第3章-半导体三极管放大电路(2+5)改

第三章半导体三极管及放大电路基础（模电）返回第三章半导体三极管及放大电路基础对你的期望：（1）掌握三极管工作原理，输入及输出特性；（2）熟悉放大、饱和、截止三种工作状态及特点；（3）了解三极管主要参数及其物理意义；（4）掌握放大电路组成、原理及分析方法；（5）熟悉放大电路三种基本组态；第三章半导体三极管及放大电路基础§3.1半导体三极管§3.2共射极放大电路§3.3放大电路的分析方法§3.4放大电路工作点稳定问题§3.5共集电极放大电路与共基极放大电路§3.7多级放大电路§3.6差分放大电路3.1半导体三极管3.1.1基本结构及符号NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管PNP型三极管基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大3.1.2电流分配和放大原理1.三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VCVBICVCCmAARBIBVCCmA––++IE实验线路2.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IE静态(直流)电流放大系数:5.3806.030.25.3704.050.1BCBCIIII，动态(交流)电流放大系数:4004.006.050.130.2BCII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。3)当IB=0(基极开路)时,IC=ICEO,很小接近于０。4)要使晶体管起电流放大作用，发射极必须正向偏置，集电极必须反偏。３共集电极：集电极作为公共端，用CC表示；１共发射极：发射极作为公共端，用CE表示。２共基极：基极作为公共端，用CB表示。3、三极管三种组态3.1.3特性曲线即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：1）直观地分析管子的工作状态2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共端共发射极电路输入回路输出回路测量晶体管特性的实验线路ICVCCmAAVUCEUBERBIBVCCV++––––++1.输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V常数CE)(BEBUUfI特点:非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。正常工作时发射结电压：NPN型硅管UBE0.6~0.7VPNP型锗管UBE0.2~0.3V2.输出特性IB=020A40A60A80A100A常数B)(CECIUfI36IC(mA)1234UCE(V)9120放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区放大区—曲线基本平行部分条件：发射结正偏，集电结反偏。特点：VCE较大iC=iBIB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120饱和区（2）饱和区饱和区——iC受vCE显著控制的区域。特点：该区域内vCE的数值较小。一般vCE＜0.7V(硅管)。饱和压降VCES=0.3VSi0.1VGeICSiB外电路决定条件：发射结正偏，集电结正偏（或零偏）。（2）截止区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。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120截止区ICEO•BJT能实现电流控制作用及放大作用。内部条件：BJT结构外部条件：外加电压极性发射结加正向电压，集电结加反向电压。•双极型性器件：两种载流子（自由电子、空穴）参与导电。结论：NPN、PNP型三极管分别处于放大区时，其三个极电位有何关系？测量BJT三个电极对地电位如图所示，试判断BJT的工作区域？放大截止饱和3.1.4主要参数1.电流放大系数直流电流放大系数BCII___BCIIΔΔ交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：和的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的值在20~200之间。例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。53704051BC...II400400605132BC....IIΔΔ在以后的计算中，一般作近似处理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得二、极间反向电流(1)集-基极反向截止电流ICBOICBO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ICBOA+–EC(2)集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEOAICEOIB=0+–ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。三、极限参数：1集电极最大允许电流ICM过流区IC＞ICM时，管子性能将显著下降，甚至会损坏三极管。2集电极最大允许损耗PCM集电结上允许损耗功率最大值。PCM≈ICVCE3反向击穿电压：V(BR)CEO——b开路时c、e间的击穿电压安全工作区3.1.5温度对晶体管参数的影响若TICBOICEO2.对VBE的影响：若T（1oC）VBE(2.2mV)3.对的影响：若T（1oC）（0.5%~1%）1.对ICBO的影响：1、BJT必须工作在安全工作区2、要依使用要求：小功率还是大功率，低频还是高频，β值大小等要求3、注意对应型号选用。4、要特别注意温度对三极管的影响。3.1.6三极管的选择及注意事项例：思考题1、可否用两个二极管背靠背地相联以构成一个BJT？2、BJT符号中的箭头方向代表什么？3、能否将BJT的e、c两电极交换使用？4、要使BJT具有放大作用，Je和Jc的偏置电压应如何连接？5、如何判断BJT的三种组态？6、有哪几个参数确定BJT的安全工作区第三章半导体三极管及放大电路基础§3.2共射极放大电路§3.3放大电路的分析方法§3.4放大电路工作点稳定问题§3.5共集电极放大电路与共基极放大电路§3.7多级放大电路§3.1半导体三极管§3.6差分放大电路3.2.1放大电路基本知识（参考教材P7～19）一、放大电路基本任务：将微弱信号增强至所要求数值且保持不失真或失真尽量小。输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。§3.2基本共射极放大电路包括：电压放大电路、功率放大电路等。扩音机示意图二、放大等效电路形式：输入端等效为输入电阻。输出端根据不同情况等效为不同电路形式。usRsioRLRiRo+ui-ii+uo-Avoui三、放大电路主要技术指标：1放大倍数（增益）：电压放大倍数（电压增益）：io/=uuAv反映放大电路在输入信号控制下，将电源能量转换为输出信号能量的能力)dB(lg20vA电压增益2输入电阻Riiii/=iuRRs+–Vs–Vi+RiIi放大电路ri越大越好。ri越大，ii就越小，ui就越接近uS3输出电阻Ro表明放大电路带负载的能力。Ro大，表明放大电路带负载的能力差，反之则强。LSRRuiuR保留0ttos放大电路IT+–VTRo+–Vs=0RS4通频带BW放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数通常都要下降。当A(f)下降到中频电压放大倍数A0的时，即A(fL)=A(fH)=O0707.02AAfL-----下限频率fH----上限频率带宽BW=fH-fL低频区高频区中频区3.2.2共发射极放大电路的组成1、共发射极基本放大电路组成共发射极基本电路UCCRSesRBUBBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE3.2.2共发射极放大电路的组成2、基本放大电路各元件作用晶体管T--放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。基极电源UBB与基极电阻RB--使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。共发射极基本电路UCCRSesRBUBBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE3.2.2共发射极放大电路的组成2、基本放大电路各元件作用集电极电源UCC-为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC--将变化的电流转变为变化的电压。共发射极基本电路耦合电容C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。信号源负载UCCRSesRBUBBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE3.2.2共发射极放大电路的组成单电源供电时常用的画法+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE共发射极基本电路UCCRSesRBVBBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE3.2.3共发射极放大电路的工作原理1、符号表示规则：总瞬时值：小大如iB直流分量：大大如IB交流分量：瞬时值：小小如ib峰值：大小m如Ibm有效值：大小如Ib相量：大小如Ib=IB+ibAXA—主要符号X—下标符号uBEtiBtiCtUBEIBICUCE无输入信号(ui=0)时:uo=0uC1=UBEuC2=UCEuCEt+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE3.2.3共发射极放大电路的工作原理2、原理：uituotuBEtUBEtiBIBuCEtUCE无输入信号(ui=0)时:uo=0uC1=UBEuC2=UCE？有输入信号(ui≠0)时uCE=UCC－iCRCuo0uC1UBEuC2UCEiCtIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE结论：1）无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和IC、UCE。(IB、UBE)和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBUBEICUCEQUCEIC2)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。iCtiCtIC+集电极电流直流分量交流分量静态分析动态分析iCtic3)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。4)输出电压与输入电压在相位上相差180°,即共发射极电路具有反相作用。uituot实现放大的条件1）晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2）正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3）输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4）输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。3、直流通路和交流通路因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。直流通路：无交流信号时电流（直流电流）的通路，用来计算静态工作点。交流通路：有交流信号时交流分量（变化量）的通路，用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCR