
ICBO
ICE N P IBE N IE
Ec
E
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2. 电流分配关系
根据传输过程可知 IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO
集电中受发射结 电压控制的电流 集电结反向 饱和电流
(2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，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vBE下 IB减小，特性曲线右移。
工作压降 硅管 0.6~0.7V 锗管 0.2~0.3V
共射极连接
死区电压 : 硅管 0.5V, 锗管0.2V
曲线受Vce的影响很小
曲线可用一条曲线表示
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
1. 内部载流子的传输过程（以NPN为例）
ICBO集电结反向饱和电流 不关联载流子
对电子而言：（注意与电流方向相反）
发射区：发射载流子 基区：传送和控制载流子 集电区：收集载流子
红色箭头是关联载流子
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向偏置。（集电极电位＞基极电位 ＞发射极电位）
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课件下载：mndzjs2008@曲线
（以共射极放大电路为例） 1. 输入特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const.
(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 两结都正偏
4.1.1 BJT的结构简介
集成电路中典型NPN型BJT的截面图
• 管芯结构剖面图
在一个晶片（硅或锗）生成三个杂质半导体区
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该结构与原理结构类似
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4.1.1 BJT的结构简介
100A
3
此区域对应于 IB< 0的部分 2 1
发射结、集电结均反偏 IB=0, IC=ICEO U BE< 死区电 60, A 压称为截止区 40A 20A IB=0
80A
3
6
9
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UCE(V)
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三极管的工作状态判别 1 .结电压判别法
4.1.1 BJT的结构简介
(a) 小功率管
(b) 小功率管
(c) 大功率管
(d) 中功率管
中国俗称：三极管
管的外面伸出三个电极
由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称 为双极型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。
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4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
1. 内部载流子的传输过程（以NPN为例）
放大状态内部过程分析： BJT放大的外部条件：
集电结反偏
发射结正偏
放大状态下BJT中载流子的传 输过程
BJT外部电流关系：
IE=IB+ IC
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4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
BJT内部状态分析：
两个结： 集电结 两个态： 正向
组成四种工作状态：
发射结 反向
工作状态 集电结正向 集电结反向
发射结正向 饱和 放大
发射结反向 倒置 截止
主要讨论放大状态
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4.1 BJT
4.1.1 BJT的结构简介
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理 4.1.3 BJT的V-I 特性曲线 4.1.4 BJT的主要参数
4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
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40A 20A
IB=0
3
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9
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UCE(V)
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三极管饱和区的特性 IC(mA )
饱和区：iC明显受vCE控制的区域， 该区域内，一般vCE＜0.7V (硅管)。 此时，发射结正偏，集电结正偏或 反偏电压很小。
4 此区域对应 3 于曲线快速 上升的部分 2
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三极管放大区的特性
IC(mA ) 4
放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲 线基本平行等距。此时，发射结正 偏，集电结反偏。
100A
此区域对应于 曲线较平坦的 2 部分 1
3
80A 发射结正偏，集电结反偏 IC=IB，基本不随UCE变化 60A 称为放大区或线性区
传输到集电极的电流 设 发射极注入电流
即
I CN IE
通常 IC >> ICBO
IC 则有 IE
为电流放大系数。它只
与管子的结构尺寸和掺杂浓度 有关，与外加电压无关。一般 = 0.90.99 。 放大状态下BJT中载流子的传输过程
放大倍数等于1，好像没放大？ 表达发射到集电极电流的多少
4. 放大作用
1K Ω
共基极放大电路
若 vI = 20mV 使 iE = -1 mA， 当 = 0.98 时， 则 iC = iE = -0.98 mA，vO = -iC• RL = 0.98 V，
vO 0.98V 输出电压和电压放大倍数 电压放大倍数 Av 49 都和负载电阻成正比 vI 20mV 将20Ω电阻的电流转移到1000 Ω电阻上 恒流源 24