模拟电子技术模电之三极管和基本放大电路课件

vs
控制
vBE VBEQ vbe
iB I BQ ib
iC I CQ ic
Rc
且
vCE VCEQ vce
vs
ib
ic
vce
分析动态参数时，使用交流通路 画交流通路原则：
VBB ， VCC 短路
电容短路 所有电量小写
交流通路
4.3 放大电路的分析方法
4.3.1 图解分析法
开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下iB减小，特性曲线右移。 当vCE≥1V时，保持vBE不变，发射区扩散到基区电子数目不变，曲线 基本重合。
共射极连接
管子正常工作时，vBE
0.7V(硅管） - 0.2V(锗管）
2. 输出特性曲线 iC=f(vCE) iB=const.
输出特性曲线的三个区域:
I CQ βI BQ I CEO βI BQ 1.2mA
VCEQ=VCC－ICQRc =5.9V
I BQ
VBB VBEQ Rb
15uA
2. 动态 输入正弦信号vs后，电路
将处在动态工作情况。此时， BJT各极电流及电压都将在 静态值的基础上随输入信号 三极管放大作用 作相应的变化。
PCM 值与环境温度有关， 温度愈高，则 PCM 值愈小。 当超过此值时 ，管子性 能将变坏或烧毁。 结温：硅管 150°C ，锗 管70°C
(3) 反向击穿电压 V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反
向击穿电压。 V(BR) EBO——集电极开路时发射结的反 向击穿电压。 V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。 几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR) EBO
发射区：发射载流子 集电区：收集载流子
基区：传送和控制载流子
放大状态下BJT中载流子的传输过程
2. 电流分配关系
根据传输过程可知
IE =IB + IC
IC= ICN+ ICBO
传输到集电极的电流 设 发射极注入电流
即
I CN IE
所以 IC= IE+ ICBO 通常
IC >> ICBO
1. 静态工作点的图解分析
2. 动态工作情况的图解分析 3. 静态工作点对波形失真的影响 4. 图解分析法的适用范围
4.3.2 小信号模型分析法
1. BJT的H参数及小信号模型 2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路
3. 小信号模型分析法的适用范围
4.3.1 图解分析法
1. 静态工作点的图解分析 vS=0，求Q（ IBQ、ICQ和VCEQ ）
4.1 BJT
4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7
基本共射极放大电路 放大电路的分析方法 放大电路静态工作点的稳定问题 共集电极放大电路和共基极放大电路 组合放大电路 放大电路的频率响应
4.1 BJT(半导体三极管)
4.1.1 BJT的结构简介
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理 4.1.3 BJT的V－I特性曲线 4.1.4 BJT的主要参数 4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
4.1.3
BJT的V-I 特性曲线 输入特性曲线
特性曲线是指各电 极之间的电压与电 流之间的关系曲线。 将BJT看作一双口网 络，我们主要考察：
输出特性曲线
1. 输入特性曲线 （以共射极放大电路为例） iB=f(vBE) vCE=const.
(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，
I BQ
VBB VBEQ Rb
ICQ βIBQ ICEO βIBQ
VCEQ=VCC－ICQRc
直流通路
IB、IC和VCE 是静态工作状态的三个量，用Q表示，称为静 态工作点Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ）。
VBB 4V ,Vcc 12V , Rb 220k, Rc 5.1k, 80, VBEQ 0.7V .求Q点及工作状态
1. NPN型
NPN管的电路符号
2.PNP型
PNP管的电路符号
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
正常放大时外加偏 置电压的要求
发射区向基区注入载流子
集电区从基区接受载流子
发射结应加正向电压 （正向偏置） 集电结应加反向电压 （反向偏置）
1.三极管内载流子的传输过程
三极管内有两种载流子参与导电，故称此种三极管 1., 发射区向基区注入电子（ II 、 IEP小） 2. 电子在基区中的扩散与复合（ ） 另外 基区集电区本身存在的少子， EN 3. 集电区收集扩散过来的电子（ ） BN CN 为双极型三极管，记为 BJT (Bipolar Junction Transistor) 在集电结上存在漂移运动，由此形成电流 ICBO
(1)静态工作情况
VCC VBE VCC IB Rb Rb
2. 动态工作情况的图解分析
vs Vsm sinωt
vCE VCC iC Rc
2. 动态工作情况的图解分析
共射极放大电路中的电压、 电流波形
1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反；
3. 可测量出放大电路的电压增益。
3. 静态工作点对波形失真的影响
分析方法：叠加 前提：BJT工作在线性放大区
4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理
1. 静态(直流工作状态) 输入信号vs＝0时，放大
电路的工作状态称为静 态或直流工作状态。
画直流通路原则：
v s 短路，i s 开路
电容开路 所有电量大写 直流通路
电流关系：
硅:VBEQ=0.7V 锗:VBEQ=0.2V
图解法 小信号模型分析法 静态工作点Q（IB，IC，VCE） 电压增益Av
输入电阻Ri
输出电阻Ro
4.2.1 基本共射极放大电路的组成 T集电极反偏
VBB , Rb:使发 射极正偏， 并提供合适的 基极偏置电流
VCC :通过Rc使
三极管 T
起放大作用。
RC: 将集电极电流信号
转换为电压信号， 限流
vBE 再次注意：管子正常工作时，
0.7V(硅管） －0.2V(锗管）
4.1.4 BJT的主要参数
1. 电流放大系数 (1) 共射极直流电流放大系数 =（IC－ICEO）/IB≈IC / IB vCE=const. (2) 共射极交流电流放大系数 =iC/iBvCE=const.
1. 静态(直流工作状态) 输入信号vs＝0时，放大
电路的工作状态称为静 态或直流工作状态。
画直流通路原则：
v s 短路，i s 开路
电容开路 所有电量大写 直流通路
分析动态参数时，使用交流通路 画交流通路原则：
VBB ， VCC 短路
电容短路 所有电量小写
交流通路
(a)直流通路 (b)交流通路
则有
I C I E
放大状态下BJT中载流子的传输过程
为电流放大系数。它只与
管子的结构尺寸和掺杂浓度有 关，与外加电压无关。一般 = 0.90.99 。
又：把 IE=IB+ IC 代入 IC= IE+ ICBO 整理得：I C I B 1 I CBO 1 1 设 1 且令 ICEO= (1+ ) ICBO （穿透电流）
共基极放大电路只实现电压放大，电流不放大（控制作用）
两个要点
三极管的放大作用,主要是依靠它的IE 输入电压的变化 是通过其改变输入电 能通过基区传输,, 然后顺利到达集电极 而实现的。故要保证此传输 , 一方面要 流 , 再通过输入电流的传输去控制输出 满足内部条件,即发射区掺杂浓度要远 电压的变化 ,所以BJT 是一种电流控制器 大于基区掺杂浓度 ,基区要薄 ;另一方 面要满足外部条件 ,即发射结正偏,集 件。 电结要反偏。
ic ie ib (1 ) i e 1



1
2. 极间反向电流 (1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO
发射极开路时，集电结的反向饱和电流。
与单个PN结的反偏电
流相同，T一定时为常
数（取决于温度和少子 浓度）
小功率硅管<1A
ICBO越小越好 小功率锗管10 A左右
4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
1. 温度对BJT参数的影响 (1) 温度对ICBO的影响 温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。 (2) 温度对 的影响 温度每升高1℃， 值约增大0.5%~1%。 (3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响 温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。 2. 温度对BJT特性曲线的影响
(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO
ICEO=（1+ ）ICBO
小功率硅管几微安以下 ICEO越小越好
小功率锗管几十微安以上 温度变化大的场合宜选用硅管
3. 极限参数
(1) 集电极最大允许电流ICM——三极管正常工作时集电 极所允许的最大工作电流，β不宜过小
(2) 集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE
Q点过低——截止失真
Q点过高——饱和失真
最大不失真输出幅度的获取：
Q点较高 Q点不允许动 Q点较低 上取到饱和区，下取等长度 下取到截止区，上取等长度
Q点允许动
把Q点取到负载线的中间
例1 一个实际的单管放大电路
C1 、C2：耦合电容 RL：负载电阻
Rb=300K RC=4K
VCC=12V
基极直流电源和集电极直流电源合并 耦合电容，阻容耦合共射放大电路
4.1 双极型三极管BJT
一个PN结
二个PN结
二极管
三极管
单向导电性
电流放大（控制）
4.1.1 BJT的结构简介
(a) 小功率管
(b) 小功率管
(c) 大功率管
(d) 中功率管
三极管的不同封装形式
金属封装
塑料封装
大功率管
中功率管
4.1.1 BJT的结构简介
半导体三极管的结构有两种类型:NPN型和PNP型。
发射结应加正向电压 集电结应加反向电压 （正向偏置） （反向偏置）
4. 放大作用
共基极放大电路
若 vI = 20mV 使 iE = -1 mA， 当 = 0.98 时， 则 iC = iE = -0.98 mA，vO = -iC• RL = 0.98 V， 电压放大倍数
vO 0.98V Av 49 vI 20mV
end
1、测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图P1.9所示。 在圆圈中画出管子，并说明它们是硅管还是锗管。
4.2 基本共射极放大电路
4.2.1 基本共射极放大电路的组成 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理
基本放大电路： 共射极放大电路
共集电极放大电路 共基极放大电路
分析方法： 待求量：
则 I C I B I CEO
当 I C I CEO 时，I C I B
是另一个电流放大系数。同样，它也只与管
子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。 一般 >> 1 。
3. 三极管的三种组态
BJT的三种组态
(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示； (b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； (c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。
线性
非线性
线性
(1) 输入回路 线性部分：
vBE VBB iB Rb
称为输入直流负 载线
非线性部分：
iB f (vBE ) V
C EC
(2) 输出回路 非线性部分：
iC f (vCE ) iB I BQ
线性部分：
vCE VCC iC RC
称为输出直流负 载线
得出Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ）
在iC一定范围内 为常数
Байду номын сангаас
与iC的关系曲线
(3) 共基极直流电流放大系数
= （ I － I ）/ I ≈I / I C CBO E C E
(4) 共基极交流电流放大系数α
α=iC/iEvCB=const.
当ICBO和ICEO很小时， ≈、 ≈，可以不加 区分。
α 与β间的关系：
饱和区：vCE很小，iC iB，三极管 如同工作于短接状态，一般vCE vBE， 此管压降称为饱和压降。此时，发
射结正偏，集电结正偏或反偏电压 很小。
截止区：iB=0，iC＝ iCEO0，三极管 如同工作于断开状态，此时， vBE小 于死区电压。
放大区： vBE >Vth，vCE反电压大于 饱和压降， 此时，发射结正偏，集 电结反偏。