模拟电子技术—晶体管及其放大电路

base
发射极 E
P N
emitter
C
B
NPN 型 E
PNP 型
E
模
拟
电
子
技
术
分类：
按材料分： 按材料分： 按结构分： 按结构分： 按使用频率分： 按使用频率分： 按功率分： 按功率分： 硅管、 硅管、锗管 NPN、 PNP 、 低频管、 低频管、高频管 小功率管 < 500 mW 中功率管 0.5 ∼1 W 大功率管 > 1 W
2.3.1 共射基本放大电路的组成
模
拟
电
子
技
术
集电结加反向电压
发射结加正向电压
C1 + Rs us
+ -
+ T RB RC
VBB
C2
RL
VCC
uo
ui
信号源加到b-e间 间 信号源加到
交流输出传送到负 载
模
拟
电
子
技
术
• 1.发射结加正向电压,集电结加反向电压 • 2.把信号源加到b-e之间 • 3.放大后的交流输出信号能够传送到负载上 去 • 以上三条是判断三极管放大电路能否放大 的依据，三条必须同时满足。
Au(f)
ϕ ( f ) — 相频特性
Aum
Aum / 2
BW0.7 fL
中频段
上限 频率
fH f
2. 频带宽度(带宽)BW 下 频带宽度(带宽) 限 BW0.7 = fH – fL (Band Width) )
频 率
O
低频段
高频段
ϕ( f )
O
f
模
拟
电
子
技
术
2. 3 晶体管放大电路的 组成及其工作原理
Ri ui = us RS + Ri Ri 越大， ui 与 us 越接近 越大，
ui Ri = ii
模
拟
电
子
技
术
当信号源有内阻时： 当信号源有内阻时：
. UO ＝ . Ui
. Ui . Us
模
拟
电
子
技
术
1
三、输出电阻 放大电路的输出相当于 RS 负载的信号源， 负载的信号源，该信号源的 + us 内阻称为电路的输出电阻。 内阻称为电路的输出电阻。 –
模
拟
电
子
技
术
二、电流放大原理 1. 三极管放大的条件 内部 条件 发射区掺杂浓度高 外部 基区薄且掺杂浓度低 条件 集电结面积大 发射结正偏 集电结反偏
2. 满足放大条件的三种电路
E ui B 共基极 C uo ui B E 共发射极 C uo B ui C 共集电极 E uo
模
拟
电
子
技
术
3. 三极管内部载流子的传输过程
20 µA 10 µA 截止区
2 4 6
ICEO
O
IB = 0
8 uCE /V
临界饱和时： 临界饱和时： uCE = uBE
UCE(SAT)= ( )
模
拟
电
子
技
术
三、温度对特性曲线的影响 1. 温度升高，输入特性曲线向左移。 温度升高，输入特性曲线向左移。 向左移
iB
T2 >T1
O
uBE
温度每升高 1°C，UBE ↓ (2 ∼ 2.5) mV。 ° ， 。 温度每升高 10°C，ICBO 约增大 1 倍。 ° ， 温度每升高 1°C，β ↑(0.5 ∼ 1)%。 ° ， 。
模
拟
电
子
技
术
IE = IC + IB I C = β I B + I CEO
IE = (1+ β ) IB + ICEO
IE = IC + IB
IC = β IB IE = (1 + β ) IB
模
拟
电
子
技
术
2.1.2 晶体三极管的特性曲线 一、输入特性
iB = f (uBE) u
uCE = 0
当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、 当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集 电结面积等确定，故电流的比例关系确定， 电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：
IC − ICBO ICN = β= IB + ICBO IBN
I C = β I B + (1 + β ) I CBO = β I B + I CEO 穿透电流
模
拟
电
子
技
术
2.1
晶体管
2.1.1 晶体三极管 2.1.2 晶体三极管的特性曲线 2.1.3 晶体三极管的主要参数
模
拟
电
子
技
术
) 2.1.1 晶体三极管 (Semiconductor Transistor) 一、结构、符号和分类 结构、 collector
集电极 C 基极 B N — 集电区 集电结 — 基区 发射结 — 发射区 C B P N P E C B
IE
即：
IBN ≈ IB + ICBO
IB = IBN – ICBO
模
拟
电
子
技
术
I CBO
IC
Байду номын сангаасI CN
3) 集电区收集扩散过 ) 来的载流子形成集 电极电流 IC I C = ICN + ICBO
IB
I BN
IE
模
拟
电
子
技
术
4. 三极管的电流分配关系 IB = I BN − ICBO IC = ICN + ICBO
模
拟
电
子
技
术
3. 饱和区： 饱和区：
iC / mA 4 50 µA 饱 40 µA 3 和 放大区 区 30 µA
2 1
uCE ≤ u BE uBC = uBE − uCE ≥0 条件： 条件：两个结正偏 特点： 特点：IC ≠ β IB 深度饱和时： 深度饱和时： 0.3 V (硅管) 硅管) 0.1 V (锗管) 锗管)
–
2 + uo
–
+ ui
–
放大 电路
RL 2′
一、 放大倍数 电压放大倍数 Au = uo/ui
1′ ′
电压增益 Au (dB) = 20lg |Au|
放大电路主要用于放大微弱的电信号， 放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电 电流放大倍数 电流增益 Ai = io/ ii Ai (dB) = 20lg |Ai| 流在幅度上得到了放大，这里主要讲电压放大电路。 流在幅度上得到了放大，这里主要讲电压放大电路。
2′ 2 i
放大 电路
2′
+ u
–
Ro
uo — 带负载时的输出电压， o 越小，uot 和 uo 越接近。 带负载时的输出电压， 越小， R 越接近。
模
拟
电
子
技
术
四、 通频带 电抗元件( 主要是电容) 电抗元件 ( 主要是电容 1. 幅频特性和相频特性 ) 使放大电路对不同频率 输入信号的放大能力不同，反映在： 输入信号的放大能力不同，反映在： Au ( jf ) = Au ( f )∠ ϕ ( f ) Au( f ) — 幅频特性
模
拟
电
子
技
术
二、输出特性
iC = f (uCE ) i
4 3 2 1
B=常数
iC / mA 50 µA 40 µA 30 µA 20 µA 10 µA 截止区
2 4 6
1. 截止区： 截止区： IB ≤ 0 IC = ICEO ≈ 0 条件： 条件：两个结反偏
ICEO
O
IB = 0
8 uCE /V
6 8
2
4
∆iC (2.45 −1.65)×10−3 A 0.8 β= β ≈= 一般为几十 ∼ 几百 = 80 = −6 10 ∆i B 10×10 A
模
拟
电
子
技
术
4 iC / mA 3 2 1 O 2 4
Q
50 µA 40 µA 30 µA 20 µA 10 µA IB = 0uCE /V
6 8
I CBO I CN
1) 发射区向基区注入多子电子， ) 发射区向基区注入多子电子， 电子 形成发射极电流 IE。 2)电子到达基区后 ) 基区空穴运动因浓度低而忽略) (基区空穴运动因浓度低而忽略) 多数向 BC 结方向扩散形成 ICN。 少数与空穴复合， 少数与空穴复合，形成 IBN 。
IB
I BN
2. 共基极电流放大系数
α < 1 一般在 0.98 以上。 以上。
IC 80 C I β β α = == = = 0.988 = IE 80C + IB 1+ β 1+ β I +1
二、极间反向饱和电流
CE CB 极间反向饱和电流 ICBO， 极间反向饱和电流 ICEO。
模
拟 iC ICM
电
子
2 + Ri ui
–
Ro + + R uo uot L –
–
1′ ′
计算： 计算： 1 u us = 0 RS Ro = i RL = ∞ us =0 测量： 测量： 1′ ′ uot R L uot uo = Ro = ( −1)RL Ro + RL uo uot — 负载开路时的输出电压； 负载开路时的输出电压；
模
拟
电
子
技
术
单电源供电 +VCC RB C1
+
RC T
+
C2
+
Rs
+
RL
uo -
us
-
模
拟
电
子
技
术 ui
2.3.2 共射基本放大电路的工作原理
1.静态： 1.静态： 静态 ui=0.
Ic IB
+ C2 C1
O O
t t t t
IBQ
+
+ RL
+ UCE UBE -
ＵBＥQ Ｅ
Rs
O
-
ICQ O UCEQ O uo O
模
拟
电
子
技
术
4 3 2 1
iC / mA 50 µA 放大区 40 µA 30 µA 20 µA 10 µA 截止区
2 4 6
2. 放大区： 放大区：
I C = β I B + I CEO
条件： 条件： 发射结正偏 集电结反偏 特点： 特点： 水平、 水平、等间隔
ICEO
O
IB = 0
8 uCE /V
模
拟
电
子
技
术
第2章 晶体管及其基本放大电路 章 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 晶体管 放大的概念及放大电路的性能指标 共发射极放大电路的组成及工作原理 放大电路的图解分析法 放大电路的微变等效电路分析法 分压式稳定静态工作点电路 共集电极放大电路
2.8 共基极放大电路 2.9 组合单元放大电路 小结
示意方框图
模
拟
电
子
技
术
三、放大电路的四端网络表示 １ii RS + us
–
io 2
+ ui
–
放大 电路
RL 2′ ′
+ uo
–
1′ ′
us — 信号源电压 Rs — 信号源内阻 RL — 负载电阻
ui — 输入电压 uo — 输出电压 ii — 输入电流 io — 输出电流
模
拟
电
子
技
术
２.2.2 放大电路的主要性能指标 i io 1 i RS + us
模
拟
电
子
技
术
2. 温度升高，输出特性曲线向上移。 温度升高，输出特性曲线向上移 向上移。
iC T2 > T1
I C = β I B + I CEO
B= 0 iiB = 0 iB = 0 u
O
CE
输出特性曲线间距增大。 输出特性曲线间距增大。
模
拟
电
子
技
术
2.1.3 晶体三极管的主要参数
一、电流放大系数
技
术
三、极限参数
安 全 PCM 工 作 ICEO O 区 U(BR)CEO uCE
1. ICM — 集电极最大允许电流，超过时 β 值明显降低。 集电极最大允许电流， 值明显降低。 2. PCM — 集电极最大允许功率损耗 PC = iC × uCE。
模
拟
电
子
技
术
3. U(BR)CEO — 基极开路时 C、E 极间反向击穿电压。 间反向击穿电压。 、 ) U(BR)CBO — 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。 间反向击穿电压。 、 ) U(BR)EBO — 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。 间反向击穿电压。 、 ) U(BR)CBO > U(BR)CEO > U(BR)EBO ) ) )
CE=常数
输入 回路
输出 回路
与二极管特性相似
模
拟
电
子
技
术
iB
uCE = 0 uCE ≥ 1 V
uBE
O
uCE > 0
特性右移(因集电结开始吸引电子) 特性右移(因集电结开始吸引电子)
uCE ≥ 1 V 特性基本重合(电流分配关系确定) 特性基本重合(电流分配关系确定) 重合
硅管： 导通电压 UBE(on) 硅管： (0.6 ∼ 0.8) V 取 0.7 V ( ) 锗管： 锗管： (0.2 ∼ 0.3) V 取 0.3 V
1. 共发射极电流放大系数
4 iC / mA 3 2
β — 直流电流放大系数
Q
ICN ×10C3− ICBO IC 1 2.45 I− A = = −6 ≈ 82 ≈ β= I30×10 BA ICBO IB O I + BN
β — 交流电流放大系数
50 µA 40 µA 30 µA 20 µA 10 µA IB = 0uCE /V
模
１ii
拟
电
子
技
术
二、输入电阻
RS + us
–
+ ui
–
Ri
例 us = 20 mV，Rs = 600 Ω，比较不同 Ri 时的 ii 、 比较不同 ， ui。
Ri 6 000 Ω 600 Ω 60 Ω ii 3 µA ui 18 mV 10 mV 1.82 mV 16.7 µA 30 µA
1′ ′
2.动态： 2.动态： 动态
ui＝0，若输入为正弦信号
t
模
C1 +
拟
电
子
Ic+ic
技
+
术
C2
ui O t
IB+ib
+
UCE + uce
RL uo
Rs us+
模
拟
电
子
技
术
2.2 概述
2.2.1.放大的概念 2.2.1.放大的概念
一.扩音机示意图 扩音机示意图
1) 输入量控制输出量 2)把直流能量转换成按输入量变化的交流能量 把直流能量转换成按输入量变化的交流能量