模拟电子技术基础半导体三极管及放大电路基础
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本章主要内容
4.1 三极管的结构及类型 三极管的电流放大作用
三极管的共射特性曲线
三极管的主要参数
4.2 放大电路基本概念
共射放大电路
1
4.3 图解分析方法 小信号模型分析法
4.4 放大电路的工作点稳定问题 4.5 共集电极电路和共基极电路 4.6 放大电路的频率响应 4.7 多级放大电路
2
一、晶体三极管的结构和类型
温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。
24
2）. 温度升高，输出特性曲线向上移。 iC T2 > T1
O
iiiBBB=== 000uCE
温度每升高 1C， (0.5 1)%。
输出特性曲线间距增大。
25
四、晶体管的主要参数
1、电流放大系数
4 iC / mA 50 µA
1）. 共发射极电流放大系数
特点：
IB = 0 6 uCE /V
水平、等间隔
21
iC / mA 4饱
和 3区
放大区
2
I1CEO
截止区
O24
8 临界饱和时：
uCE = uBE
饱和区：
50 µA
uCE u BE
40 µA 30 µA 20 µA
uCB = uCE u BE 0
条件：两个结正偏
10 µA 特点：IC IB
IC mA +
A
+
+
V UCE
EC
RB
V UBE 输入回路
输出回路 –
+– –
–
EB 共发射极电路
发射极是输入回路、输出回路的公共端
16
1.输入特性
iB f (uBE) uCE常数
输
出
输入
回
回路
路
uCE 0 与二极管特性相似
17
iB
uCE 0
uCE 1 V
O
uBE
uCE 0 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)
三、特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流
子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路 的依据。
为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析管子的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路
重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线
15
测量晶体管特性的实验线路 IB
9 下一页
4. 三极管内部载流子的传输过程
(1). 发射结正偏，扩散运动形成发射极电流IE
(2). 扩散到基区的电子与空穴复合，形成基极电流IB
C
ICBO N
ICE
IB B
IBE
P
集电结反偏，有 基区的电子和集电 区的空穴等少子形
成的反向电流ICBO。
EC
基区空穴
向发射区的 RB
扩散可忽略。
EB
IEN
IEP
N
E IE
(3). 集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC
10
11
4. 三极管的电流分配关系
C IC
IC = ICE+ICBO IB = IBE- ICBO
ICBO
N
ICE
IBB
P
EC
当管子制成后，发射区载 流子浓度、基区宽度、集电结 RB 面积等确定，故电流的比例关 EB 系确定，即：
集－射极穿透电流
RB IBE N
温度ICEO
EB
E IE
忽略ICEO ，有 IC IB
(常用公式)
为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？
13
IE = IC + IB
IC IB ICEO IE (1 ) IB ICEO
IE IC IB
IC IB IE (1 ) IB
14
第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管
5
二、电流放大作用
1. 三极管放大的条件 1）三极管放大的内部条件
集电极 C
集电区： 面积最大
集电结
基极 B
N
P
基区：最薄，
N
掺杂浓度最低
发射结
E 发射极
发射区：掺
杂浓度最高
6
2）三极管放大的外部条件
发射结正偏、集电结反偏
(Semiconductor Transistor）
NPN型
集电极
发射极
C N P N E emitter
collector 基极
B base
符号： C IC B
IB E
IE
PNP型 集电极
PN P C
基极
B
发射极 E
C IC B
IB E
IE
3
小功率管
分类： 按材料分：
中功率管 硅管、锗管
按结构分：
NPN、 PNP
按使用频率分： 低频管、高频管
按功率分：
小功率管 < 500 mW
中功率管 0.5 1 W 大功率管 > 1 W
大功率管
4
半导体三极管的型号
国家标准对半导体三极管的命名如下:
3 D G 110 B
同一型号中的不同规格
同种器件型号的序号
器件的种类
材料 三极管
第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管
截止区：
IB 0 IC = ICEO 0
2
20 µA 10 µA
条件：两个结反偏
I1CEO O
截止区 IB = 0
24
6 uCE /V
8
20
iC / mA 4
3
放大区
2
I1CEO O 8
截止区 24
放大区：
50 µA 40 µA
IC IB ICEO
30 µA 20 µA 10 µA
条件： 发射结正偏 集电结反偏
IB = 0 6 uCE /V 深度饱和时：
UCE(SAT)=
0.3 V (硅管) 0.1 V (锗管)
22
三极管输出特性曲线
返回
上一节 下一节
上一页
23 下一页
3.温度对特性曲线的影响
1）. 温度升高，输入特性曲线向左移。
iB
T2 >T1
O
uBE
温度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。
IEN
IEP
N
E IE
ICE IC ICBO IBE IB ICBO IB
ICE 与 IBE 之比称为共发射 极电流放大倍数
12
IC IB (1 )ICBO IB ICEO
C IC
若IB =0, 则 IC (1 )ICBO ICEO
IB ICBO ICE
N
P EC
B
导通电压 UBE(on)
硅管： (0.6 0.8) V 锗管： (0.2 0.3) V
取 0.7 V 取 0.2 V
18
三极管输入特性曲线
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上一页
19 下一页
2.输出特性
iC f (uCE ) iB常数
对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。
iC / mA 4 3
50 µA 40 µA 30 µA
从电位的角度看：
发射结正偏 集电结反偏
NPN VB>VE VC>VB
发射结正偏 集电结反偏
PNP
VB<VE VC<VB
C
N
B
P
RC
N RB
E EB
EC
7
2. 满足放大条件的三种电路
E
C
ui
uo
B
共基极 ECBuouiE
共发射极
B uo 共集电极
ui C
8
(3)晶体管的工作状态
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4.1 三极管的结构及类型 三极管的电流放大作用
三极管的共射特性曲线
三极管的主要参数
4.2 放大电路基本概念
共射放大电路
1
4.3 图解分析方法 小信号模型分析法
4.4 放大电路的工作点稳定问题 4.5 共集电极电路和共基极电路 4.6 放大电路的频率响应 4.7 多级放大电路
2
一、晶体三极管的结构和类型
温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。
24
2）. 温度升高，输出特性曲线向上移。 iC T2 > T1
O
iiiBBB=== 000uCE
温度每升高 1C， (0.5 1)%。
输出特性曲线间距增大。
25
四、晶体管的主要参数
1、电流放大系数
4 iC / mA 50 µA
1）. 共发射极电流放大系数
特点：
IB = 0 6 uCE /V
水平、等间隔
21
iC / mA 4饱
和 3区
放大区
2
I1CEO
截止区
O24
8 临界饱和时：
uCE = uBE
饱和区：
50 µA
uCE u BE
40 µA 30 µA 20 µA
uCB = uCE u BE 0
条件：两个结正偏
10 µA 特点：IC IB
IC mA +
A
+
+
V UCE
EC
RB
V UBE 输入回路
输出回路 –
+– –
–
EB 共发射极电路
发射极是输入回路、输出回路的公共端
16
1.输入特性
iB f (uBE) uCE常数
输
出
输入
回
回路
路
uCE 0 与二极管特性相似
17
iB
uCE 0
uCE 1 V
O
uBE
uCE 0 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)
三、特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流
子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路 的依据。
为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析管子的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路
重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线
15
测量晶体管特性的实验线路 IB
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4. 三极管内部载流子的传输过程
(1). 发射结正偏，扩散运动形成发射极电流IE
(2). 扩散到基区的电子与空穴复合，形成基极电流IB
C
ICBO N
ICE
IB B
IBE
P
集电结反偏，有 基区的电子和集电 区的空穴等少子形
成的反向电流ICBO。
EC
基区空穴
向发射区的 RB
扩散可忽略。
EB
IEN
IEP
N
E IE
(3). 集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC
10
11
4. 三极管的电流分配关系
C IC
IC = ICE+ICBO IB = IBE- ICBO
ICBO
N
ICE
IBB
P
EC
当管子制成后，发射区载 流子浓度、基区宽度、集电结 RB 面积等确定，故电流的比例关 EB 系确定，即：
集－射极穿透电流
RB IBE N
温度ICEO
EB
E IE
忽略ICEO ，有 IC IB
(常用公式)
为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？
13
IE = IC + IB
IC IB ICEO IE (1 ) IB ICEO
IE IC IB
IC IB IE (1 ) IB
14
第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管
5
二、电流放大作用
1. 三极管放大的条件 1）三极管放大的内部条件
集电极 C
集电区： 面积最大
集电结
基极 B
N
P
基区：最薄，
N
掺杂浓度最低
发射结
E 发射极
发射区：掺
杂浓度最高
6
2）三极管放大的外部条件
发射结正偏、集电结反偏
(Semiconductor Transistor）
NPN型
集电极
发射极
C N P N E emitter
collector 基极
B base
符号： C IC B
IB E
IE
PNP型 集电极
PN P C
基极
B
发射极 E
C IC B
IB E
IE
3
小功率管
分类： 按材料分：
中功率管 硅管、锗管
按结构分：
NPN、 PNP
按使用频率分： 低频管、高频管
按功率分：
小功率管 < 500 mW
中功率管 0.5 1 W 大功率管 > 1 W
大功率管
4
半导体三极管的型号
国家标准对半导体三极管的命名如下:
3 D G 110 B
同一型号中的不同规格
同种器件型号的序号
器件的种类
材料 三极管
第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管
截止区：
IB 0 IC = ICEO 0
2
20 µA 10 µA
条件：两个结反偏
I1CEO O
截止区 IB = 0
24
6 uCE /V
8
20
iC / mA 4
3
放大区
2
I1CEO O 8
截止区 24
放大区：
50 µA 40 µA
IC IB ICEO
30 µA 20 µA 10 µA
条件： 发射结正偏 集电结反偏
IB = 0 6 uCE /V 深度饱和时：
UCE(SAT)=
0.3 V (硅管) 0.1 V (锗管)
22
三极管输出特性曲线
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3.温度对特性曲线的影响
1）. 温度升高，输入特性曲线向左移。
iB
T2 >T1
O
uBE
温度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。
IEN
IEP
N
E IE
ICE IC ICBO IBE IB ICBO IB
ICE 与 IBE 之比称为共发射 极电流放大倍数
12
IC IB (1 )ICBO IB ICEO
C IC
若IB =0, 则 IC (1 )ICBO ICEO
IB ICBO ICE
N
P EC
B
导通电压 UBE(on)
硅管： (0.6 0.8) V 锗管： (0.2 0.3) V
取 0.7 V 取 0.2 V
18
三极管输入特性曲线
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2.输出特性
iC f (uCE ) iB常数
对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。
iC / mA 4 3
50 µA 40 µA 30 µA
从电位的角度看：
发射结正偏 集电结反偏
NPN VB>VE VC>VB
发射结正偏 集电结反偏
PNP
VB<VE VC<VB
C
N
B
P
RC
N RB
E EB
EC
7
2. 满足放大条件的三种电路
E
C
ui
uo
B
共基极 ECBuouiE
共发射极
B uo 共集电极
ui C
8
(3)晶体管的工作状态
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