晶体管及其放大电路

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
C uo
E
B
ui C
uo
共发射极
共集电极
模
拟
电
子
技
术
3. 三极管内部载流子的传输过程
I CBO
I CN
1) 发射区向基区注入多子电子， 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) 多数向 BC 结方向扩散形成 ICN。 少数与空穴复合，形成 IBN 。
模
拟
电
子
技
术
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，该信号源的 + us 内阻称为电路的输出电阻。 – 计算：
2
+ Ri ui
–
Ro + + R uo uot L –
–
1 1
u us 0 RS Ro i RL us =0 测量： 1 uot R L uot uo Ro ( 1) RL Ro RL uo
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 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
模
拟
电
子
技
术
第2章 晶体管及其基本放大电路 2.1 2Biblioteka Baidu2 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
Au( f ) — 幅频特性
Au(f)
( 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 限 BW0.7 = fH – fL (Band Width)
频 率
O
低频段
高频段
( 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
t
-
符号说明
t
t
u BE U BE u be i B I B ib iC I C i c u CE U CE u ce
ICQ u O
CE
UCEQ
O uo
O
t
t
模
拟
电
子
技
术
2. 4
图解分析法
引 言 2.4.1 静态工作情况分析 2.4.2 动态工作情况分析
模
拟
电
子
技
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
技
术
三、极限参数
ICEO O
安 全 PCM 工 作 区
U(BR)CEO
uCE
1. ICM — 集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。 2. PCM — 集电极最大允许功率损耗 PC = iC uCE。
4
3
B常数
iC / mA
50 µ A
40 µ A 30 µ A
2
1
20 µ A
10 µ A 截止区
2 4 6
1. 截止区： IB 0 IC = ICEO 0 条件：两个结反偏
ICEO
O
IB = 0
8 uCE /V
模
拟
电
子
技
术
4 3 2 1
iC / mA 50 µ A 放大区 40 µ A 30 µ A 20 µ A 10 µ A 截止区
模
拟
电
子
技
术
4 iC / mA 3 2
Q
1 O 2 4
50 µ A 40 µ A 30 µ A 20 µ A 10 µ A IB = 0uCE /V
6 8
2. 共基极电流放大系数
1 一般在 0.98 以上。
I C 80I C 0.988 I E 80 C I B 1 1 I1
base
发射极 E
P N
emitter
C
B
C
B
NPN 型 E
PNP 型
E
模
拟
电
子
技
术
分类：
按材料分：
按结构分： 按使用频率分： 按功率分：
硅管、锗管
NPN、 PNP 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
模
拟
电
子
技
术
二、电流放大原理
1. 三极管放大的条件
2 4 6
2. 放大区：
IC IB ICEO
条件： 发射结正偏 集电结反偏 特点： 水平、等间隔
ICEO
O
IB = 0
8 uCE /V
模
拟
电
子
技
术
3. 饱和区：
iC / mA 4 50 µ A 饱 40 µ A 3 和 放大区 区 30 µ A
2
1
uCE u BE uBC = uBE uCE ≥0 条件：两个结正偏 特点：IC IB 深度饱和时： 0.3 V (硅管) 0.1 V (锗管)
模
拟
电
子
技
术
2. 温度升高，输出特性曲线向上移。
iC T2 > T1
IC IB ICEO
iB = 0 iB = 0 iB = 0 u
O
CE
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
1. 共发射极电流放大系数
4 iC / mA 3 2
— 直流电流放大系数
20 µ A
10 µ A 截止区
2 4 6
ICEO
O
IB = 0
8 uCE /V
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。
iB
T2 >T1
O
uBE
温度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。 温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。 温度每升高 1C， (0.5 1)%。
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。 U(BR)CBO — 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。 U(BR)EBO — 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。 U(BR)CBO > U(BR)CEO > U(BR)EBO
模
拟
电
子
技
术
2.2 概述
2.2.1.放大的概念
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
+ -
+
C2
T
RB RC
VBB
RL
VCC
uo
ui
信号源加到b-e间
交流输出传送到负 载
模
拟
电
子
技
术
单电源供电
+VCC
RB RC T RL
C1
+
+
C2
+ uo
Rs
+
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： ui=0.
电压增益 Au (dB) = 20lg |Au|
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。
模
１ii
拟
电
子
技
术
二、输入电阻
RS + us
–
ui Ri ii
Ri
+ ui
–
Ri ui us RS Ri
例 us = 20 mV，Rs = 600 ，比较不同 Ri 时的 ii 、 ui。
Ri 6 000 600 60 ii 3 A ui 18 mV 10 mV 1.82 mV 16.7 A 30 A
1
Ri 越大， ui 与 us 越接近
uot — 负载开路时的输出电压；
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。 R
模
拟
电
子
技
术
四、 通频带 电抗元件(主要是电容)使放大电路对不同频率 1. 幅频特性和相频特性 输入信号的放大能力不同，反映在： Au ( jf ) Au ( f ) ( f )
Q
I CN 10C3 I CBO I C 1 2.45 I A 6 82 I30 10I BA I CBO I B O BN
— 交流电流放大系数
50 µ A 40 µ A 30 µ A 20 µ A 10 µ A IB = 0uCE /V
6 8
2
4
iC ( 2.45 1.65) 103 A 0.8 一般为几十 几百 80 6 10 i B 10 10 A
可用放大电路的直流通路来分析。
模
拟
电
子
技
术
+VCC Rb C1 RC T RL C2
为什么要 设置静态 工作点？
放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管 工作在线性区以保证信号不失真。
模
拟
电
子
技
术
一、静态工作点的估算 1.直流通路
+VCC
RB C1
Ui=0
RC
将交流电压源短路 将电容开路。
C2
IB
I BN
IE
即：
IBN IB + ICBO
IB = IBN – ICBO
模
拟
电
子
技
术
I CBO
IC
I CN
3) 集电区收集扩散过 来的载流子形成集 电极电流 IC
IB
I C = ICN + ICBO
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
I E (1 ) I B I CEO
I E IC I B
IC IB I E (1 ) I B
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
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)
uCE 1 V 特性基本重合(电流分配关系确定)
导通电压 UBE(on) 硅管： (0.6 0.8) V 取 0.7 V 锗管： (0.2 0.3) V 取 0.3 V
模
拟
电
子
技
术
二、输出特性
iC f ( uCE ) i
一.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
模
拟
电
子
技
术
二.方框图
信 号 源
RS
+ us
–
RS
放大 电路 直流电源
负
载
RL
is
示意方框图
模
拟
电
子
技
术
三、放大电路的四端网络表示 １ii io 2
RS + us
–
+ ui
–
放大 电路
RL 2
+ uo
–
1
us — 信号源电压
Rs — 信号源内阻
ui — 输入电压
uo — 输出电压 ii — 输入电流 io — 输出电流
RL — 负载电阻
模
拟
电
子
技
术
２.2.2 放大电路的主要性能指标 i io 2 1 i RS + 放大 ui RL + 电路 – us
–
+ uo
–
一、 放大倍数
1
2
电压放大倍数 Au = uo/ui
Ic IB
+ C2 C1
O
O
t t t t
IBQ
+
+ RL
+ UCE UBE -
ＵBＥQ
Rs
O
-
ICQ O
UCEQ O uo O
2.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+
-
+
ui -
UBE + uce
iB IBQ O uBE UBEQ O iC
2.3.1 共射基本放大电路的组成 2.3.2 共射基本放大电路的工作原理
模
拟
电
子
技
术
2.3.1 共射基本放大电路的组成 • 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。
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，即：
I C I CBO I CN I B I CBO I BN
IC IB (1 )ICBO IB ICEO 穿透电流
模
拟
电
子
技
术
IE = IC + IB IC IB ICEO
术
引
言
分析三极管电路的基本思想和方法
基本思想
非线性电路经适当近似后可按线性电路对待， 利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。
模
拟
电
子
技
术
2.4.1
静态工作情况分析
放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。 静态分析的任务是根据电路参数和三极管的
特性确定静 态值（直流值）UBE、IB、 IC 和UCE。
开路
开路
RL
模
拟
电
子
技
术
2.估算
静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE） +VCC
RB
RC
模
拟
电
子
技
术
（1）估算IB（ UBE 0.7V) +VCC Rb RC
VCC UBE IB Rb VCC 0.7 Rb