三极管及放大电路

直流偏置合适，T工作在放大区
直流偏置较高，T进入饱和区，失真
23
3 半导体三极管及其放大电路基础
3.1 半导体三极管(2) 3.2 共发射极放大电路(1) 3.3 放大电路的基本分析方法(4) 3.4 放大电路静态工作点的稳定问题(2) 3.5 共集电极放大电路和共基极放大电路(1) 3.6 放大电路的频率响应(4)
VI 0.7V，VO
IC IB VI 150k
5 (VI 0.7)RC IB
0.2V，饱和 RB
RC 5k
VO
=120
When VO= 0.2V, yield VI= 1.9V. For VI1.9V, T is saturation.
1vI Switch
0
vO
=120
组成：三极管T : 核心，电流分配、放大作用（Je正偏，Jc反偏）
VBB Je正偏
Rb: 基极偏置电阻 工作原理：
IB

VCC VBE Rb
VCC Jc反偏
Rc：集电极偏置电阻 ic vce
•关键：2个基本回路的KVL方程
BJT共射电路的电压传输特性
小功率管
图3.1.1 几种三极管的外形
为什么有孔？ 大功率管
21
BJT共射电路的电压传输特性 VCC=5V
当 VI < 0.7V, BJT 截止， VO= 5V
iC
当 VI 0.7V，VO > 0.2V，放大
RB
当
IB

VI
VBE RB
VO 5 IC RC
(a) 共基极组态的电流传输关系 （即IE与IC的关系）
根据传输过程可知：
IE IEN ICN IBN IC ICN ICBO
注意到:电流分配的比例仅与三极管的
几何尺寸和掺杂浓度有关。
定义共基极直流电流放大系数为: ICN ICN
所 以: IC IE ICBO
是共射极电流放大系数，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（10～100）
13
3.1.2 三极管的工作原理
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，集电结反向偏置。
射区且很薄 掺杂浓度最高
5
3.1.2 三极管的工作原理
Je正偏、Jc反偏 放大模式 Je正偏、Jc正偏 饱和(Saturation)
Je反偏、Jc反偏 截止 Cutoff Je反偏、Jc正偏 Inverse-Active
(1) Operation: 三极管内部载流子的传输过程
• 内部载流子的传输过程
• 放大作用
(a) 发射区向基区注入载流子 (b) 载流子在基区扩散与复合 (c) 集电区收集载流子ICN
(2) Current Relationships 三极管的电流分配关系
BJT 的三种连接方式（或称为三种组态）
(a) 共基极组态的电流传输关系
(b) 共发射极组态的电流传输关系
6
3.1.2 三极管的工作原理
3.1 半导体三极管
3.1.1 三极管的结构 3.1.2 三极管的工作原理 3.1.3 三极管的伏安特性曲线 3.1.4 三极管的主要参数
BJT共射电路的电压传输特性
小功率管
图3.1.1 几种三极管的外形
为什么有孔？ 大功率管
4
3.1.1 三极管的结构
1、结构和符号
c
c
2、工作原理
b
b
由结构展开的联想…
6学时
第7章 信号处理与产生电路
第9章 功率放大电路 核心 第10章 集成运算放大器 内容
第11章 直流电源
1个 电路
4学时
放大电路
完美的
放大电路
集成运放
2个 器件
三极管 二极管
BJT FET
2
3 半导体三极管及其放大电路基础
3.1 半导体三极管(2) 3.2 共发射极放大电路(1) 3.3 放大电路的基本分析方法(4) 3.4 放大电路静态工作点的稳定问题(2) 3.5 共集电极放大电路和共基极放大电路(1) 3.6 放大电路的频率响应(4)
iE IES (evBE VT 1)
I evBE VT ES
iCN
I evBE VT ES
发射结 加正偏电压
图3.1.4 三极管内部载流子的传输过程
集电结 加反偏电压
7
8
3.1.2 三极管的工作原理
(2) 三极管的电流分配关系
如何判断组态？
电流传输关系: 输出端电流与输入端电流之间的关系。

1
IC 1 IB 1 ICBO
令： 1

1
IC 1 IB 1 ICBO
IC = IB + (1+ )ICBO
IC = IB + ICEO （穿透电流）
IC IB
IE = IC + IB (1+)IB
ICBO 硅: 0.1A 锗: 10A
集电极
Collector c
基极 N
Base
NPN e PNP e 3、实现条件
集电结(Jc)
外部条件 内部条件
Jc反偏
集电区
结构特点：
收集载流子(电子) 掺杂浓度低于发射
bP
N
发射极
Emitter e
基区 复合部分电子 控制传送比例
发射区 发射载流子(电子)
发射结(Je) Je正偏
区且面积大 掺杂浓度远低于发
IE+iE
e
=
0.98 c
IC +iC

VBE +vB+E
b IB+iB
io
+
vO RL
1k
放大电路
VEE
共基接法 VCC
11
12
(b) 共发射极组态的电流传输关系 IC与IB的关系：
由的定义：
InC IC ICBO
IE
IE
即 整理可得:
IC = IE + ICBO = (IB + IC) + ICBO
模拟电子技术基础
电子教案
章目录
模拟电子技术基础
共：44学时
第1章 绪论
2学时
第2章 第3章
第8章
半导体二极管及其应用电路 半导体三极管及其放大电路基础 场效应管及其放大电路
4学时
14学时
核心 基础
4学时
第4章 多级放大电路及模拟集成电路基础 6学时
第5章 信号运算电路
4学时
第6章 负Leabharlann 馈放大电路iE IES (e vBE /VT 1)
非线性
iE = 1mA
输出回路：iC = iE = 0.98mA vO = iC• RL vO = 0.98 V
iB = 20A
电压放大倍数
ii
AV

vO vI
输入电阻
0.98V 49 20mV
+ vI

Ri= vI / iE = 20
输出特性曲线的三个区域: 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。
饱和区: iC明显受vCE控制的区域，vCE＜0.7V(硅) 发射结正偏,集电结正偏或反偏电压很小
此时 iB iC
图3.1.6 共发射极连接
截止区: iC接近零的区域（iB=0的曲线下方） 此时，vBE小于死区电压(发射结反偏)
图3.1.5 BJT 的三种连接方式（或称为三种组态）
(a)共基极
(b)共发射极
(c)共集电极
注意：
无论是哪种连接方式，要使三极管有放大作用，都必须保证发射 结正偏、集电结反偏，则三极管内部载流子的运动和分配过程，以及 各电极的电流将不随连接方式的变化而变化。
9
3.1.2 三极管的工作原理
(2) 三极管的电流分配关系
图3.1.7 共射极连接时的输入特性曲线
图3.1.8 共射极连接时的输出特性曲线
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为什3么.1在.3放大三区极曲管线几的乎伏是横安轴特的性平 曲线
行为1线什. ？ 么共v而发CE且较射是小极等时连间iC隔接随的v时C？E的变化特很性大曲？线
(2) 输出特性曲线 iC f (vCE ) iB 常数
(1(a))三发极射区管向内基部区载流子的(传b) 输载流过子程在基区另外：J(cC)还集有电少区子收的集漂载移流电子流ICINCBO
注入载流子
复合与扩散
IC ICN ICBO
IE IEN IEP IEN
IE IC IB
IEN IBN ICN
IB IBN ICBO IEP IBN ICBO
+
+
iB
VBB
1.3V

RC 5k
vO
=120
vO Cutoff
vO /V Cutoff
Active
0.2 0 0.7
Saturation
1.9
vI
vO Cutoff
Forward-active mode
Forward-active mode
Saturation
O
vI
Saturation
O
vI
= (IC－ICEO)/IB≈IC / IB = IC / IBvCE=const
在放大区且当ICBO和ICEO很小时， ≈，可以不加区分。
20
3.1 半导体三极管
3.1.1 三极管的结构 3.1.2 三极管的工作原理 3.1.3 三极管的伏安特性曲线 3.1.4 三极管的主要参数
近似处理！
图3.1.6 共发射极连接
图3.1.7 共射极连接时的输入特性曲线
图3.1.8 共射极连接时的输出特性曲线
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3.1 半导体三极管
3.1.3 三极管的伏安特性曲线
2. 温度对三极管特性的影响
(1) 温度对VBE的影响 温度每升高1℃，vBE减小2mV~2.5mV。
(2) 温度对ICBO的影响 温度每升高10℃，ICBO约增加一倍
(3) 温度对的影响
温度每升高1℃，值约增大0.5%~1%。图3.1.9 温度对三极管输出特性的影响
当温度升高时，VBE将减小，ICBO、ICEO、都将增大，使输出特 性曲线上移，而各条曲线间的距离加大，如图3.1.9中的虚线所示。
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3.1 半导体三极管
3.1.4 三极管的主要参数
直流参数 直流电流放大系数 、 极间反向电流 ICBO 、 ICEO
交流参数 交流电流放大系数 、
特征频率fT
结电容 Cb’c 、 Cb’e
极限参数 集电极最大允许电流ICM
集电极最大允许功率损耗PCM 反向击穿电压V(BR)CEO
IC IB
iC iB
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3.1.4 BJT的主要参数 1. 电流放大系数
(1) 共发射极直流电流放大系数 (2) 共发射极交流电流放大系数
3.2 共发射极放大电路
3.2.1 共射极放大电路的组成
电路1－基本(直接耦合) 电路2－阻容耦合
3.2.2 放大电路的两种工作状态
1. 静态 2. 动态
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3.2.1 共射极放大电路的组成
电路1－基本(直接耦合)
iC ΔvI RB
150k
+
+
iB
VBB
1.3V

VCC=5V
RC 5k
vO
图3.1.8 共射极连接时的输出特性曲线
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为什么3.像1.P3N结三的极伏安管特的性伏？ 安特性曲线
为为什 什1么么. 共VVCC发EE增增射大大极曲到线一连右定接移值时？曲的线特右移性曲线
就(不1)明输显入了特？性曲线
iB f (vBE) vCE 常数
现象： vCE，曲线右移；
但vCE 1V后, 右移较少；
0
2 Digital LogicvO /V
Cutoff
3 Amplifier
t
Active
iC ΔvI RB
150k
+
+
iB
VBB
0t.2
0 0.7
Saturation
1.3V

1.9
vI
VCC=5V RC 5k vO =120
22
3 Amplifier
VCC=5V
iC ΔvI RB
150k
IEN IE
通常 IC >> ICBO
硅: 0.1A 锗: 10A
IC IE
显然 <1，一般在0.9~0.99之间。
10
3.1.2 三极管的工作原理
(2) 三极管的电流分配关系
IC IE
iC iE
(a) 共基极组态的电流传输关系
输入回路: vI =20mV vBE = 20mV
IC = IB + (1+ )ICBO
IC = IB + ICEO （穿透电流）
IC IB
IE = IC + IB (1+)IB
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3.1 半导体三极管
3.1.3 三极管的伏安特性曲线
i f (v ) 为为为就什 什 什不(11.)么么么明共输显像VVCC发入了PEEB增增N特射？结大大性极的曲到曲连伏线一线安接右定B特移值时E性？曲的v？线C特E右性常移数曲(2)线输出为 行 为特iC什 线 什性么 ？ 么曲v在 而线fCE放 且(较v大 是C小E区 等图时)曲 间3iiB.C1线隔随.6常几的v共数C乎？E发变是射化横极很轴连大接的？平