第二章晶体三极管及基本放大器(电气)

1第二章晶体三极管及基本放大器2.1引言2.2晶体三极管的工作原理2.3晶体三极管的三种连接方式2.4晶体三极管共发射极接法的伏安特性和参数2.5晶体三极管组成的基本放大器2.6多级放大器2.7放大器的频率响应22.1引言晶体三极管是电子电路中的重要器件，它通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起，由于两个PN结的相互影响，使三极管具有电流放大作用。从二极管发展到三极管,这是一个质的飞跃。1、分类按材料分：①硅管；②锗管按功率分：①小功率管；②中功率管；③大功率管按结构分：①NPN；②PNP32、NPN和PNP管的结构示意及符号PNNPN结PN结发射区发射极emitter基区基极base集电区集电极collector集电结发射结ECBNPN型(1)符号中的箭头方向是三极管的实际电流方向符号(2)三极管有三个区：发射区—发射极e；基区——基极b；集电区——集电极c。(3)发射区掺杂浓度远高于基区掺杂浓度，基区很薄且掺杂的浓度低；而集电结面积比发射结面积大得多，所三极管的发射极与集电极不能对调使用。42、NPN和PNP管的结构示意及符号NPPPN结PN结发射区发射极emitter基区基极base集电区集电极collector集电结发射结ECBPNP型(1)符号中的箭头方向是三极管的实际电流方向符号(2)三极管有三个区：发射区—发射极e；基区——基极b；集电区——集电极c。(3)发射区掺杂浓度远高于基区掺杂浓度，基区很薄且掺杂的浓度低；而集电结面积比发射结面积大得多，所三极管的发射极与集电极不能对调使用。5常见三极管的外形6常见三极管的外形72.2三极管的工作原理三极管有两个PN结：一个是发射结，另一个是集电结，这两个PN结上加正向偏置电压的组合情况共有四种。首先讨论发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压的情况。8三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VBVE集电结反偏VCVB从电位的角度看：NPN发射结正偏VBVE集电结反偏VCVB92.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.100.0010.701.502.303.103.950.0010.721.542.363.184.05结论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）ICIB，ICIE3）ICIB把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。10发射结正偏集电结反偏UBBRbUCCRC2.1.1三极管的正向控制作用NPNICIB1、三极管内的载流子的传输过程（以NPN为例）CBOIcnIbceIEEnIEpI电源接法:UBB使发射结正偏UBE=0.7V＞0UCC使集电结反偏UBC＜0为了达到这个目的,要保证UCC＞UBB（2）电子在基区的扩散与复合，形成基极电流IB。因为基区很薄，且掺杂浓度低，电子只有一小部份被基区的空穴复合，大部份电子很快到达集电结边缘。（3）由于集电结反偏，扩散到集电结边缘的电子，很快被吸引越过集电结，形成集电极电流IC。(1)由于发射结正偏，因此高掺杂浓度的发射区中的多子（自由电子）越过发射结，向基区扩散，形成发射极电流IE。111、三极管各极电流表达式（以NPN为例）(a)发射极电流：(b)基极电流：(c)发射极电流：结论：三极管的发射极电流等于集电极电流和基极电流之和。EpEnEIIICBOCnEnEpBIIIIICBOCnCIIIBCEIII122、三极管的正向控制作用EEnEII（以NPN为例）(a)发射结的发射效率：(b)载流子的传输效率：(c)三极管的共基极直流电流传输系数：EnCnBIIECBOCECnEnCEEnBEIIIIIIIII13(a)发射极电流：(b)集电极电流：(c)基极电流：2.1.2三极管各极电流表达式TBETBEVvEBSVvEBSEeIeIi)1(TBEVvEBSECeIiiTBEVvEBSCEBeIiii)1(142.3三极管的三种连接方式输入端输出端输入端输出端输入端输出端（a）（b）（c）(a)共基极接法(b)共发射极接法(c)共集电极接法152.3.1共发射极接法下的直流电流传输方程输入端输出端ICIBCEOBCCBOCEOCBOBCCBOBCCIIIIIIIIIIII)1(111)(流传输系数三极管共发射极直流电令：1162.3.2共集电极接法下的直流电流传输方程CEOBECEOBCBCEIIIIIIIII)1(输入端输出端（c）IBIE172.4三极管共发射极接法的伏安特性和参数什么叫三极管的特性曲线？三极管伏安特性曲线是指三极管各电极电压与各电极电流之间关系的曲线，它是管子内部载流子运动规律的外部体现。18bceCRCCVCiBiBEv常数CEvBREiBBV输入回路输出回路常数CEBEBvvfi)(1、输入特性曲线:(1)是研究当vCE=常数时，vBE和iB之间的关系曲线，用函数关系式表示为:2.4.1输入特性19(1)vBE和iB之间的关系曲线(2)用vCE=1V的输入特性曲线来代表vCE＞1V所有输入特性曲线(3)输入特性的死区电压：硅管约为0.5V；锗管约为0.1V。发射结正偏导通后：硅管VBE=0.7V；锗管VBE=0.3V常数CEBEBvvfi)(200.40.60.8100608040A/iBVvBE/0.2VvCE15.07.0bceCRCCVCiBiBEv常数CEvBREiBBV输入回路输出回路2.4.1输入特性20常数BCECivfi)(1、输出特性曲线:(1)是研究当iB=常数时，vCE和iC之间的关系曲线，用函数表示为:bceCRCCVCi常数BiBEvBREiBBV输入回路输出回路CEv2.4.2输出特性21CiCEvBBIiCECvfi|)((2)输出特性曲线,当vCE较小时起始部份很陡，当vCE略有增加，iC增加很快，当vCE＞1V以后，再增加vCE、iC增加不明显。(3)如改变IB则得到另一条输出特性曲线。18264100A20IBA40A80A60A100A0bceCRCCVCi常数BiBEvBREiBBV输入回路输出回路CEv2.4.2输出特性22（a）输入特性曲线;（b）输出特性曲线图1-28三极管的输入、输出特性曲线232、把输出特性曲线划分成三个区常数BCECivfi)(5101520VvCE/mAic/12340A0iBA20A100A80A60A40BiCi饱和区截止区放大区击穿区(3)饱和区区域：vCE＜0.7v以左部分条件：发射结正偏，集电结正偏。特点：失去放大能力，iCβiB，即iB不能控制iC的变化。(1)截止区：区域：iB≤0输出特性曲线以下的区域为截止区条件：发射结、集电结均反偏特点：iB=0时，iC≈iE=ICEO=0，三极管CE间为开路。(2)放大区区域：iB＝0以上多条的输出特性曲线。条件：发射结正偏，集电结反偏，特点：(A)有放大特性：iC＝βiB(B)有恒流特性：iC与vCE无关。ICEObceCRCCVCiBiBEvBREiBBV输入回路输出回路CEv24全2.4.3三极管的极限参数1.集电极最大允许电流ICM。IC↑→β↓。ICM就是表示β下降到额定值的1/3～2/3时的IC值，正常工作时，iC＜ICM。2.基极开路时，集电极与发射极之间的反向击穿电压V(BR)CEO。使用时三极管各电极间的电压不要超过V(BR)CEO就可以了。3.集电极最大允许耗散功率PCM=iC·vCE。在的输出特性曲线上，做出三极管临界损耗线，如图iC/mAV(BR)CEOICEOCi0ICM安工作区CEvPCM=iC·uCE损过耗区输出特性曲线bceCRCCVCiBiBEvBREiBBV输入回路输出回路CEv252.5三极管组成的基本放大器1、放大的意义：所谓放大就是利用晶体管的电流或电压控制作用，将微弱电压或电流不失真放大到需要的数值，称之为放大。2、放大电路的框图：传感器直流电源电压放大功率放大执行元件微弱电压或电流放大到需要的数值261.放大器的输入电阻Ri：iiiIVR放大电路sRsVLRiUiRiIiViR2.5.1放大器的各项指标272.放大器的输出电阻(1)Ro定义为：0sVLRoIVR放大电路sR0sVVoRIoR即在VS=0,RL=∞的条件下,接V产生I2.5.1放大器的各项指标282.5.1放大器的各项指标放大电路LROViVSRsViIOI输入端口输出端口图2-7放大电路的等效表示方法(1)电压放大倍数（无量纲）iovVVA(2)电流放大倍数（无量纲）ioiIIA(3)互导放大倍数iogVIAS(4)互阻放大倍数不同场合使用的放大电路,可以求出不同性质的放大倍数.对低频小信号放大电路,我们最关心的是电压放大倍数.iorIVA3.放大倍数（或增益）(5)功率放大倍数AP,iopPPA292.5.2放大器的分析方法前面对基本放大电路作了定性的分析,下面将对放大电路作定量的分析放大电路的静态分析放大电路的动态分析30A.共射放大电路iuiuou2CcR1CbRCCUBBUou输入回路输出回路cebcebV31基本放大电路元器件的作用bceouCibiBEuVCCUCRBRBBUeiCEuiu1C2C1、元件的作用V:NPN三极管是核心的元件起放大作用UBB：保证NPN管发射结正偏UBE=0.70vUcc：保证NPN管集电结反偏UBC＜0C1C2：耦合（隔直）电容起“隔直流、通交流”的作用RC：集电极负载电阻是将集电极电流的变化转换为电压的变化RB：基极偏流电阻，调节基极电流的大小bBEBBBRUUI以基本共射放大电路为例32B.共集放大电路iuou2CcR1CbRCCUBBUiuoucebceb输入回路输出回路V33C.共基放大电路iuou2CcR1CbRCCUBBUiuoucebceb输入回路输出回路V34A、画法：单电源供电的共射放大电路及画法bceouCiBiBEuCCUBREiCEuiu1C2CBRBBU以基本共射放大电路为例BBUCCUcRk300k4RB=300kΩRC=4kΩ保证集电结反偏,即UBC0V351.直流通路对直流而言，电容C可视为开路可得直流通路2C1CbRcRCCUiuouCiBi直流通路共发射极固定偏置放大电路bRcRCCUCQIBQI直流通路CEQUBEQU1、放大电路的静态分析361、放大电路的静态分析1、静态：当ui=0时,电路中各处的电流和电压都是不变的直流量输入回路：ＵBEQ，IBQ，对应输入特性曲线上一个Q输出回路:UCEQ，ICQ，对应输出特性曲线一个QQ点称为静态工作点bceouBQICQICCUBEQU2040A/iBv/uBEA40IBQV7.0UBEQQ输入特性曲线bBIBRBBUCiCEuBBIiCEC|)u(fi18264100A20A40IBA60v6CEQUmA5.1ICQQCEQUcRbR37(1)图解法(直流负载线作法)mARURUUIBCCBBECCQB4030012bRcRCCUk300k4v12BIQMNV12mA5.1CiCEuIBQ=40μAmA3V6CIBBIiCEC|)u(fiBQBIiCECufi|)(cCCCCERiUu直流负载线uCE=Ucc-icRc联M、N点即得直流负载线。直流负载线和IBQ=40μA这条输出特性曲线的交点Q即为静态工作Q:ICQ=1.5mAUCEQ=6v直流负载线斜率：CCCQCQR1RIItgBEQUCEQU直流通