西安交大模拟电子技术课件第2章(1)

截止区
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模拟电子技术基础
NPN管与PNP型管的区别
NPN管电路
iB

PNP管电路
iB

iC

iC

uBE
iE
uCE

uBE
uCE iE
iB、uBE、iC、 iE 、uCE的极性二者相反
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模拟电子技术基础
硅管与锗管的区别:
（1） 死区电压约为
硅管0.5 V
锗管0.1V 硅管0.7 V
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后退
模拟电子技术基础
发射极E(e)
发射结Je
集电结Jc
集电极C(c)
发射区
基区
集电区
N+
P
N
基极B(b)
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模拟电子技术基础
发射极E(e)
发射结Je
集电结Jc
集电极C(c)
发射区
基区
集电区
N+
P
基极B(b)
N
C(c) T B (b) E(e)
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NPN型三极管符号
截止
倒置
发射结 集电结
正 反
正 正
反 反
反 正
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模拟电子技术基础
放大状态下晶体管各极电位关系
C(c)
• NPN管：UC > > UB > UE
T B (b) E(e) C(c)
• PNP管： UC < < UB < UE
B (b)
T E(e)
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模拟电子技术基础
2.1.3 半导体三极管共射极接法的伏安特性曲线 三极管共射极接法
模拟电子技术基础
2、PNP型三极管结构示意图和符号
发射区
E(e)
基区
集电区
C(c)
P+
Je
N
Jc B(b)
P
C(c)
PNP型三极管符号
B (b)
T E(e)
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模拟电子技术基础
E
发射区
基区
集电区
C
N+
P
B
N
3、三极管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件） ：
（1）发射区小，掺杂浓度大。 （2）集电区掺杂浓度低，集电结面积大。 （3）基区掺杂浓度很低，且很薄。

为三极管共射极直 流电流放大系数
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模拟电子技术基础
由 由
的关系式
IE IC IB
及 与 的定义
得 或



1

1
0.95 ~ 0.995
20 ~ 200
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模拟电子技术基础
IE
N
P
N
IC
c
当输入回路电压 U 'BE =UBE+△UBE 那么 I 'B =IB+△IB I 'C =IC+△IC
模拟电子技术基础
2 半导体三极管及放大电路基础 2.1 半导体三极管 2.2 共射极放大电路的组成和工作原理 2.3 放大电路的静态分析 2.4 放大电路的动态分析 2.5 静态工作点的选择和稳定 2.6 共集电极和共基极放大电路 2.7 多级放大电路 2.8 放大电路的频率特性
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模拟电子技术基础
UCE = VCC- ICRC
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模拟电子技术基础
由
uCE = uce + UCE
uce = - icRC
可知 iB ui _ RB
+ +
iC
+ RC a. 在RC两端有一个较大 的交流分量可供输出。 b. 交流信号的传递过程 ui →ib→ic→icRc
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T u CE iE _ VCC
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模拟电子技术基础
(2) 放大原理
放大电路
设输入信号ui=UimSinωt V 那么
uBE = ube + UBE
iB = ib + I B
iB ui _ RB
+ +
iC
+ RC
T u CE iE _ VCC 其中
iC = ic + I C
uCE = uce + UCE
uBE
_ VBB
uce = - icRC
电路图
P
N
IE
N
e
ICB
O
IB
IC

RC VCC

U BE
RB
b
IB

VBB
VCC
U CE
RC

T U CE RB U BE IE VBB
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模拟电子技术基础
定义
IE
N
P
N
IC
c
e
ICB
O
IC IB
I CBO 0

U BE
RB
b
IB

VBB
VCC
U CE
RC
IB

U CB

输出回路
输入回路
RE VEE
VCC
RC
发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。 基极是两个回路的公共端，称三极管这种接法为共基极接法。 定义

IC IE
0.99 理解为电流分配关系
I CBO 0
称为共基极直流电流放大系数
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则发射100个电子，扩 散了99个，复合1个
4
6
8
u CE/ V
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（2） 放大区 a. UCE>UBE b. IC=βIB c. IC与UCE无关 （3） 截止区 a. UBE＜死区电压 b. IB≈0 c. IC≈0
4
i
C/
mA
iB =
μ 100 A 80
饱和区
3
60
2 1 0
放大区
40 20 0
2
4
6
8
u CE/ V
IB
RB
VBB
IC

RC VCC

U BE
T U CE
IE


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模拟电子技术基础
3．发射结反向偏置、集电结反向偏置—截止状态 截止状态的特点： （1） UBE小于死区电压。 （2） IC=ICBO，IB=－ICBO
IB
RB
VBB
IC

RC VCC

U BE
T U CE
IE


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后退
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2. 交流参数
（1）共基极交流电流放大系数α （2）共射极交流电流放大系数β β
β值与iC的
关系曲线
i C iE
i C 常数 i B
0
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iC
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3. 极限参数
(1) 集电极开路时发射极——基极间反向击穿电 压U（BR）EBO
0
iB μA
uCE 0
uCE 1
wk.baidu.com
uBE V
0.4
0.8
(3) 当uCE≥1V，输入特性曲线几乎重合在一起，uCE 对输入特性几乎无影响。
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2．共射极输出特性
输出特性曲线
4
iC f ( uCE ) I B一定
饱和区
iB

i
C/
mA
iB =
μ 100 A 80
模拟电子技术基础
IE
N
P
N
e
c
U BE


b

U CB

RE
VEE
VCC
RC
发射区向基区扩散电子
基区向发射区扩散空穴
基区向发射区扩散空穴
形成空穴电流。
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模拟电子技术基础
IE
N
P
N
e
c
U BE


b

U CB

RE
VEE
VCC
RC
发射区向基区扩散电子
基区向发射区扩散空穴
因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度， 空穴电流忽略不记。
uBE
_ VBB
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• 晶体管放大的条件：
• 内部条件：发射区掺杂浓度高，面积小；
基区掺杂浓度低且很薄； 集电区掺杂浓度低，面积大。
• 外部条件：发射结正偏，集电结反偏
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模拟电子技术基础
2．发射结正向偏置、集电结正向偏置—饱和状态 饱和状态的特点 （1）UCB (=UCE-UBE)≤0。集 电结零偏或正偏 （2）IC ≠ IB，IB失去了对 IC的控制。
（3) 集电极饱和电压降UCES较小
IB
RB
VBB
IC

RC VCC

U BE
T U CE
IE


小功率硅管0.3~0.5V。
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模拟电子技术基础
（4）饱和时集电极电流
I CS (VCC U CES ) / RC
（5） UCE对IC的影响大， 当UCE增大，IC将随之增加。
当UCE增大使集电结从正偏往零 偏变化过程中， UCE越大，到达 集电区的非平衡少子就越多，Ic 将随着UCE增大而增加。
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模拟电子技术基础
IE
N
P
N
e
c
U BE
非平衡少子在基区复 合，形成基极电流IB


b

U CB

IB
RE
VEE
VCC
RC
b. 基区电子扩散和复合
非平衡少子向 集电结扩散
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后退
模拟电子技术基础
IE
N
P
N
IC
c
e

U BE

b

U CB

IB
RE
VEE
VCC
RC
C. 集电区收集从发射区扩散过来的电子 形成集电极电流IC
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2.1.2
三极管工作原理（以NPN型管为例）
依据两个PN结的偏置情况 放大状态 饱和状态 晶体管的工作状态 截止状态
倒置状态
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1．发射结正向偏置、集电结反向偏置—放大状态 原理图
IE
e
电路图
N
c
N
P
IC
IE
T
IC
U BE
IB RE V EE
共基极交流电流放大系数
共射极交流电流放大系数
与的关系

1
1
一般可以认为：
，
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符号的意义
• 电流 ：
（一个下标）
IB
ib
Ib
iB
• 电压：
（二个下标）
U
BE
u
be
U
be
u
BE
•
直流
交流 瞬时值
交流 交流＋ 有效值 直流
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（2） 导通压降|uBE|
锗管0.3V
（3）
锗管的ICBO比硅管大
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2.1.4 半导体三极管的主要电参数 1. 直流参数
（1）共基极直流电流放大系数

IC IE
IC IB
I CBO 0
（2）共射极直流电流放大系数
I CBO 0
（3）发射极开路，集电极——基极间反向饱和电流 ICBO （4）基极开路，集电极——发射极间反向饱和电流 ICEO
iB

共射极输入特性
iC

iB μA
uBE
iE
uCE

uCE 0
uCE 1
1．共射极输入特性
iB f ( uBE ) U CE一定
uBE V
0
上页
0.4
下页
0.8
后退
模拟电子技术基础
输入特性的特点：
(1) 输入特性是非线性的， 有死区。 (2) 当uBE不变，uCE从零增大， iB减小。
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非平衡少子 到达集电区
下页
后退
模拟电子技术基础
IE
N
P
N
IC
c
e
ICB
O

U BE

b

U CB
IB
RE
形成反向饱和电流ICBO
VEE
VCC
RC
少子相互漂移
集电区、基区少子相互漂移
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
三极管的电流分配关系动画演示
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
IE
T
IC
U BE

U CB
–
U BE
+
VEE
b
–
IB
VCC
U CB
+
VCC
RC
RE
RC
上页
下页
后退
模拟电子技术基础
(1) 电流关系
IE
N
P
N
e
c
U BE

b

U CB

RE
发射区向基区扩散电子
VEE
VCC
RC
a. 发射区向基区扩散电子
形成发射极电流IE。
称扩散到基区的发射 区多子为非平衡少子 上页 下页 后退
(2) 发射极开路时集电极——基极间反向击穿 电压U（BR）CBO
(3) 基极开路时集电极——发射极间反向击穿 电压U（BR）CEO
(4) 集电极最大允许电流ICM
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(5) 集电极最大允许功率耗散PCM
晶体管的安全工作区 iC ICM PCM
安全区
0
等功耗线PC=PCM =uCE×iC
不安全区
U (BR)CEO uCE
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2.1.5 温度对管子参数的影响 1．对β的影响
T (0.5 ~ 1)% / C
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IE
N
P
N
IC
ICB c
O
e

U BE

b

U CB

IB 各电极电流之间的关系 IE=IC+IB
RE
VEE
VCC
RC
I C I E I CBO
I B (1 ) I E I CBO
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晶体管共射极接法
原理图 IC
c
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4．发射结反向偏置、集电结正向偏置—倒置状态
IB
IC

RC VCC
特点:
RB
VBB

U BE
T U CE
IE


（1）集电区扩散到基区的多子较少。
（2）发射区收集基区的非平衡少数载流子的能力小。 （3）电流放大系数很小。
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C(c)
总
放大
结
饱和
T B (b) E(e)
3
60
iC

2 1 0
放大区
40 20 0
uBE
iE
uCE

2 4 6 8
u CE/ V
截止区
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各区的特点：
（1）饱和区
4
i
C/
mA
iB =
μ 100 A 80
a. UCE≤UBE b. IC＜βIB
饱和区
3
60
2
40
1
20 0
c. UCE增大， IC 增大。
0
2
e
ICB
O

U BE
RB
b
IB

VBB
VCC
U CE
RC

I 'E =IE+△IE
如果 △UBE >0，那么△IB >0， △IC >0 ，△IE >0 如果 △UBE <0，那么△IB <0， △IC <0 ，△IE <0 上页 下页 后退
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定义
I C I E I C I B
2 半导体三极管及放大电路基础
2.1 半导体三极管 半导体三极管又称简称晶体管。 半导体三极管的放大作用和开关作用，促 使了电子技术的的跃。
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模拟电子技术基础
半导体三极管图片
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2.1.1
半导体三极管的结构
三极管的主要类型 （1） 根据结构分: NPN型和PNP型 （2）根据使用的半导体材料分: 硅管和锗管 1. NPN型三极管结构示意图和符号