4-三极管及放大电路基础

画交流通路的原则： 对交流信号，内阻小的电压源视为短路，内阻大的电流源 视为开路 对一定频率范围内的交流信号，较大的电容视为短路

交流通路
放大电路组成原则
• 静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。 • 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够 获得放大了的动态信号。
4.3 放大电路的分析方法
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
（发射结正偏） uBE U on 放大的条件 （集电结反偏） uCB 0，即 uCE uBE
1. 内部载流子的传输过程
少数载流 子的运动 因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区 因基区薄且多子浓度低，使扩散到基 区的电子（非平衡少子）中的极少数 与空穴复合 因发射区多子浓度高使大量电子从发 射区扩散到基区
vBE h re vCE i C h oe vCE
IB
输入端交流开路时(ib=0,iB=IBQ)的反向电压 传输比； 输入端交流开路时的输出电导。
IB
H参数小信号模型 根据
vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
可得小信号模型
BJT双口网络
BJT的H参数模型
基区空穴 的扩散
扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极 电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。
2. 电流分配关系
IE ＝IB ＋IC IE－扩散运动形成的电流
IB－复合运动形成的电流
IC－漂移运动形成的电流
直流电流 放大系数
IC IB
iC iB
交流电流放大系数 集电结反向电流
4.1.4 BJT的主要参数
1. 电流放大系数
(1) 共发射极直流电流放大系数 =（IC－ICEO）/IB≈IC / IB vCE=const

与iC的关系曲线
(2) 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const
(3) 共基极直流电流放大系数

=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE
PCM= ICVCE
(3) 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)CBO——发射极开路时，集电结反向击穿电压。
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
(2) 集电极-发射源自文库间的反向饱和电流ICEO
ICEO=（1+ ）ICBO
3. 极限参数
(1) 集电极最大允许电流ICM
集电极电流 IC上升会导致三极管的值的下降。一 般把β 减小到额定值的1/2时，所对应的IC值。IC 超过 ICM 后，β 显著减小，放大性能降低。
(2) 集电极最大允许功率损耗PCM
这可不是 好办法！
• 消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增大VCC。 • 最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC－ UCEQ ），取 其小者，除以 2 。
图解法分析放大电路的步骤

由直流通路写出直流负载方程


在特性曲线上作直流负载线，确定Q
在特性曲线上作交流负载线 画出输出电压、电流的波形，分析放大过程，求放大
4.1.3 BJT的V-I 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) 随vCE的增加，曲线右移。 等于1V时集电结已进入反偏状态，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。
2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路 （1）利用直流通路求Q点
VBB VBE IB Rb
IC β IB
VCE
VCC VCE ( I C ) RL Rc
共射极放大电路
一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V， 已知。
（2）画小信号等效电路
H参数小信号等效电路
I CEO (1 ) I CBO
穿透电流 为什么基极开路集电极回 路会有穿透电流？
综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的 发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实 现的。 实现这一传输过程的两个条件是：
（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓
度，且基区很薄。 （2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。
（3）求放大电路动态指标 电压增益 根据
(3) 当vCE≥1V时， 特性曲线基本重合。集电结的电场足够强，已收集
绝大部分电子，故随VCE，IB电流无明显变化。
共射极连接
2. 输出特性曲线
iC=f(vCE) iB=const
输出特性曲线的三个区域:
饱和区：iC明显受vCE控制的区域， 该区域内，一般vCE＜0.7V (硅管)。 发射结正偏，集电结正偏或反偏 电压很小。 放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距；随VCE增加， 曲线略向上倾斜。发射结正偏，集电结反偏。 截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时， vBE小于 死区电压。发射结反偏，集电结反偏。
一般也用公式估算 rbe （忽略 r'e ） rbe= r'bb + (1+ ) re 其中对于低频小功率管 r'bb≈200
VT (mV) 26(mV) (T=300K) 而 re I EQ (mA) I EQ (mA)
则
26( mV ) rbe 200 (1 ) I EQ ( mA )
VBB VBEQ Rb
ICQ βIBQ ICEO βIBQ
VCEQ=VCC－ICQRc
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作相
应的变化。
动态信号作用时： uI iB iC uRc uCE (uo ) 放大电路为什么要设置直流呢？
输入回路 负载线 IBQ Q
负载线
ICQ
Q
IBQ
UBEQ
UCEQ
2. 动态工作情况的图解分析 根据vs的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的 波形
设 vs Vsm sin ωt
则输入回路 vBE VBB vs iB Rb
根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和vCE 的波形
第四章
三极管及放大电路基础
重点： 1.了解三极管的基本构造、工作原理和特性 曲线，理解主要参数的意义； 2.理解三极管的电流分配和电流放大作用； 3.会判断三极管的工作状态。 4.掌握各类三极管放大电路的分析方法:(1)静 态的工作点估算法; (2)动态的微变等效电路 分析法,即AV、Ri 和Ro的计算方法。
(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。
2. 极间反向电流
(1) 集电极-基极间反向饱和电流ICBO

ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度 的影响大。 温度ICBO
• 衡量晶体管集电结质量的重要指标。越小，管子稳定性 越好。

最大输出幅值：又称动态范围，是指输出波形的非线性失真 在允许的范围内，放大电路可能输出的最大信号的峰值。
4.3.2 小信号模型分析法
1. BJT的H参数及小信号模型 建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极 管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以 把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来 处理。
ic= hfeib+ hoevce
H参数的意义
vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce
vBE h ie iB
h fe iC iB
VCE
VCE
输出端交流短路时(vce=0,vCE=VCEQ)的输入 电阻； 输出端交流短路时的正向电流传输比或电 流放大系数；
倍数、动态范围、分析波形失真等
放大电路的性能指标

放大倍数：衡量放大电路放大能力的指标。定义为输 出量有效值与输入量有效值之比。
Au Uo Ui


输入电阻：表明了放大电路对信号源的影响程度。

Ri
Ui Ii



输出电阻：反映了放大电路带负载的能力。
Ro
Uo Io
u s 0 RL
模型的简化 BJT在共射连接时，其H
参数的数量级一般为
hie hre 103 103 ~ 104 he 2 h h 10 5 S fe oe 10
hre和hoe都很小，常
忽略它们的影响。
H参数的确定
一般用测试仪测出； rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。
2.温度对晶体管特性的影响
T (℃) I CEO ，故输出特性曲线上移 ，且距离增大 uBE 不变时iB ，即iB不变时uBE ，即输入特性曲线左移
4.2
共射极放大电路的工作原理
4.2.1 基本共射极放大电路的组成
VBB、Rb：使UBE＞ Uon，且有 合适的IB。
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。
输入信号vi＝0时，放大电路的工作状态称为静态或 直流工作状态。
静态时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降 称为静态工作点Q，记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。
画直流通路原则：
① Us=0，保留Rs； ②电容开路； ③电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。
直流通路
I BQ
4.3.1 图解分析法
1. 静态工作点的图解分析 首先，画出直流通路
列输入回路方程
vBE VBB iB Rb
列输出回路方程（直流负载线） VCE=VCC－iCRc
直流通路
在输入特性曲线上，作出直线 vBE VBB iB Rb ，两线的交点 即是Q点，得到IBQ。 在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCC－iCRc，与IBQ曲 线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。
1. BJT的H参数及小信号模型 H参数的引出 对于BJT双口网络，已知输入输 出特性曲线如下： iB=f(vBE) vCE=const iC=f(vCE) iB=const 可以写成： vBE f1 (iB , vCE )
iC f 2 (iB , vCE )
BJT双口网络
在小信号情况下，对上两式取全微分得 vBE vBE dvBE VCE diB I B dvCE iB vCE iC iC diC VCE diB I B dvCE iB vCE 用小信号交流分量表示 vbe= hieib+ hrevce
§4.1
晶体三极管
双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor,简称BJT)
(a) 小功率管
(b) 小功率管
(c) 大功率管
(d) 中功率管
4.1.1 BJT的结构简介
半导体三极管有两
种类型:NPN型和PNP 型。
特点：

基区薄，惨杂浓度低


发射区惨杂浓度最高
集电区面积最大
VCC：使UCE≥UBE，同时作为 负载的能源。 Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uO) 。 Vi：待放大的时变输入信号。
4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理
通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共 存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开 作用，引入直流通路和交流通路的概念。 1. 静态(直流工作状态)
vCE VCC iC Rc
共射极放大电路中的电压、 电流波形
3. 静态工作点对波形失真的影响 • 截止失真
t
截止失真是在输入回路首先产生失真！
消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。
• 饱和失真 ：饱和失真是输出回路产生失真。
Rc↓或VCC↑
Q '''
Q''
Rb↑或 β↓或 VBB ↓