4-BJT及放大电路基础资料

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管芯结构剖面图
外部条件
• 发射结正偏，集电结反偏
发射区：发射载流子 集电区：收集载流子 基区： 传送和控制 载流子
放大状态下BJT中载流子的传输过程
三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)都参与 导电，故称为双极型三极管BJT 。
外部条件
• 发射结正偏，集电结反偏
IE=IB+ IC
电流分配关系
VCEQ=VCC－ICQRc
直流通路
IB、IC和VCE 是静态工作状态的三个量，用Q表示，称为静 态工作点Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ）。
2. 动态
输入正弦信号vs后，电路 将处在动态工作情况。此时， BJT各极电流及电压都将在静 态值的基础上随输入信号作 三极管放大作用 相应的变化。
v 控制
• 基极电流传输系数： iC
iE
• 集电极电流放大系数： iC
iB
1
和 与管子的结构尺寸和掺杂浓度有 关。一般 = 0.90.99 ， >> 1。
是所加信号频率的函数，信号频率高 到一定程度时， 不但数值下降，且产 生相移，使 数值下降到1的信号频率称
为特征频率fT。
3. 三极管的三种组态
Байду номын сангаас
大于基区杂质浓度，e 且基区很薄。
P ICe=αIE
思考1：可否用两个二极管相
（2）外部条件：
连构成一个三极管？
发射结正向偏置，
思考2：可否将e和c交换使用
集电结反向偏置。
思考3：外部条件对PNP管和 NPN管各如何实现？
输入电压的变化,是通过其改变输入电流 ,再通过输入电流的传输去控制输出电压 的变化,所以BJT是一种电流控制器件。
(1) VC＝6V VB＝0.7V VE＝0V
VBE＝0.7V VCB＝5.3V
(2) VC＝6V VB＝2V VE＝1.3V
VBE＝0.7V VCB＝4V
(3) VC＝6V VB＝6V VE＝5.4V
VBE＝0.6V VCB＝0V
放大区域 放大区域 饱和区域
(4) VC＝6V VB＝4V VE＝3.6V
4 双极结型三极管及放大电路基础
4.1 BJT 4.2 基本共射极放大电路 4.3 放大电路的分析方法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路 4.6 组合放大电路 4.7 放大电路的频率响应
4.1 双极型三极管BJT
一个PN 二结个PN 结
二极管 三极管
单向导电性 电流放大（控制）
静态工作点Q（IB，IC，VCE）
电压放大倍数 输入电阻Ri 输出电阻Ro
4.2.1 基本共射极放大电路的组VT成集CC电:通极过反R偏c使置
VBB,Rb:使发 射极正偏置， 并提供合适的 基极偏置电流
三极管 T
起放大作用。
RC:将集电极电流信号
转换为电压信号。
分析方法：叠加 前提：BJT工作在线性区
iCS iBS 临界饱和（虚线）
共射极连接
放大：发射结正偏，集电结反偏
vBE vTH , vCE vBE
饱和：发射结正偏，集电结正偏
vBE vTH , vCE vBE
截止：发射结反偏，集电结反偏
vBE vTH , vCE vBE
倒置：发射结反偏，集电结正偏
练习：测量某硅BJT各电极对地的电压值如下，试判别 管子工作在什么区域。
4.3.2 小信号模型分析法
1. BJT的H参数及小信号模型 2. 用H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
4.3.1 图解分析法
1. 静态工作点的图解分析 vS=0，求Q（ IBQ、ICQ和VCEQ ）
线性 非线性
线性
(1). 输入回路
线性部分： vBE VBB iB Rb
半导体三极管的结构有两种类型:NPN型和PNP型。
1. NPN型
NPN管的电路符号
2.PNP型
PNP管的电路符号
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
结构特点：内部条件
• 发射区的掺杂浓度最高；
• 集电区掺杂浓度低于发射 区，且面积大；
• 基区很薄，一般在几个微 米至几十个微米，且掺杂 浓度最低。
VCE VCC IC Rc
得出Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ） =Q（40A，1.5mA，6V）
(2)动态工作情况
iC IC ic
vo vce ic RL (iC IC )RL
又 vCE VCE vce
3. 静态工作点对波形失真的影响 Q点过低——截止失真
Q点过高——饱和失真
例4.3.1 一个实际的单管放大电路
C1 、C2：耦合电容
RL：负载电阻 Rb=300K RC=4K VCC=12V
(a)直流通路
(b)交流通路
(1)静态工作情况
IB
VCC VBE Rb
VCC Rb
IC β IB
4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理
1. 静态(直流工作状态) 输入信号vs＝0时，放大 电路的工作状态称为静 态或直流工作状态。
画直流通路原则：
vs 短路，is 开路
所有电容开路 所有电量大写
直流通路
电流关系：
IBQ
VBB
VB EQ Rb
硅:VBEQ=0.7V 锗:VBEQ=0.2V
ICQ βIBQ ICEO βIBQ
非线性部分：
iB f (v ) BE VCE C
(2). 输出回路
非线性部分：
iC f (v ) CE iBIBQ
线性部分：
vCE VCC iC RC 称为直流负载线
得出Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ）
（3）电路参数对Q点的影响：
其他参数不变：
变Rb
IB
VBB Rb
Rb Rb
变RC
斜率 1 RC R C RC
s
vBE VBEQ vbe
iB I BQ ib
iC ICQ ic
Rc vCE VCEQ vce
且 vs
ib
ic
vce
分析动态参数时，使用交流通路 画交流通路原则：
VBB，VCC 短路
所有电容短路 所有电量小写
交流通路
4.3 放大电路的分析方法
4.3.1 图解分析法
1. 静态工作点的图解分析 2. 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 4. 图解分析法的适用范围
集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。
工作在放大状态的条件： vCE≥1V
共射极连接
4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
2. 输出特性曲线 iC=f(vCE) iB=const
饱和区：特征－IC明显受VCE控制 该区域内，一般VCE＜1V(硅管)。 即处于发射结正偏，集电结正偏
(3) 共基极直流电流放大系数
=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE
(4) 共基极交流电流放大系数α
α=iC/iEvCB=const. 当ICBO和ICEO很小时， ≈、 ≈ ，可以不分。
α与β间的关系：
ic ie ib (1 )ie 1
1
2. 极间反向电流
(1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO
极所允许的最大工作电流 (2) 反向击穿电压
(3) 集电极最大允许功率损耗PCM
PCM= ICVCE
PCM值与环境温度有关， 温度愈高，则PCM值愈小。 当超过此值时，管子性 能将变坏或烧毁。
4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
1. 温度对BJT参数的影响 (1) 温度对ICBO的影响 温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。
8V 3.7V
12
V 2V
3.3V 3.7V
3V
3V
3V
VBE＝0.7V VC>VB>VE
放大
VBE＝－1V
截止
VBE＝0.7V VCE=0.3V<VBE
饱和
判断依据： NPN管：
放大状态：VCVB>VE，且VBE>Vth 截止状态：VBE<Vth
PNP管： 放大状态：VC VB<VE，且VBE<Vth 截止状态：VBE>Vth
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。
4. 放大作用
共基极放大电路
若 vI =
使 iE = -1 mA， 当 = 0.98 时，
则 iC2=0mViE = -0.98 mA，vO = -iC• RL = 0.98 V，
电压放大倍数
Av
vO vI
0.98V 20mV
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共基极放大电路只实现电压放大，电流不放大（控制作用）
小结
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c，然后到达集电极而c 实现的。
两个条件
N P
（1）内部条b件：
发射区杂质浓度远N
P
N IE=IB+ IC 一组公b式 IC=βIB
判断依据：
1.在放大区，NPN管： VCVB>VE
2.硅管： VBE=0.7V
PNP管： VCVB<VE
c 12V b
e b
锗管：VBE=-
120V.2V
c 12V
e
3.7V
e
11.3V
3V
c
0V
15V
b
14.8V
硅管，NPN 硅管，PNP 锗管，PNP
2,测出电路中晶体管三个电极对地的电位，判断其工作状态。
IC IB ICEO IB IC IE ICBO IE
• 三极管要实现放大作用，必须工作在放大 区。
4.1 试题常见类型
• 三极管基础知识正确性的判断； • 三极管工作状态的判断； • 由管子的特性求解主要参数（例如给出一个输出
特性曲线，求值）。
例题
1，测得放大电路中三只晶体管的直流电位如图示，分析 他们的类型、管脚和所用的材料（硅或锗）。
饱和状态： VBE>Vth，且VCE VBE 饱和状态： VBE<Vth，且VCE VBE
4.2 基本共射极放大电路
4.2.1 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
基本放大电路：共射极放大电路
共集电极放大电路
分析方法：
共基极放大电路 图解法 微变等效电路法
待求量：
4.1.1 BJT的结构简介
分类： 按频率分有高频管、低频管 按功率分有小、中、大功率管 按材料分有硅管、锗管 按结构分有NPN型和PNP型
(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管
三极管的不同封装形式 金属封装 塑料封装 大功率管 中功率管
4.1.1 BJT的结构简介
4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
特性曲线是指各电 极之间的电压与电 流之间的关系曲线
输入特性曲线 输出特性曲线
4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
1. 输入特性曲线
（以共射极放大电路为例）
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。 (2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收
IB
Q点下移
IB
Q点上移
斜率
Q点左移
斜率
Q点右移
变VCC
截距变 VCC VCC
MN上移 MN下移
Q点右移 Q点左移
2. 动态工作情况的图解分析 vs Vsm sin ωt
vCE VCC iC Rc
可得如下结论：
1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数。
发射极开路时，集电结的反向饱和电流。
ICBO越小越好
小功率硅管<1A 小功率锗管10 A左右
(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO
ICEO=（1+ ）ICBO
ICEO越小越好
小功率硅管几微安以下 小功率锗管几十微安以上
温度变化大的场合宜选用硅管
3. 极限参数
(1) 集电极最大允许电流ICM——三极管正常工作时集电
或反偏电压很小。 IB IC
放大区：特征－IC平行于VCE轴 该区域内，曲线基本平行等距。
此时，发射结正偏，集电结反偏。
vCE vCB vBE
IB IC
截止区：特征－IC接近零 该区域相当IB=0的曲线下方。 此时，发射结反偏或正偏电压很小， 集电结反偏。 IB IC 0
vCE vBE (vCB 0V )
(2) 温度对 的影响 温度每升高1℃， 值约增大0.5%~1%。
(3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响 温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。
2. 温度对BJT特性曲线的影响
温度升高使IC增加
4.1 小结
• 三极管（晶体管，BJT）是电流控制器件
VBE＝0.4V VCB＝2V
(5) VC＝3.6V VB＝4V VE＝3.4V
VBE＝0.6V VCB＝-0.4V
截止区域 饱和区域
4.1.4 BJT的主要参数
1. 电流放大系数 (1) 共射极直流电流放大系数
=（IC－ICEO）/IB≈IC / IB vCE=const.
(2) 共射极交流电流放大系数 =iC/iBvCE=const.