三极管及其放大电路

无量纲
②
A
＝
i
I o Ii
——电流增益
无量纲
功率放大倍数定义为 AP=PO／Pｉ
2021/2/4
34
用分贝表示的电压增益和电流增益如下：
电压增益2＝ 0lgAV dB 电流增益2＝ 0lgAI dB
由于功率与电压（或电流）的平方成比例， 因此功率增益表示为：
功率增益＝10lgAP
【 AP
Po 】 Pi
18
2. 输出特性曲线
它是以iB为参变量的一族特性曲线。
iC /mA
=80μA
=60μA
=40μA
=20μA
25℃
vCE/V
2021/2/4
BJT共射接法的输出特性曲线
19
输出特性曲线可以划分为三个区域： 饱和区——iC受vCE控制的区域，该区域内vCE的
数值较小。此时Je正偏，Jc正偏
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IB < IB
IC IB
IE 1 IB
IE IC IB
2021/2/4
NPN c 最高
PNP 最低
b
中
中
VB=VE+0.7V VB=VE-0.7V
e 最低
最高
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例1：测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的 工作状态。
-
+
正偏 + - 反偏
放大Vc>Vb>Ve
+
-
正偏 - + 反偏
2021/2/4
25℃
vCE /V21
饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较 小，一般vCE<0.7V（硅管）。此时Je正偏，Jc正偏或反偏电 压很小。
截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时
Je反偏，Jc反偏。
模电着重讨
放大区——iC平行于 vCE轴的区域，曲线 iC /mA 基本平行等距。 此
R
转变为
c
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
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46
2.3.3 放大电路静态分析
首先交代各物理量表示方法及其含义：
掺杂浓度；(薄牛肉)
c
③ 集电区： ➢掺杂浓度要比发 射区低；
➢面积比发射区大；
N
b
P
N
e
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7
2.1.2 BJT的电流放大作用
1.三极管的偏置 为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部
条件两方面的要求。 c
N
b
P
N
从外部条件来看： 要求外加电源电压的极 性必须满足：
①发射结正向偏置UBE>0
5
发射极，用E或e 表示（Em发itt射er）区；
集电极，用C或c 集电区表示（Collector）。
基区 基发极射，结用(BJe或) b表示集（电Ba结se(）Jc)
三极管符号
箭头代表发射极电流的实际方向
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6
结构制作要求： ① 发射区：高杂质掺杂浓度；(芝麻)
② 基区：很薄（通常为几微米～几十微米），低
放大Vc<Vb<Ve
放大 2021/2/4
截止
饱和
例2.1
24
【关于“主要参数”
2.1.4 BJT的主要参数
这部分详细内容请同 学们自己看书P15！】
1. BJT的主要参数
α——共基电流放大系数
iC
iE
α的值小于1， 但接近于1。
β ——共射电流放大系数
iC
iB
β的值远大于1， 通常在20～200范 围内。
iC /mA
25℃
=80μA =60μA =40μA
=20μA
vCE /V20
饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较 小。此时Je正偏，Jc正偏。
截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的
下方。此时Je反偏，Jc反偏。
iC /mA
=80μA
=60μA
=40μA
=20μA
ICBO
IB
N Rc Jc
IC
b Rb
P Je
N VCC
IB
可简化为 VBB e IE
2021/2/4
IE
例：共发射极接法
13
将三极管看成一个广义的节点（如下图），有： IC
IE=IC+IB IB
故集电极与基极电流的关系为：
IC
β
IE
IB
共射电流放大倍数
2021/2/4
IC
IE
共基极电流放大系数
过
压
（3）反向击穿电压
区
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28
复习
符号,放大条件: 电流关系 工作区域,特点 判断工作状态
①发射结正向偏置UBE>0 ②集电结反向偏置UBC<0
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29
2.2 放大电路性能指标
模拟电子中研究的最主要电路：放大电路
放大是最基本的模拟信号处理功能。
具有放大特性的电子设备：收音机、电视机、手机、扩音器等等。
工程上最常用的是BJT的输入特性和输出特 性曲线。
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16
以共射放大电路为例：
输入特性：iBf vBEvCE 常数 输出特性： iCf vCEiB常数
iB=IB+ΔiB b +
iC=IC+ΔiC
c +输
+
vCE出 RL ΔvO
输 vBE
e -
入
-回 路
-
ΔvI
回
路
iE=IE+ΔiE
三极管及其放大电路
什么是放大?
电信号放大:
窃听器?
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2
2.1 半导体三极管
➢ 半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作 时，多数载流子和少数载流子都参与运行， 因此，还被称为双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor，简称BJT）。
➢ BJT是由两个PN结组成的。
2021/2/4
17
1. 输入特性曲线 分三部分： ① 死区
② 非线性区 iB /μA
vCE =1V 25℃
③ 线性区
vCE =0V
vCE >1V
记住：
①当vCE>1时， 各条特性曲线 基本重合。
②当vCE增大时 特性曲线相应 的右移。
2021/2/4
③
② ①
vBE /V
BJT共射接法的输入特性曲线
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。
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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。
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放大原理
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：变变化化的的输i c出通过
iE = IE +ΔIE ， iC = IC +ΔIC ，iB = IB+Δwenku.baidu.comB
IC变化了ΔIC ，IB变化了ΔIB
ΔUO=ΔIC RC ΔUO>>ΔUBE
放大的本质——功率（能量）的放大
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电压放大(电流放大)
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2.3.2 共射基本放大电路实际电路
C1 、C2称为隔直电容或 耦合电容,该电路又称为阻容耦合放 大电路。
26
2.极限参数 （1）集电极最大允许电流ICM 指BJT的参数变化不超过允许值时集电极允
许的最大电流。
2021/2/4
27
（1）集电极最大允许电流ICM
指BJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。
（2）集电极最大允许功率损耗PCM
表示集电极上
过流区
允许损耗功率
的最大值。
PCM=iCvCE
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3
【分类】
① 按频率分
高频管 低频管
硅管 ③ 按半导
体材料分 锗管
② 按功率分
大功率管 中功率管 小功率管
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④ 按结构 不同分
NPN型 PNP型
4
2.1.1 BJT的结构与符号 图形符号
(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管
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TH DV22V3210% 0 V1
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2.3 共射基本放大电路
2.3.1共射基本放大电路组成
放大的外部条件
输入回 路 2021/2/4
输出回 路
两个回路 正确的直流偏置
ui为小信号 ui和VBB串接 RB为基极偏置电阻
RC为集电极偏置电
阻 40
放大原理
uBE= VBB+ui=VBB +ΔUBE
2021/2/4
30
这里的“放大”是指把微小的、微弱的电信号的幅度不失真的进行放大。
2021/2/4
31
一般来说，放大电路就是一个双端口网络。
+
V S
Ii
+
+ Io
Rs Vi
（放放大大电器路）Vo
RL
-
-
-
信号源
负载
VS 信号源电压
Rs 信号源内阻
Vi 输入电压
Vo 输出电压
RL 负载电阻
Ii 输入电流
10
（1）发射区向基区注入电子，从 而形成发射极电流IE。
（2）在基区中 ①电子继续向集电 结扩散； ②少数电子与基区 空穴相复合，形成 IB电流。
2021/2/4
c
IB≈IBE 复合
RbbIBE
VBB e
N
Jc P Je N
IE
Rc VCC
例：共发射极接法
11
（1）发射区向基区注入电子，从 而形成发射极电流IE。
14
IE=IC+IB
共基极电流放大系数
IC
IC≈αIE
IB
IB=IE-IC=IE-αIE=(1-α)IE
故集电极与基极电流的关系为：
IE
IC IB
1IEIE
1
=β
共射电流放大倍数
2021/2/4
15
2.1.3 .BJT的特性曲线
BJT的特性曲线是指各电极电压与电流之间 的关系曲线，它是BJT内部载流子运动的外部 表现。
b－ ＋
b区
VBE e区 －e
＋
N Jc PJeVCE N
－
例：共发射极接法
Rc VCC
9
2.三极管电流分配关系： （1）发射区向基区注入 电子，从而形成发 射极电流IE。
2021/2/4
c
N Rc
b Rb VBB
Jc P Je e IENIIEE=PINEN+IEPVCC
≈IEN 例：共发射极接法
Io 输出电流
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放大电路的主要性能指标：【参见教材P17】 性能指标是衡量放大电路品质优劣的标准，同时 由这些指标还要来决定放大电路的适用范围。
输入电阻 这里主要讨论 输出电阻
增益
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33
2.2.1 增益
实质上就是输出对输入的放大倍数。
①
A V
Vo Vi
——电压增益
论的就是该 放大区！=80μA
=60μA
时Je正偏，Jc反偏。 电压大于0.7V左右
=40μA =20μA
（硅管）。
2021/2/4
25℃
vCE /V22
三极管工作情况总结
状态 发射结 集电结
截止 反偏或零偏 反偏
放大 正偏
反偏
饱和 正偏
正偏
三极管处于放大状态时，三个极上的
电流关系：
电位关系：
IC 0
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36
2.2.3
短路 +
V S
-
输Ii 出+电阻Ro
Rs
Vi
-
放大电路 （放大器）
VR Oo
+ -
+ Io
V o
-
开路
×
RL
×
Ro
R
＝
o
Vo Io
Vs＝ 0 RL
Ro的求法：将信号源短路，即 =0，VS但保留Rs；
且负载RL两端开路，即RL=∞时
RO越小，放大电路的带负
载能力越强。
α与β的关系： 1
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25
极间反向电流
（1）ICBO：集电极－基极反向饱和电流 O是Open的字头，代表第三个电极E开路。 它相当于单个集电结的反向饱和电流。因此，
它只决定于温度和少子的浓度。
ICBO的值很小
硅管：I CBO为纳安数量级 锗管：I CBO为微安数量级
2021/2/4
②集电结反向偏置UBC<0
2021/2/4
e
8
即在满足内部结构要求的前提下，三极管要实现
放大，必须连接成如下形式：
三极管在工作时 要加上适当的直 流偏置电压。 ➢ 发射结正偏：
由VBB保证 ➢集电结反偏： 由VCC >VBB保证
Rb VBB
VCB=VCE - VBE > 0
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＋c
VCB c区
（2）在基区中 ①电子继续向集电结扩散； ②少数电子与基区空穴相复 合，形成IB电流。
（3）集电区收集大部 分的电子，形成IC 电流。
2021/2/4
c IC ≈ICN
IB
RbbIBE
N
ICN
Jc P Je
N
VBB
e IE
Rc VCC
例：共发射极接法
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将三极管看成一个广义的节点（如下图），有：
c IC
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基本共射放大电路的简化
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共射需放要大使电R路b》改R进c 电路 （一般为几十倍）
Rb
Rc
Cb1 直
+
T
+ 交 直＋交
uvii -
+
改成唯一的 直流电源
+ VCC
Cb2 交
+
R L uvo -
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44
阻容耦合共射放大电路
偏置电路VCC 、Rb
提供电源，并使三极管 工作在线性区。
2021/2/4
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2.2.2
+
V S
-
R
＝
i
Vi I i
输入电阻Ri
Ii
Io
+
+
Rs Vi
放大电路 Ri (放大器)
V o
RL
-
-
Ri
Ri决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大
小，即它决定了放大电路对信号源的要求。
Ri越大，Ii就越小，放大电路从信号源索取的电流越
小。放大电路所得到的输入电压Vi越接近信号源电压Vs。
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37
2.2.4 最大输出幅值
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。
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2.2.5 非线性失真系数
由于三极管存在非线性，使输出信号产生了 非线性失真。
非线性失真系数的定义：在某一正弦信号输 入下，输出波形因非线性而产生失真，其谐波分 量的总有效值与基波分量之比，用THD表示，即