第03章半导体三极管及放大电路基础82页

Ri
•
Ro
VT
•
I• T VS 0
Ro RC
Ro
3.5 稳定工作点
分压式偏置
I1=(5~10)IB
VB=(3~5)V
(1)确定工作点: Q
VB
Rb2 Rb1 Rb2
VCC
V+B
VBE
+
Hale Waihona Puke -IeV- e
IIIBBC IE IIC CVB R eV BVVE EEV RB e因 因V V,B B不 不I B 变 变 IC
②极间反向电流
1.集电极基极间反向饱和电流ICBO ICBO的下标CB代表集电极和基极，
O是Open的字头，代表第三个电极E开路。 它相当于集电结的反向饱和电流。
2.集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO和ICBO有如下关系 ICEO=（1+ ）ICBO 相当基极开路时，集电极和发射极间的反向
(1)模型的建立 1.三极管可以用一个模型来代替。 2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。 3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变 也具有线性同样的含义。
h参数模型
vbehieibhrevce
ic hfeibhovece
（2)模型中的主要参数
①hie为输入电阻，即 rbe。 rbe 交流输入电阻
Q点确定：非线性部分曲线——
IB
VCCVBEVCC
Rb
Rb
放大电路的动态图解分析
（1）交流负载线 1.从B点通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，
其斜率为-1/R'L 。 2.R'L= RL∥Rc，
是交流负载电阻。
3.交流负载线是有 交流 输入信号时Q 点的运动轨迹。
4.交流负载线与直流 负载线相交Q点。
饱和失真
由于放大电路的工作点达到了三极管 的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为顶部失真。
截止失真
注意：对于PNP管，由于是负电源供 电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。
②放大电路的最大不失真输出幅度
放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要： 1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位； 2.要有合适的交流负载线。
工作点稳定，增益下降。
解决这个• 矛盾•的方法是加•电容Ce。
A •VV •o•IcRL •IbRL
Vi Ibrbe
Ibrbe
RL rbe
•
(3)输入电阻
I Rb
•
•
•
IT IRb Ib
Ri
V•TR1b rbe11Re
Rb Rb1//Rb2
R i
VT IT
R b/r /b e1 R e
IIB BV C EV V V C B BE C E IC (R C R e ) I1
VB IB
稳定过程
(2)电压增益
V oI bR'L
R'L=Rc//RL
••
•
Vi IbrbeIe Re
I•brbe(1)Re
•
•
•
AV
V•o
•
Ib RL
Vi Ib rbe(1)Re
RL rbe(1)Re
(2)交流工作状态的图解分析
通过图解分析，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； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。
(3) 最大不失真输出幅度
①波形的失真
由于放大电路的工作点达到了三极管 的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为底部失真。
输入信号通过耦合电容加在三极管
的发射结于是有下列过程：变化的
i
通过
c
R
转变为
c
变化的输出
vC vi i i iR vC v β i 1 b eb c b cc c 2 o
三极管放大作用
放大电路的基本分析方法
①静态工作状态的计算分析法
根据直流通路对放大电路的静态进行计算
IB
VCCVBEVCC
电压放大倍数 电流放大倍数 功率放大倍数
AV/V
v
oi
Ai Io /Ii
A pP o/P i V oI o/V iI i
(2) 输入电阻 Ri
输入电阻是表明放大电路从信号源 吸取电流大小的参数，Ri大,放大电路 从信号源吸取的电流小，反之则大。
Ri
Vi Ii
(3) 输出电阻Ro
输出电阻是表明放大电路带负载的能力，
另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流ICBO。
三极管的电流关系
各极电流之间的关系式
: 共基极电流传输系数。
ICIEICBO
因ICBO较IC小，所I以E
又因 1则，IC≈IE
： 共发射极电流放大系数。
IC IBICEO
>>1
因ICEO较小，所以
IC IB
IE(1)IB IE =IC+IB
半导体三极管的参数
直流参数、交流参数、 极限参数 一.直流参数 ①直流电流放大系数
1.共发射极直流电流放大系数 =（IC－ICEO）/IB≈IC / IB vCE=常数
2.共基极直流电流放大系数 =（IC－ICBO）/IE≈IC/IE
显然 与 之间有如下关系: = IC/IE= IB/1+ IB= /1+
半导体三极管的特性曲线
输入特性曲线— iB=f(vBE) vCE= 常数
iB是输入电流， vBE是加在B、E 两极间的输电压。
导通电压 锗管 0.1~0.3V 硅管 0.6~0.8V
共发射极接法的输入特性曲线其中vCE=0V的那一条相当于 发射结的正向特性曲线，当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集 电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少， IC / IB 增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但vCE再增加时，曲 线右移很不明显。
3.V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的 击穿电压。
对于V(BR)CER表示BE间接有电阻，V(BR)CES表示 BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系 V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO＞V(BR) EBO
由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可 以确定过损耗区、过电流区和击穿区。
3章 半导体三极管及放大电路基础
半导体三极管 基本放大电路
半导体三极管
半导体三极管是具有电流放大功能的元件
频率：高频管、低频管 功率： 小、中、大功率管 材料： 硅管、锗管 类型： NPN型、PNP型
晶体三极管的结构 晶体三极管是由两个PN结组成的
发射结
集电结
发射极 发射区
基区 集电区 集电极 基极
Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。
.
Ro
=
Vo
.
RL ,
Io
VS 0
注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常 都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路 处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。
基本放大电路的工作原理
(1) 共发射极基本放大电路 的组成
偏置电路VCC 、Rb
提供电源，并使三极管 工作在线性区。
耦合电容C1 、
C2输入耦合电
容C1保证信号 加到发射结， 不影响发射结
偏置。输出耦
合电容C2保证 信号输送到负
载，不影响集
电结偏置。
负载电阻RC、RL
将变化的集电极电流 转换为电压输出。
三极管 T
起放大作用。
(2) 静态和动态 静态: vi 0 时，放大电路的工作状态，
也称直流工作状态。
动态: vi 0 时，放大电路的工作状
饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应 的Y坐标的数值。
二.交流参数
①交流电流放大系数
1.共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const
在输出特性曲线上求β
在放大区 值基本不变，
通过垂直于X 轴的直线 由IC/IB求得。
2.共基极交流电流放大系数α
α=IC/IE VCB=const
②集电极最大允许功率损耗PCM
集电极电流通过集电结时所产生的功耗，
PCM= ICVCB≈ICVCE， 因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中
在集电结上。在计算时往往用VCE取代VCB。
③反向击穿电压 1.V(BR)CBO——发射极开路时的集电结击穿电压。 下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB 代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。 2.V(BR) EBO——集电极开路时发射结的击穿电压。
rb erbb ('1)2m 6/IV E
②hre为电压反馈系数，即μr。
③hfe为电流放大系数，即。 iB——输出电流源
④hoe为输出电导，即1/rce。
表示三极管的 电流放大作用
(3) 模型简化
μr反映三极管
内部的电压反馈， 因数量很小，一般 可以忽略。
1/rce与电流源并
联时，分流极小， 可作开路处理。
态，也称交流工作状态。
放大电路建立正确的静态，是保证动态工作 的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和 动态，正确地区分直流通路和交流通路。
(3) 直流通路和交流通路
直流通路
能通过直流的通路。
(a)直流通路
(b)交流通路
交流通路 能通过交流的电路通路。
直流电源和耦合电容对交流相当于短路
(4) 放大原理
用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路 (1)小信号等效电路
(2)电压增益
Ib Vi /rbe
II
c
b
V o I cR'L R'L=Rc//RL
•
•
•
A •VV •o•IcRL •IbRL
Vi Ibrbe
Ibrbe
RL rbe
(3)输入电阻
Ri
VT IT
Ri Rb//rbe
(4)输出电阻
三极管内部载流子的传输过程
半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。 为使发射区发射电子，集电区收集电子： 发射结加正向电压，集电结加反向电压。
内部载流子的传输过程： 1。 发射区向基区注入电子
2。电子在基区中的扩散与复合
3。集电区收集扩散过来的电子
三极的工作原理
发射结加正偏时，从发射区将
三极管的放大作用
发射结外加电压
~ vEBvI VEE ~iEIEiE
~iC iE iCICiC
voiCRL
AV
vo vI
很小的基极电流，就可以控制较大的集电极 电流，从而实现了放大作用。
三极管的连接方式
共发射极接法：发射极作为公共端；（可参） 共集电极接法：集电极作为公共端； 共基极接法：基极作为公共端。
输出特性曲线— iC=f(vCE) iB= 常数 iC是输出电流，vCE是输出电压。 ⑴放大区：
发射结正偏、集电结反偏
VCE大于0.7 V左右(硅管) 。
⑵截止区：
发射结和集电结均为反偏。 IB=0以下的区域。 ⑶饱和区：
发射结和集电结均为正偏。 IC随着VCE的变化而迅速变化。 工程上以VCE=0.3伏作为放大区和饱和区的分界线。
BJT的三个工作区域(可参)
⑴放大区：
发射结正偏、集电结反偏
VCE=0.7 V左右(硅管) 。
⑵截止区：
发射结和集电结均为反偏。
VBE=0 实际VBE<0.5V
⑶饱和区： 发射结和集电结均为正偏。
VBE=0.7V
VCE=0.3V
VCE=0.3伏作为放大区和饱和区的分界线。
3.4 三极管的低频小信号模型
当ICBO和ICEO很小时， ,, 可以不加区分。
②特征频率fT
三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。 由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。 当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。
三.极限参数
①集电极最大允许电流ICM
三极管集电极最大允许电流ICM。当IC＞ICM时，管子性能将 显著下降，甚至会损坏三极管。
Rb
Rb
IC β IB
VCEVCC ICRc
IB、IC和VCE这些量代表的工作状态称为静态工作点， 用Q表示。
②静态工作状态的图解分析法
1. 由直流负载线
VCE =VCC－ICRC
2. 在输出特性曲线 上确定两个特殊点,
即可画出直流负载
线。 VCC 、 VCC /Rc
3. 得到Q点的参数IB 、IC 和VCE 。
有大量的电子向基区扩散，形成 的电流为IEN。
从基区向发射区也有空穴的扩 散运动，但其数量小，形成的电 流为IEP。（这是因为发射区的掺杂浓
度远大于基区的掺杂浓度。）
进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。
又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的 时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场 区域，被集电极所收集，形成集电极电流ICN。在基区被复合的电 子形成的电流是 IBN。
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
基本放大电路
基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元 件组成的三种基本组态放大电路。 共发射极、
共集电极、 共基极
放大电路的主要技术指标 (1)放大倍数 (2)输入电阻Ri (3)输出电阻Ro (4)通频带
(1) 放大倍数
输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输 出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大 倍数、电流放大倍数和功率放大倍数,通常它们都是 按正弦量定义的。