半导体三极管及放大电路基础
第4章 三极管及放大电路基础1
与 的关系
IC IC ICBO I E ICBO IC I B ICBO
(1 ) IC I B ICBO
I CBO IC IB 1 1
IE
N
P
N
I'C ICBO IC
IC I B (1 ) ICBO
共射直流电流放大倍数: IC I B 1.7 42.5 0.04 共射交流电流放大倍数: IC I B 2.5 1.7 40 0.06 0.04 说明: 例:UCE=6V时: 曲线的疏密反映了 的大小; IC(mA ) 160mA 电流放大倍数与工作点的位置有关; I 5 140mA CM 120mA 交、直流的电流放大倍数差别不大, 4 100mA 今后不再区别;
3 80mA
___
4. 集电极最大电流ICM 当值下降到正常值的三分之二时的 集电极电流即为ICM。
IC
2.5 2 1.7
1 0 2 4 6 8
IB 40mA
IB=60mA 20mA IB=0 10 UCE(V)
六、主要参数
5. 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。 6. 集电极最大允许功耗PCM 集电极电流IC 流过三极管, 所发出的焦耳热为: PC =ICUCE 导致结温 上升,PC 有限制, PCPCM 7. 频率参数
扩散 I C 复合 I B
IC
C
N
IB
P N
EC
或者 IC≈IB
I E IC I B (1 ) I B
EB
E
IE
二、电流放大原理
三极管及放大电路基础教案
三极管及放大电路基础教案章节一:三极管概述教学目标:1. 了解三极管的定义、结构和工作原理。
2. 掌握三极管的类型和符号。
教学内容:1. 三极管的定义:三极管是一种半导体器件,具有放大电信号的功能。
2. 三极管的结构:三极管由发射极、基极和集电极组成。
3. 三极管的工作原理:通过基极控制发射极和集电极之间的电流。
4. 三极管的类型:NPN型和PNP型。
5. 三极管的符号:NPN型三极管符号为“N”,PNP型三极管符号为“P”。
教学活动:1. 讲解三极管的定义、结构和工作原理。
2. 展示三极管的实物图和符号图。
3. 引导学生通过实验观察三极管的工作状态。
章节二:放大电路基础教学目标:1. 了解放大电路的定义和作用。
2. 掌握放大电路的基本组成和原理。
教学内容:1. 放大电路的定义:放大电路是一种通过反馈作用放大电信号的电路。
2. 放大电路的作用:放大微弱的信号,使其具有足够的功率驱动负载。
3. 放大电路的基本组成:电源、三极管、输入电阻、输出电阻和反馈电阻。
4. 放大电路的原理:通过三极管的放大作用,实现电信号的放大。
教学活动:1. 讲解放大电路的定义、作用和基本组成。
2. 展示放大电路的原理图和实际电路图。
3. 引导学生通过实验观察放大电路的工作状态。
章节三:三极管的放大特性教学目标:1. 了解三极管的放大特性。
2. 掌握三极管的放大原理。
教学内容:1. 三极管的放大特性:三极管的放大能力与基极电流、集电极电流和发射极电流之间的关系。
2. 三极管的放大原理:通过基极电流的控制,实现发射极和集电极之间电流的放大。
教学活动:1. 讲解三极管的放大特性和放大原理。
2. 分析三极管放大电路的输入和输出特性曲线。
3. 引导学生通过实验观察三极管的放大特性。
章节四:三极管放大电路的设计与应用教学目标:1. 了解三极管放大电路的设计方法。
2. 掌握三极管放大电路的应用。
教学内容:1. 三极管放大电路的设计方法:根据输入和输出信号的要求,选择合适的三极管、电阻等元件,设计合适的电路。
半导体三极管及其放大电路专题
解: 原则:先求UBE,若等于0.6-0.7V,为硅管;若等于0.2-0.3V,为锗管。
2
1
03 6 ICEO
截止条件:
100A 发射结反偏(或零偏),集电结反偏。
80A
60A 特点:
40A (1)三极管无电流放大作用,相当于一
20A 个断开的开关。uBE小于死区电压,发射结 IB=0 反偏。
9 12 UCE(V) (2)IB=0,IC不为0,IC=ICEO≈0。
截止区
ICEO叫穿透电流。
三极管的开关特性
• 三极管同二极管一样,也可以作为电 子开关器件,构成电子开关电路。当三极管 用于开关电路中时,三极管工作在截止区和 饱和区。如下表是三极管开关特性说明。
开关状态 三极管工作状态 内阻特性
解说
开关接通 饱和状态 开关断开 截止状态
集电极与 发射极间 内阻很小
集电极与 发射极间 内阻很大
二、三极管的电流放大作用
1。放大作用的内部条件:
发射区掺杂浓度最高 基区掺杂浓度最低且最薄
2. 放大作用的外部条件: 集电区面积最大
发射结正偏、集电结反偏
从电位的角度看:
C
NPN
发射结正偏 集电结反偏
发射结正偏 集电结反偏
VB>VE
VC>VB PNP
VB<VE VC<VB
N
B
P
半导体三极管放大电路基础课件
§2.1 三极管工作原理 §2.2 共射极放大电路 §2.3 图解分析法 §2.4 微变等效电路分析法 §2.5 工作点稳定的放大电路 §2.6 共集电极放大电路和共基极放大电路
1
§2.1 三极管工作原理
BJT全称为双极型半导体三极管,内部有自由电子 和空穴两种载流子参与导电。种类很多:有硅管和锗管, 有高频管和低频管,有大、中、小功率管。
2
2.1.1 三极管的结构与符号:
NPN型 c 集电极
集电极
c PNP型
N
b
P
基极
N
P
B
N
基极
P
e
b c 发射极
e
几微米至 几十微米
e
发射极
c b
e
3
c 集电极
集电结
N
b
P
基极
N
发射结
e
发射极
4
集电区: 面积较大
b
基极
c
集电极
N P N
e
发射极
基区:较薄, 掺杂浓度低
发射区:掺 杂浓度较高
5
2.1.2 三极管放大的工作原理
0.061mA
I B 50 0.061mA 3.05m Icmax
Ic Icmax 2mA
Q 位于饱和区,此时IC 和IB 已不是 倍的关系。
二、共基极连接时的V-I特性曲线
IB
A
RE
V UEB
IC
mA R
C
V UCB EC
EE
实验线路
26
1、输入特性:
UCB=5V
8
UCB =1V
=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP-ICBO) IE =IC+IB
半导体三极管及放大电路基础知识讲解
半导体三极管及放大电路基础知识讲解第一节学习要求第二节半导体三极管第三节共射极放大电路第四节图解分析法第五节小信号模型分析法第六节放大电路的工作点稳固问题第七节共集电极电路第八节放大电路的频率响应概述第九节本章小结第一节学习要求〔1〕把握差不多放大电路的两种差不多分析方法--图解法与微变等效电路法。
会用图解法分析电路参数对电路静态工作点的阻碍和分析波形失真等;会用微变等效电路法估算电压增益、电路输入、输出阻抗等动态指标。
〔2〕熟悉差不多放大电路的三种组态及特点;把握工作点稳固电路的工作原理。
〔3〕把握频率响应的概念。
了解共发射极电路频率特性的分析方法和上、下限截止频率的概念。
第二节半导体三极管〔BJT〕BJT是通过一定的工艺,将两个PN结结合在一起的器件,由于PN结之间的相互阻碍,使BJT表现出不同于单个 PN结的特性而具有电流放大,从而使PN结的应用发生了质的飞跃。
本节将围绕BJT什么缘故具有电流放大作用那个核心问题,讨论BJT的结构、内部载流子的运动过程以及它的特性曲线和参数。
一、BJT的结构简介BJT又常称为晶体管,它的种类专门多。
按照频率分,有高频管、低频管;按照功率分,有小、中、大功率管;按照半导体材料分,有硅管、锗管;依照结构不同,又可分成NPN型和PNP型等等。
但从它们的外形来看,BJT 都有三个电极,如图3.1所示。
图3.1是NPN型BJT的示意图。
它是由两个 PN结的三层半导体制成的。
中间是一块专门薄的P型半导体(几微米~几十微米),两边各为一块N型半导体。
从三块半导体上各自接出的一根引线确实是BJT的三个电极,它们分别叫做发射极e、基极b和集电极c,对应的每块半导体称为发射区、基区和集电区。
尽管发射区和集电区差不多上N型半导体,然而发射区比集电区掺的杂质多。
在几何尺寸上,集电区的面积比发射区的大,这从图3.1也可看到,因此它们并不是对称的。
二、BJT的电流分配与放大作用1、BJT内部载流子的传输过程BJT工作于放大状态的差不多条件:发射结正偏、集电结反偏。
三极管及放大电路基础
IC(mA ) 4
3
2
1 36
截止区
100A 80A
IB= 60A 40A 20A 0 9 12 VCE(V)
IC RC
IB B C
VCE
RB
VBE EB
E IE
EC
(1-13)
特点:VBE<死区电压, IB≤0≈0, IC ≤ICEO≈ 0,VCE ≈EC
这时三极管C 、 E端相当于: 一个断开的开关。
过大,温升过高会烧坏三极管。所以要求:
PC =IC VCE≤PCM 6.集-射极反向击穿电压V(BR)CEO ——基极开路时,集电极与发射极之间允许的最大反向 电压。
(1-22)
由三个极限参数可画出三极管的安全工作区
IC ICM
ICVCE=PCM
安全工作区
O
V(BR)CEO
VCE
(1-23)
八、晶体管参数与温度的关系
IC RC
IB B
C VCE
RB
VBE EB
E IE
EC
如何判断是否截止?
若:VBE ≤0(死区电压)
或 VC>VE >VB 三极管可靠截止
IC
VCE
C RC
E
EC
(1-14)
(3) 放大区:IC=IB区域 , 发射结e正偏,集电结c反偏 特点: IC=IB , 且 IC = IB , VCE=EC-IC RC
(1-29)
三极管在电路中的应用
1、放大电路 对三极管放大电路的分析,包括静态分 析和动态分析两部分。 也就是直流方面的分析和交流方面的分 析 直流方面的分析主要是判断三极管是否 有合适的直流工作条件 交流方面的分析主要是判断放大电路是 否能够正常的放大信号。
三极管及放大电路
基本放大电路
基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成放大电路。
6.3 共射极放大电路
单电源供电时常用的画法
共发射极基本电路
+UCC
RS
es
RB
RC
C1
C2
T
+
+
+
–
RL
ui
+
–
uo
+
–
+
+
–
uBE
uCE
–
iC
iB
iE
EC
RS
es
RB
EB
RC
C1
C2
T
(2)截止区
IB=0
20A
40A
60A
80A
100A
3
6
IC(mA )
1
2
3
4
UCE(V)
9
12
O
IB < 0 以下区域为截止区,有 IC 0 。
在截止区发射结处于反向偏置,集电结处于反向偏置,晶体管工作于截止状态。
饱和区
截止区
(3)饱和区
当UCE UBE时,晶体管工作于饱和状态。 发射结处于正向偏置,集电结也处于正偏。
放大
截止
饱和
-
+
正偏
反偏
-
+
+
-
正偏
反偏
+
-
放大Vc>Vb>Ve
放大Vc<Vb<Ve
例:
3 主要参数
1. 电流放大系数,
直流电流放大系数
第三章半导体三极管及放大电路基础2
T VBE IB IC
温度与Q点 动画五 温度每升高1 °C , 要增加0.5%1.0%
温度T 输出特性曲线族间距增大
3.5.2 射极偏置电路
1. 稳定工作点原理
目标:温度变化时,使IC维持恒定。 如果温度变化时,b点电位能基 本不变,则可实现静态工作点的稳 定。
.
.
.
be
3.6.1 共 集电极电 路
2. 复合管
作用:提高电流放大系数,增大电阻rbe
复合管也称为达林顿管
3.6.2 共基极电路
1. 静态工作点 直流通路与射极 偏置电路相同
VB Rb2 VCC Rb1 Rb2
VB VBE IC IE Re
VCE VCC IC Rc IE Re VCC IC ( Rc Re )
得
VCC VBE IB Rb (1 ) Re
VCE VCC I E Re VCC I C Re
3.6.1 共 集电极电 路
1. 电路分析
②电压增益
26( mV ) rbe 200 (1 ) I EQ ( mA )
其中
Vi I b rbe ( I b I b ) RL I b rbe I b (1 ) RL V ( I I ) R I (1 ) R
VB VBE IC IE Re
VCE VCC I C ( Rc Re ) I IB C
3.5.2 射 极偏置电 路
3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较
Ib Ic I b Rc
RL VO
Vii v
Rb
第3章 半导体三极管及其基本放大电路
3.2 三极管基本应用电路及其分析 方法
3.2.3图解分析法
1.用图解法确定静态工作点 在分析静态值时,只需研究直流通路,图3-19用图解法分析 电路的步骤如下: 1)作直流负载线
U CE U CC I C RC
上式确定的直线就是直流负载线。 2)确定静态工作点 利用 I BQ (UCC U BEQ ) I RB ,求得IBQ的近似值。在输出特 性曲线上,确定IB=IBQ的一条曲线。该曲线与直线MN的交 点Q就是静态工作点。 上一页 下一页
3.1.5温度对三极管的特性与参数的影响
1.温度对UBE的影响 三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲线相似,温度 升高,曲线左移,如图3-9所示。 2.温度对ICBO的影响 三极管输出特性曲线随温度升高将向上移动,如图3 -10所 示。 3.温度对β的影响 温度升高,输出特性各条曲线之间的间隔增大,从而β值增 大,如图3-10所示。
上一页
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3.1 双极型半导体三极管
3.1.6三极管的判别及其手册的查阅方法
1.三极管型号的意义 三极管的型号一般由五大部分组成如3AX31A、3DG12B、 3CG14G等。 2.三极管手册的查阅方法 1)三极管手册的基本内容 (1)三极管的型号。 (2)电参数符号说明。 (3)主要用途。 (4)主要参数。 2)三极管手册的查阅方法 (1)已知三极管的型号查阅其性能参数和使用范围。 (2)根据使用要求选择三极管。
3.1.4三极管的主要参数
3.极限参数 1)集电极最大允许电流ICM 2)反向击穿电压U(BR)CEO 3)集电极最大允许功耗PCM 根据给定的PCM值可以作出一条PCM曲线如图3-8所示,由 PCM、ICM和U(BR)CEO包围的区域为三1 双极型半导体三极管
三极管及其放大电路
第2章 半导体三极管及其基本放大电路
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。
工程上最常用的是BJT的输入特性和输出特 性曲线。
第2章 半导体三极管及其基本放大电路
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
第2章 半导体三极管及其基本放大电路
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
iC /mA
25℃
=80μA =60μA =40μA
=20μA
vCE /V
第2章 半导体三极管及其基本放大电路
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。
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
第2章 半导体三极管及其基本放大电路
2.2.2
+
VS
-
R
=
i
Vi I i
输入电阻Ri
I i
Io
+
+
Rs Vi
放大电路 Ri (放大器)
2.3 共射基本放大电路
共射基本放大电路组成
放大的外部条件
输入回 路
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
第2章 半导体三极管及其基本放大电路
第2章--半导体三极管及放大电路基础讲解
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2.2 场效应晶体管
3.结型场效应管的特性曲线(以N沟通结型场效应管为例) (1) 转移特性曲线据这个函数关系可得出它的特性曲线如图所示。
2.2 场效应晶体管
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(2) 输出特性曲线。 与三极管类似,输出特性曲线也为一簇曲线,如图所示。 可变电阻区(相当于三极管的饱和区) 恒流区(也称饱和区)(相当于三极管的放大区) 夹断区(相当于三极管的截止区)
可变电阻区
恒流区
截止区
i
(V)
(mA)
D
DS
u
GS
=6V
u
u
=5V
GS
=4V
u
GS
u
=3V
GS
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2.3 基本交流电压放大电路
2.3.1 共射基本放大电路的组成
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图所示是一个典型的共射基本放大电路。电路中各元件的作用如下所述: (1)三极管T。它是放大电路的核心器件,具有放大电流的作用 (2)基极偏流电阻RB。其作用是向三极管的基极提供合适的偏置电流,并使发射结正向偏置。
2.1.3 半导体三极管的特性曲线
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IB(A)
UBE(V)
20
40
60
80
0.4
0.8
UCE1V
1.输入特性 输入特性是指在三极管集电极与发射极之间的电压UCE为一定值时,基极电流IB同基极与发射极之间的电压UBE的关系,即
2.1 半导体三极管
2. 输出特性 输出特性是指在基极电流为一定值时,三极管集电极电流IC同集电极与发射极之间的电压UCE的关系。即 在不同的IB下,可得出不同的曲线.所以二极管的输出特性曲线是一组曲线,
第四章三极管及放大电路基础
N
P
N
IE
I EN
e
I
EP
Re
VEE
b IB
IC c
VCC
Rc
+ +
载流子运动过程
(2) 复合(基区参杂浓度很低)
发射区的电子注入基区后,少数将与基区的空穴复合掉, 形成IBN。
N
P
N
IE
I
EN
IC
e
c
Re
VEE
b IB
VCC
Rc
+ +
载流子运动过程
(3) 收集(集电区面积大)
因为集电结反偏,收集扩散到集 集电区及基区的少数载流子形成
4. 放大作用
IE +iE e
c IC +iC
+
vI -
VEB+vEB
b IB +iB
+ vO RL
1k -
VEE
VCC
图 03.1.05 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,
3DKG23 250W 30A
注:*为 f
VRCBO V
20 40 45 40 300 25 400
VRCEO V 12 24
30 250 15 325
VREBO V
4
I C BO μA
≤6 ≤6 0.1 0.35 ≤2mA ≤0.1
fT MHz *≥ 8 *≥ 8 100
300 8
4.1 BJT
动态是放大的对象和预期的结果
第三章双极结型三极管及放大电路基础资料
放大电路应遵循以下原则:
RS
1、有直流通路, 并保证合适的直流偏置。
VS +
RL
-
2、有交流通路,即待放大的
输入信号能加到晶体管上,
且放大了的信号能从电路中取出。 直流电源及偏置电路
模拟电子线路
共发射极放大器(建立放大器感性认识)
共发射极放大器是应用最为广泛的基本放大器。
NPN晶体管起放大作用;
远大于ΔvI,实现电压信号的放大。 放大作用:输入回路加微小信号,通过基极电流的改变
量去控制集电极电流,从而将VCC的能量转换为与输入 信号变化规律相同、能量更大的输出信号。
模拟电子线路
对放大器的分析可分为直流分析和交流分析
直流分析:确定晶体管的静态工作点(各节点的直流电 压值)
交流分析:确定电路中各交流信号之间的关系。
50
降到额定值2/3时的iC值。 40
iC值超过ICM时管子易损坏。ICM 30
集电极最大允许功耗PCM
20 10
PCM=iCvCE
反向击穿电压
0
1.0 0.8
0.6 过Leabharlann 坏区0.4 安全工作区iB = 0.2mA
PC <PCM
10
20 V(BR)CEO 30
vCE / V
V(BR)CBO - 发射极开路时,集电极-基极间反向击穿电压。
模拟电子线路
2) 饱和区 vCE较小时,集电结吸引电子能力弱,iC不随iB的增加而增 加,晶体管失去放大作用。饱和时集电极电压称为饱和压 降VCE(sat)。
Si管VCE(sat) ≈0.3V,而发射结的饱和压降VBE(sat) ≈0.8V, 故VCB(sat) = VCE(sat) - VBE(sat) ≈- 0.5V
【高中物理】优质课件:半导体三极管及放大电路基础
半导体三极管(BJT)
BJT的结构简介 BJT的电流分配与放大(控制)原理 BJT的特性曲线 BJT的主要参数
BJT的结构简介
半导体三极管的结构示意图如下图所示。它有两种类 型:NPN型和PNP型。
两种类型的三极管
三极管符号
结构特点(对NPN PNP型均适用)
发射区的掺杂浓度最高; 集电区掺杂浓度低于发射区,且面积大; 基区很薄,一般在几个微米至几十个微米,且
高中物理
半导体三极管(BJT) 共射极放大电路 图解分析法 小信号模型分析法 放大电路的工作点稳定问题 共集电极电路和共基极电路 放大电路的频率响应
多级放大电路
学习指导
这一章是课程的重要章节,内容涉及放大电 路的基本概念、基本电路和基本分析方法。 主要内容:
1、半导体三极管的结构及工作原理,放大电 路的三种基本组态。
基本概念; 3、掌握结合具体电路进行合理近似的估算法; 4、学会用图解法分析放大电路的静态、动态工作情况; 5、熟练掌握运用小信号模型等效电路法计算放大电路的动态性能指
标; 6、熟练掌握共射(包括工作点稳定电路)、共集和共基放大电路的
工作原理及特点; 7、掌握放大电路频率特性的相关概念; 8、会画出近似波特图; 9、定性了解多级放大电路频带宽度与单级的关系 。
2、静态工作点Q的不同选择对非线性失真的 影响。
3、用H参数模型计算共射极放大电路的主要 性能指标。
4、共集电极电路和共基极电路的工作原理。 5、三极管放大电路的频率响应。
学习目标: 1、掌握BJT的电流分配关系、放大条件及放大工作原理; 2、掌握静态、动态、直流通路、交流通路、频率特性及温度漂移等
发射结正偏,集电结反偏:放大区,在模拟放大电路中使用
第三章 半导体三极管及其放大电路基础3.1
IB/mA -0.001 IC/mA 0.001 IE/mA 0
0 0.01 0.01
0.01 0.56 0.57
0.02 1.14 1.16
0.03 1.74 1.77
0.04 2.33 2.37
0.05 2.91 2.96
I B IC I E , IC I E
IC IB
U CE
(b ) 共 发 射 极
(c) 共 集 电 极
图3 -
三极管的三种组态
下面以共发射极组态为例 分析:
1)NPN型晶体管
2)依据外部条件建立电路:
发射结(BE结)须正向偏置→ 输入回路(基极回路) 集电结(BC结)须反向偏置→ 输出回路(集电极回路) 发射极接地(原因) 3)VCC(EC)
>VBB(EB)
第三章
半导体三极管及其放大电路 基础
3.1 半导体三极管
3.2 基本共射极放大电路
3.3 放大电路的静态分析 3.4 放大电路的动态分析 3.5 静态工作点的稳定 3.6 共集与共基极放大电路
3.1 半导体三极管
晶体管
半导体二极管(第二章) 双极型半导体三极管(第三章) 半导体三极管 单极型半导体三极管(第四章)
发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。
常用的半导体材料有硅和锗, 因此共有四种系列三极 管类型。它们对应的型号分别为: 3A(锗PNP)、3B(锗NPN)、 3C(硅PNP)、3D(硅NPN) 。
围绕内部结构阐述晶体管的电流放大作用:
二、三极管中的电流分配(内部载流子的传输过程)* 1.三极管放大的两个条件: 1)内部条件:三个区(发射区、基区和集电区)的掺杂浓度 与厚薄均不一样。两个PN结的结面积不同。从外表上看两个N
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半导体三极管及放大电路基础Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#第二章半导体三极管及放大电路基础第一节学习要求第二节半导体三极管第三节共射极放大电路第四节图解分析法第五节小信号模型分析法第六节放大电路的工作点稳定问题第七节共集电极电路第八节放大电路的频率响应概述第九节本章小结第一节学习要求(1)掌握基本放大电路的两种基本分析方法--图解法与微变等效电路法。
会用图解法分析电路参数对电路静态工作点的影响和分析波形失真等;会用微变等效电路法估算电压增益、电路输入、输出阻抗等动态指标。
(2)熟悉基本放大电路的三种组态及特点;掌握工作点稳定电路的工作原理。
(3)掌握频率响应的概念。
了解共发射极电路频率特性的分析方法和上、下限截止频率的概念。
第二节半导体三极管(BJT)BJT是通过一定的工艺,将两个PN结结合在一起的器件,由于PN结之间的相互影响,使BJT表现出不同于单个 PN结的特性而具有电流放大,从而使PN结的应用发生了质的飞跃。
本节将围绕BJT为什么具有电流放大作用这个核心问题,讨论BJT的结构、内部载流子的运动过程以及它的特性曲线和参数。
一、BJT的结构简介BJT又常称为晶体管,它的种类很多。
按照频率分,有高频管、低频管;按照功率分,有小、中、大功率管;按照半导体材料分,有硅管、锗管;根据结构不同,又可分成NPN型和PNP型等等。
但从它们的外形来看,BJT都有三个电极,如图所示。
图是NPN型BJT的示意图。
它是由两个 PN结的三层半导体制成的。
中间是一块很薄的P型半导体(几微米~几十微米),两边各为一块N型半导体。
从三块半导体上各自接出的一根引线就是BJT的三个电极,它们分别叫做发射极e、基极b和集电极c,对应的每块半导体称为发射区、基区和集电区。
虽然发射区和集电区都是N 型半导体,但是发射区比集电区掺的杂质多。
在几何尺寸上,集电区的面积比发射区的大,这从图也可看到,因此它们并不是对称的。
二、BJT的电流分配与放大作用1、BJT内部载流子的传输过程BJT工作于放大状态的基本条件:发射结正偏、集电结反偏。
在外加电压的作用下, BJT内部载流子的传输过程为:(1)发射极注入电子由于发射结外加正向电压V EE,因此发射结的空间电荷区变窄,这时发射区的多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区,形成发射极电流I E,其方向与电子流动方向相反,如图所示。
(2)电子在基区中的扩散与复合由发射区来的电子注入基区后,就在基区靠近发射结的边界积累起来,右基区中形成了一定的浓度梯度,靠近发射结附近浓度最高,离发射结越远浓度越小。
因此,电子就要向集电结的方向扩散,在扩散过程中又会与基区中的空穴复合,同时接在基区的电源V EE的正端则不断从基区拉走电子,好像不断供给基区空穴。
电子复合的数目与电源从基区拉走的电子数目相等,使基区的空穴浓度基本维持不变。
这样就形成了基极电流I B,所以基极电流就是电子在基区与空穴复合的电流。
也就是说,注人基区的电子有一部分未到达集电结,如复合越多,则到达集电结的电子越少,对放大是不利的。
所以为了减小复合,常把基区做得很薄 (几微米),并使基区掺入杂质的浓度很低,因而电子在扩散过程中实际上与空穴复合的数量很少,大部分都能到达集电结。
(3)集电区收集电子集电结外加反向电压,其集电结的内电场非常强,且电场方向从C区指向B区。
使集电区的电子和基区的空穴很难通过集电结,但对基区扩散到集电结边缘的电子却有很强的吸引力,使电子很快地漂移过集电结为集电区所收集,形成集电极电流I C。
与此同时,集电区的空穴也会在该电场的作用下,漂移到基区,形成很小的反向饱和电流I CB0。
2、电流分配关系与正向偏置的二极管电流类似,发射极电流i E与v BE成指数关系:集电极电流i C是i E的一部分,即:式中β称为BJT的电流放大系数三、BJT的特性曲线1.共射极电路的特性曲线(1)输入特性V CE=0V时,b、e间加正向电压,这时发射结和集电结均为正偏,相当于两个二极管正向并联的特性。
V CE≥1V时,这时集电结反偏,从发射区注入基区的电子绝大部分都漂移到集电极,只有小部分与空穴复合形成I B。
v CE>1V以后,I C增加很少,因此I B的变化量也很少,可以忽略v CE对I B的影响,即输入特性曲线都重合。
注意:发射结开始导通的电压v BE:~(硅管),~(锗管) (2)输出特性曲线对于一确定的i B值,i C随V CE的变化形成一条曲线,给出多个不同的i B值,就产生一个曲线族。
如图所示。
① I B = 0V, I C=I CEO BJT截止,无放大作用,因此对应I B=0的输出特性曲线以下的区域称为截止区如图所示。
② I B﹥0 , V CE<1V ,i C随I B的变化不遵循的规律,而且i C随V CE的变化也是非线性的,所以该区域称为饱和区。
③ I B﹥0、V CE≥1V,i C随i B的变化情况为:或在这个区域中I C几乎不随V CE变化,对应于每一个I B 值的特性曲线都几乎与水平轴平行,因此该区域称为线性区或放大区。
四、BJT的主要参数BJT的参数是用来表征管子性能优劣相适应范围的,它是选用BJT的依据。
了解这些参数的意义,对于合理使用和充分利用BJT达到设计电路的经济性和可靠性是十分必要的。
1.流放大系数BJT在共射极接法时的电流放大系数,根据工作状态的不同,在直流和交流两种情况下分别用符号和表示。
其中上式表明:BJT集电极的直流电流 I C与基极的直流电流I B的比值,就是BJT接成共射极电路时的直流电流放大系数,有时用h FE来代表。
但是,BJT常常工作在有信号输人的情况下,这时基极电流产生一个变化量,相应的集电极电流变化量为,则与之比称为BJT的交流电流放大系数,记作即2.极间反向电流(1)集电极-基极反向饱和电流I CBO。
表示发射极开路,c、b间加上一定的反向电压时的电流。
(2)集电极-发射极反向饱和电流(穿透电流)I CEO。
表示基极开路,c、e间加上一定的反向电压时的集电极电流。
3.极限参数(1)集电极最大允许电流I CM。
表示BJT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I CM时,三极管的性能将显着下降,甚至有烧坏管子的可能。
(2)集电极最大允许功耗P CM。
表示BJT的集电结允许损耗功率的最大值。
超过此值时,三极管的性能将变坏或烧毁。
(3)反向击穿电压V(BR)CEO。
表示基极开路,c、e 间的反向击穿电压。
4、晶体管的选择(1)依使用条件选P CM在安全区工作的管子,并给予适当的散热要求。
(2)要注意工作时反向击穿电压,特别是V CE不应超过 V(BR)CEO。
(3)要注意工作时的最大集电极电流I C不应超过I CM。
(4)要依使用要求:是小功率还是大功率,低频、高频还是超高频,工作电源的极性,β值大小要求。
返回第三节共射极放大电路在实践中,放大电路的用途是非常广泛的,它能够利用BJT的电流控制作用把微弱的电信号增强到所要求的数值,例如常见的扩音机就是一个把微弱的声音变大的放大电路。
声音先经过话筒变成微弱的电信号,经过放大器,利用BJT的控制作用,把电源供给的能量转为较强的电信号,然后经过扬声器 (喇叭)还原成为放大了的声音。
为了了解放大器的工作原理,先从最基本的放大电路开始讨论。
一、共射极基本放大电路的组成在图所示的单管放大电路中,采用NPN型硅BJT,V CC是集电极回路的直流电源 (一般在几伏到几十伏的范围),它的负端接发射极,正端通过电阻R接集电极,以保证集电结为反向偏置;R是集电极电阻(一般在几千欧至几十千欧的范围),它的作用是将BJT的集电极电流i C的变化转变为集电极电压V CE的变化。
V BB是基极回路的直流电源,它的负端接发射极,正端通过基极电阻R b接基极,以保证发射结为正向偏置,并通过基极电阻 R b(一般在几千欧至几百千欧的范围) (一般在几十千欧至几百千欧的范围),由V BB供给基极一个合适的基极电流对于硅管,V BE约为左右,对于锗管,V BE约为左右,而V BB一般在几伏至几十伏的范围内(常取V BB=V CC),即V BB>>V BE,所以近似有由上式可见,这个电路的偏流I B决定于V B,和R b的大小,V BB和R b经确定后,偏流I B就是固定的,所以这种电路称为固定偏流电路。
R b又称为基极偏且电阻。
电容C b1和C b2称为隔直电容或耦合电容(一般在几微法到几十微法的范围),它们在电路中的作用是"传送交流,隔离直流"。
值得指出的是,放大作用是利用BJT的基极对集电极的控制作用来实现的,即在输入端加一个能量较小的信号,通过BJT的基极电流去控制流过集电极电路的电流,从而将直流电源V CC的能量转化为所需要的形式供给负载。
因此,放大作用实质上是放大器件的控制作用;放大器是一种能量控制部件。
同时还要注意放大作用是针对变化量而言的。
二、共射极基本放大电路的工作过程待放大的输人电压v i从电路的A、O两点(称为放大电路的输入端)输入,放大电路的输出电压V o由B、O两点(称为放大电路的输出端)输出。
输入端的交流电压v i通过电容C b,加到BJT的发射结,从而引起基极电流i B相应的变化。
i B的变化使集电极电流i C随之变化。
i C的变化量在集电极电阻R C上产生压降。
集电极电压v CE =V CC 一i CRC,当i C的瞬时值增加时,v CE就要减小,所以v CE的变化恰与i C相反。
v CE中的变化量经过电容C b,传送到输出端成为输出电压V o。
如果电路参数选择适当,v0的幅度将比v i大得多,从而达到放大的目的,对应的电流、电压波形示于图中。
在半导体电路中,常把输人电压、输出电压以及直流电源V cc和V BB的共同端点(0点)称为"地",用符号"⊥"表示(注意,实际上这一点并不真正接到大地上),并以地端作为零电位点 (参考电位点)。
这样,电路中各点的电位实际上就是该点与地之间的电压(即电位差)。
例如V c就是指集电极对地的电压。
这些概念和术语,前面已作过初步的介绍,但这里所讨论的放大电路要复杂得多。
三、共射极放大电路的简化为了分析方便,我们规定:电压的正方向是以共同端 (0点) 为负端,其他各点为正端。
图中所标出的"十"、"一"号分别表示各电压的假定正方向;而电流的假定正方向如图中的箭头所示,即i c、i b以流入电极为正;i E则以流出电极为正。
图中表示电流、电压的符号的意义如下:V BE、I B-(大写符号,大写下标)表示直流值。