BJT的电流分配与放大原理
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I CEO (1 ) I CBO
图3-13
ICEO b
c e
A
VCC
4. 极限参数
a. 集电极最大允许电流 ICM。
三极管的参数变化不超过允许值时集电极 允许的最大电流。
当电流超过ICM,管子性能下降,甚至烧坏。
b. 集电极最大允许功率 PCM。
集电结上允许损耗功率的最大值。
超过此值会使管子性能变坏或烧毁。
不影响静态工作点,但动态工作情况会
发生变化。
不考虑直流,交流信号通过的路径。 交流通路:
原则:a. 隔直电容视为短路; b. VCC视为短路。
Rb Rc
300k
4k
Cb2
+12V
+ VCC
+
Cb1 iB
iC 20F + v0 图3-18 (a)
4k
vi
20F
RL
ic + ib + vi Rb Rc RL v0
N IE e
电子流
Je P
Jc
N IC c
复合
V0VEE VEE
IB b
V0+VCC VCC
图3-4
2. 电流分配关系
N P
电子流
N
IE
e
InC c
ICBO b VCC
IC 图 3 - 5
IB
IB VEE
一个三极管制定后,发射区发射的电子传输 到集电结所占比例一定,这个比例系数用表示, 称为共基极电流放大系数。
iC N
iB
P
vBE
N
vCE
图3-8
1. 输入特性曲线
iB f (vBE ) v
iB(mA)
VCE 1V
CE 常数
60
40
20
vCE=0V
80
25 C
O
0.2 0.4 0.6 0.8
vBE(V)
图3-9
vCE = 0,相当于二极管的正向特性 vCE = 1V,曲线右移(原因是集电结反偏, iE 大部分被拉到集电区, iB ) vCE > 1V后, vCE, iC基本不变, iB亦基 本不变
又叫参考点,此点电位为0。
二、简化电路 取VBB = VCC。见图3-14(a) 省略电源VCC的符号,只标出VCC的非接地端的 电压数值及极性。见图3-14(b)
4k
Rc
Cb2 + v0 VCC
12V
Cb1 + vi300k (a) Rb IB
Rb
300k
Rc IB
4k
+12V +VCC
t O 0.2 0.4 0.6 0.8
O
t
图3-17
依iB在输出特性上求iC 和vCE
iC(mA) 4 N iC(mA) 100
3
2 IC 1
80
Q Q
60 IB = 40 Q 20
M 12 vCE(V) vCE(V)
O
t O
O
3
6 vce
9
t
VCE
图3-17
v0 = 3sint (V)
25 C
IC
3 2.3 2 1.5 1 0 2 4
IB
6
图3-11
8
vCE(V)
1.5 mA 37.5 40 A
2.3 1.5 40 60 40
若满足条件: ICEO很小时,可忽略;
管子工作在线性区。
工程上则可以为 ,都用表示。
共基: 同理,工程上不区别, ,都用表示。
Cb2 c I C e
Cb1 vi
v0
图3-14
(b)
3.3 图解分析法
一、静态工作情况分析
静态:当放大电路vi=0时,电路中各处的 电压、电流都为直流,称为直流 工作状态或静止状态,简称静态。
静态工作点:静态下,IB、 IC、 VCE在管 子特性曲线上有一确定的点,此点 为静态工作点,又叫Q点。 动态:当放大电路输入信号后( v i 0 ), 电路中各处的电压、电流处于变动 状态,这时电路处于动态工作情况, 简称动态。
vCE t Cb2 +
t v300k vBE i
Rc 4k v0 vCE VCC
12V
v0
t
图3-16
设 vi = 0.02sint (V) 依vi 在输入特性上求 iB。
iB(A)
iB(A)
60
40 20 IB O
Q
Q
Q
vBE(V) vBE(V) vi
VBE
2. 图解法确定静态工作点
非线性电路部分 线性电路部分 Cb2 + + iC 20F Cb1 iB Rc 4k
+ 20F
vi
Rb 300k
VBB
12V
vCE
VCC
12V
v0
图3-15 (a)
左边为 IB= 40A的一条特性曲线。 思路: iC与 vCE是非线性关系。 右边iC与 vCE是直线关系。 VCE = VCCiC RC 显然, 既满足特性曲线,又要满足直线, 曲线和直线的交点即Q点。
IB =40A所对应的特性曲线 和直流负载线的交点即Q点。
Q点为:I B 40μ A I C 1.5mA V CE 6v
二、动态工作情况分析 目的:得出v0与vi的相位关系和动态范围。
1. 放大电路接入正弦信号时的工作情况
iB t Cb1 vi + Rb iB + VBB
12V
iC iC t +
VBB
集电结反偏
图3-7
满足放大的外部条件。
b. 下面推导IC和IB的关系 IE = IB + IC
I C αI
代入
E
I CBO
I C αI
B
αI
C
I CBO
整理式得
I CBO α IC IB 1 1
α 令
1
则 I C I B ( 1 ) I CBO
传输到集电极的电流 I nC α IE 发射极注入的电流
I C I nC I CBO
代入
I C αI
E
I CBO
E
通常忽略 ICBO
I C αI
一般为 0.9 ~ 0.99
假设 =0.99,则发射100个电子,扩散99个, 复合1个。
3. 共发射极连接方式 BJT的三种连接方式 a. 共基极连接
§3.1
半导体BJT
一、BJT结构
3AX22 低频锗
3DG6 高频硅
图3-1
3AD6 低频大功率管
http://www.benniaowu.com/6/80.html
下图是NPN管的结构及符号
c
集电极 c
N 集电区
基极 b P 基区
集电结
b
N 发射区 发射结 e 图3-2
发射极 e
三区两结三极
PNP管的结构及符号如下:
IE
IC VCC
VEE
图3-6
信号从e极输入,从集电极c输出。
b. 共发射极连接:信号从b极输入,从c极输出
c. 共集电极连接:信号从b极输入,从e极输出
共射连接方式的电流放大作用
IC N P Rb N VCC
a. 由于VBB、Rb的作用, 发射结正偏。
Rc
IB
由于VCC > VBB ,调节Rc, 使VCE > VBE,则VC > VB,
1 过Q点作斜率为 的直线即为交流负载线 。 RL
c
集电极 P 集电区 基极 b N 基区 集电结 b 发射结 e 图3-3 c
P 发射区
发射极 e
符号中的箭头表示BJT导通时的电流方向
二、 BJT的电流分配与放大原理 放大的条件: 内部条件: 发射区掺杂浓度高; 基区薄且掺杂浓度低。 外部条件: 发射结正偏; 集电结反偏。
1. BJT内部载流子的传输
c. 反向击穿电压 VBR。
例3-1 在晶体管放大电路中,测得三个晶体管的 各个电极的电位如图。试判断各晶体管的类型
(是NPN管还是PNP管,是硅管还锗管),并 区分e、b、c三个电极。
2V
2来自百度文库7V 6V (a)
2.2V 5.3V 6V ( b)
4V 1.2V 1.4V ( c)
(b) PNP硅管, -c,-b,-e (c) PNP锗管, -c,-e,-b
§3.2 共射极放大电路
放大要求:幅度放大,波形不失真 放大对象:交流量(即变化量) 放大实质:实现能量转换与控制
一、电路
Cb2
+ Vi Cb1 +
4k RC
12V VCC
300k RB 12V VBB
iC iB I CE0
四、BJT的主要参数
1. 电流放大系数 共射:
I C I CEO IB
则
为直流电流放大系数
IC IB
若IC >> ICEO
交流放大系数用 表示
I C I B
如图3-11
iC(A)
4 100 80 60 40 Q i =20(A) B
解:(1)依|VBE|=0.7V(或|VBE|= 0.2V)确定硅还是锗。
(2)找出c极:极间电压不是0.7V或0.2V的为c极。 (3)VB、VE、VC三个电位中,VC最低,是PNP管; VC最高,是NPN管。 (4)PNP管: VC <VB<VE;NPN管: VC>VB>VE。 以确定b, e极。 (a) NPN硅, -e,-b,-c
工程上vCE = 1V的曲线即可代表vCE > 1V的情况。
2. 输出特性曲线
iC f (vCE ) iB 常数
iC(A) 4 3 2 1 0 2 4 6 100 80 60 iB=40(A) 20 iB=0 图3-10 8 ICE0
25 C
vCE(V)
先看iB=40A的一条曲线 vCE 很小时,集电结反偏小,收集载流子 能力弱, vCE iC 当vCE >1V后, iC 大致与横轴平行; 要想改变iC ,得改变iB ,这样,得到一组 曲线簇;
1. 估算法确定静态工作点 见图3-14(b)
12V
IB
V CC V BE Rb
Rb
300k
Rc IB
4k
VCC
v0
Cb2 c I C e
VBE:硅管约为0.7V。 锗管约为0.2V。 一般 VCC>> VBE
Cb1 vi
图3-14 (b)
IB
V CC Rb
IC IB
V CE V CC I C R C
2. 集电极-基极反向饱和电流 ICBO
发射极开路,c、b间加上一定反向电压时的 反向电流,(由少数载流子引起) 硅管:<1A 小功率锗管:约为10A。
ICBO
b A – +
c e
VCC
图3-12
3. 集电极-发射极反向饱和电流ICE0(穿透电流) 基极开路,c、e间加 一定反向电压时的 集电极电流
图3-18 (b)
Rc和 RL并联,此并联值为交流负载电阻 R L
R c // R L RL
作交流负载线 由图3-18(b)可见 交流 v0 = vce vce = – ic RL 交流量等于脉动直流量减直流量。 vCE VCE = (iC Ic )R L vCE V CE I c R L i C R L —交流负载线 1 此交流负载线斜率为 , RL 此交流负载线一定过Q点。
令 I CEO ( 1 ) I CBO
ICEO:基极开路,c流到e的电流,称穿透电流
把 ICEO 代入,得
I C I B I CEO
忽略ICEO
IC IB
c. 之实质
I nC I E α 1 (1 ) I E I B
共射电流放大系数为扩散电子数/复合电子数
步骤: a. 作三极管的输出特性曲线 b. 作直流负载线 vCE =12 4 iC c. 计算IB
4 N 3 2 IC=1.5 1 0 2 4 iC(mA)
100
80
直流负载线 60 Q
IB = 40(A)
20
IB
V CC 40μA Rb
d. 确定Q点
6
M 8 10 12 vCE(V) 图3-15(b)
为几十 ~ 几百倍
若 = 0.99,则 = 99
共射电路具有电流放大作用
归纳:
BJT满足内部条件和外部条件,具有放 大作用;
BJT的放大作用,按电流分配实现,称 之为电流控制元件;
电流放大系数 共基电路: 共射电路:
IC 1 IE IC IB
三、BJT的特性曲线(共射连接)
总结: a . iB = I B + ib iC = I C + ic vCE = VCE + vce
它们为脉动直流;(在直流量的基础上 迭加了 一个交流量)
b. v0是与vi同频率的正弦波; c. v0与vi反相,此为共射电路特有的倒 相作用。
2. 交流负载线
输出端接负载,由于Cb2的隔直作用,
V0
图3-14
VCC, VBB :直流电源
RC, RB :分别为集电极负载电阻、基极偏置电阻
Cb1, Cb2 :耦合电容。 (隔直滤交) 极性:把交流短路, 直流电位高的端 接电容之正极
+ Cb1
Cb2 4k RC
12V
+
Vi
300k RB 12V VBB
VCC
V0
图3-14
:“ 地”。vi . v0 . VBB . VCC之公共端,
图3-13
ICEO b
c e
A
VCC
4. 极限参数
a. 集电极最大允许电流 ICM。
三极管的参数变化不超过允许值时集电极 允许的最大电流。
当电流超过ICM,管子性能下降,甚至烧坏。
b. 集电极最大允许功率 PCM。
集电结上允许损耗功率的最大值。
超过此值会使管子性能变坏或烧毁。
不影响静态工作点,但动态工作情况会
发生变化。
不考虑直流,交流信号通过的路径。 交流通路:
原则:a. 隔直电容视为短路; b. VCC视为短路。
Rb Rc
300k
4k
Cb2
+12V
+ VCC
+
Cb1 iB
iC 20F + v0 图3-18 (a)
4k
vi
20F
RL
ic + ib + vi Rb Rc RL v0
N IE e
电子流
Je P
Jc
N IC c
复合
V0VEE VEE
IB b
V0+VCC VCC
图3-4
2. 电流分配关系
N P
电子流
N
IE
e
InC c
ICBO b VCC
IC 图 3 - 5
IB
IB VEE
一个三极管制定后,发射区发射的电子传输 到集电结所占比例一定,这个比例系数用表示, 称为共基极电流放大系数。
iC N
iB
P
vBE
N
vCE
图3-8
1. 输入特性曲线
iB f (vBE ) v
iB(mA)
VCE 1V
CE 常数
60
40
20
vCE=0V
80
25 C
O
0.2 0.4 0.6 0.8
vBE(V)
图3-9
vCE = 0,相当于二极管的正向特性 vCE = 1V,曲线右移(原因是集电结反偏, iE 大部分被拉到集电区, iB ) vCE > 1V后, vCE, iC基本不变, iB亦基 本不变
又叫参考点,此点电位为0。
二、简化电路 取VBB = VCC。见图3-14(a) 省略电源VCC的符号,只标出VCC的非接地端的 电压数值及极性。见图3-14(b)
4k
Rc
Cb2 + v0 VCC
12V
Cb1 + vi300k (a) Rb IB
Rb
300k
Rc IB
4k
+12V +VCC
t O 0.2 0.4 0.6 0.8
O
t
图3-17
依iB在输出特性上求iC 和vCE
iC(mA) 4 N iC(mA) 100
3
2 IC 1
80
Q Q
60 IB = 40 Q 20
M 12 vCE(V) vCE(V)
O
t O
O
3
6 vce
9
t
VCE
图3-17
v0 = 3sint (V)
25 C
IC
3 2.3 2 1.5 1 0 2 4
IB
6
图3-11
8
vCE(V)
1.5 mA 37.5 40 A
2.3 1.5 40 60 40
若满足条件: ICEO很小时,可忽略;
管子工作在线性区。
工程上则可以为 ,都用表示。
共基: 同理,工程上不区别, ,都用表示。
Cb2 c I C e
Cb1 vi
v0
图3-14
(b)
3.3 图解分析法
一、静态工作情况分析
静态:当放大电路vi=0时,电路中各处的 电压、电流都为直流,称为直流 工作状态或静止状态,简称静态。
静态工作点:静态下,IB、 IC、 VCE在管 子特性曲线上有一确定的点,此点 为静态工作点,又叫Q点。 动态:当放大电路输入信号后( v i 0 ), 电路中各处的电压、电流处于变动 状态,这时电路处于动态工作情况, 简称动态。
vCE t Cb2 +
t v300k vBE i
Rc 4k v0 vCE VCC
12V
v0
t
图3-16
设 vi = 0.02sint (V) 依vi 在输入特性上求 iB。
iB(A)
iB(A)
60
40 20 IB O
Q
Q
Q
vBE(V) vBE(V) vi
VBE
2. 图解法确定静态工作点
非线性电路部分 线性电路部分 Cb2 + + iC 20F Cb1 iB Rc 4k
+ 20F
vi
Rb 300k
VBB
12V
vCE
VCC
12V
v0
图3-15 (a)
左边为 IB= 40A的一条特性曲线。 思路: iC与 vCE是非线性关系。 右边iC与 vCE是直线关系。 VCE = VCCiC RC 显然, 既满足特性曲线,又要满足直线, 曲线和直线的交点即Q点。
IB =40A所对应的特性曲线 和直流负载线的交点即Q点。
Q点为:I B 40μ A I C 1.5mA V CE 6v
二、动态工作情况分析 目的:得出v0与vi的相位关系和动态范围。
1. 放大电路接入正弦信号时的工作情况
iB t Cb1 vi + Rb iB + VBB
12V
iC iC t +
VBB
集电结反偏
图3-7
满足放大的外部条件。
b. 下面推导IC和IB的关系 IE = IB + IC
I C αI
代入
E
I CBO
I C αI
B
αI
C
I CBO
整理式得
I CBO α IC IB 1 1
α 令
1
则 I C I B ( 1 ) I CBO
传输到集电极的电流 I nC α IE 发射极注入的电流
I C I nC I CBO
代入
I C αI
E
I CBO
E
通常忽略 ICBO
I C αI
一般为 0.9 ~ 0.99
假设 =0.99,则发射100个电子,扩散99个, 复合1个。
3. 共发射极连接方式 BJT的三种连接方式 a. 共基极连接
§3.1
半导体BJT
一、BJT结构
3AX22 低频锗
3DG6 高频硅
图3-1
3AD6 低频大功率管
http://www.benniaowu.com/6/80.html
下图是NPN管的结构及符号
c
集电极 c
N 集电区
基极 b P 基区
集电结
b
N 发射区 发射结 e 图3-2
发射极 e
三区两结三极
PNP管的结构及符号如下:
IE
IC VCC
VEE
图3-6
信号从e极输入,从集电极c输出。
b. 共发射极连接:信号从b极输入,从c极输出
c. 共集电极连接:信号从b极输入,从e极输出
共射连接方式的电流放大作用
IC N P Rb N VCC
a. 由于VBB、Rb的作用, 发射结正偏。
Rc
IB
由于VCC > VBB ,调节Rc, 使VCE > VBE,则VC > VB,
1 过Q点作斜率为 的直线即为交流负载线 。 RL
c
集电极 P 集电区 基极 b N 基区 集电结 b 发射结 e 图3-3 c
P 发射区
发射极 e
符号中的箭头表示BJT导通时的电流方向
二、 BJT的电流分配与放大原理 放大的条件: 内部条件: 发射区掺杂浓度高; 基区薄且掺杂浓度低。 外部条件: 发射结正偏; 集电结反偏。
1. BJT内部载流子的传输
c. 反向击穿电压 VBR。
例3-1 在晶体管放大电路中,测得三个晶体管的 各个电极的电位如图。试判断各晶体管的类型
(是NPN管还是PNP管,是硅管还锗管),并 区分e、b、c三个电极。
2V
2来自百度文库7V 6V (a)
2.2V 5.3V 6V ( b)
4V 1.2V 1.4V ( c)
(b) PNP硅管, -c,-b,-e (c) PNP锗管, -c,-e,-b
§3.2 共射极放大电路
放大要求:幅度放大,波形不失真 放大对象:交流量(即变化量) 放大实质:实现能量转换与控制
一、电路
Cb2
+ Vi Cb1 +
4k RC
12V VCC
300k RB 12V VBB
iC iB I CE0
四、BJT的主要参数
1. 电流放大系数 共射:
I C I CEO IB
则
为直流电流放大系数
IC IB
若IC >> ICEO
交流放大系数用 表示
I C I B
如图3-11
iC(A)
4 100 80 60 40 Q i =20(A) B
解:(1)依|VBE|=0.7V(或|VBE|= 0.2V)确定硅还是锗。
(2)找出c极:极间电压不是0.7V或0.2V的为c极。 (3)VB、VE、VC三个电位中,VC最低,是PNP管; VC最高,是NPN管。 (4)PNP管: VC <VB<VE;NPN管: VC>VB>VE。 以确定b, e极。 (a) NPN硅, -e,-b,-c
工程上vCE = 1V的曲线即可代表vCE > 1V的情况。
2. 输出特性曲线
iC f (vCE ) iB 常数
iC(A) 4 3 2 1 0 2 4 6 100 80 60 iB=40(A) 20 iB=0 图3-10 8 ICE0
25 C
vCE(V)
先看iB=40A的一条曲线 vCE 很小时,集电结反偏小,收集载流子 能力弱, vCE iC 当vCE >1V后, iC 大致与横轴平行; 要想改变iC ,得改变iB ,这样,得到一组 曲线簇;
1. 估算法确定静态工作点 见图3-14(b)
12V
IB
V CC V BE Rb
Rb
300k
Rc IB
4k
VCC
v0
Cb2 c I C e
VBE:硅管约为0.7V。 锗管约为0.2V。 一般 VCC>> VBE
Cb1 vi
图3-14 (b)
IB
V CC Rb
IC IB
V CE V CC I C R C
2. 集电极-基极反向饱和电流 ICBO
发射极开路,c、b间加上一定反向电压时的 反向电流,(由少数载流子引起) 硅管:<1A 小功率锗管:约为10A。
ICBO
b A – +
c e
VCC
图3-12
3. 集电极-发射极反向饱和电流ICE0(穿透电流) 基极开路,c、e间加 一定反向电压时的 集电极电流
图3-18 (b)
Rc和 RL并联,此并联值为交流负载电阻 R L
R c // R L RL
作交流负载线 由图3-18(b)可见 交流 v0 = vce vce = – ic RL 交流量等于脉动直流量减直流量。 vCE VCE = (iC Ic )R L vCE V CE I c R L i C R L —交流负载线 1 此交流负载线斜率为 , RL 此交流负载线一定过Q点。
令 I CEO ( 1 ) I CBO
ICEO:基极开路,c流到e的电流,称穿透电流
把 ICEO 代入,得
I C I B I CEO
忽略ICEO
IC IB
c. 之实质
I nC I E α 1 (1 ) I E I B
共射电流放大系数为扩散电子数/复合电子数
步骤: a. 作三极管的输出特性曲线 b. 作直流负载线 vCE =12 4 iC c. 计算IB
4 N 3 2 IC=1.5 1 0 2 4 iC(mA)
100
80
直流负载线 60 Q
IB = 40(A)
20
IB
V CC 40μA Rb
d. 确定Q点
6
M 8 10 12 vCE(V) 图3-15(b)
为几十 ~ 几百倍
若 = 0.99,则 = 99
共射电路具有电流放大作用
归纳:
BJT满足内部条件和外部条件,具有放 大作用;
BJT的放大作用,按电流分配实现,称 之为电流控制元件;
电流放大系数 共基电路: 共射电路:
IC 1 IE IC IB
三、BJT的特性曲线(共射连接)
总结: a . iB = I B + ib iC = I C + ic vCE = VCE + vce
它们为脉动直流;(在直流量的基础上 迭加了 一个交流量)
b. v0是与vi同频率的正弦波; c. v0与vi反相,此为共射电路特有的倒 相作用。
2. 交流负载线
输出端接负载,由于Cb2的隔直作用,
V0
图3-14
VCC, VBB :直流电源
RC, RB :分别为集电极负载电阻、基极偏置电阻
Cb1, Cb2 :耦合电容。 (隔直滤交) 极性:把交流短路, 直流电位高的端 接电容之正极
+ Cb1
Cb2 4k RC
12V
+
Vi
300k RB 12V VBB
VCC
V0
图3-14
:“ 地”。vi . v0 . VBB . VCC之公共端,