模拟电子电路第二章双极型晶体管及其放大电路.

2019年12月24日星期二1第二章双极型晶体管及其放大电路2-1双极型晶体管的工作原理2-1-1放大状态下晶体管中载流子的传输过程一、发射区向基区注入电子二、电子在基区中边扩散边复合三、扩散到集电结的电子被集电区收集2-1-2电流分配关系一、直流电流放大系数二、IC、IE、IB、三者关系2019年12月24日星期二22―2晶体管伏安特性曲线及参数2―2―1晶体管共发射极特性曲线一、共发射极输出特性曲线1.放大区2.饱和区3.截止区二、共发射极输入特性曲线三、温度对晶体管特性曲线的影响2019年12月24日星期二32-2-2晶体管的主要参数一、电流放大系数二、极间反向电流三、结电容四、晶体管的极限参数2―3晶体管直流工作状态分析及偏置电路2―3―1晶体管的直流模型2―3―2晶体管直流工作状态分析2019年12月24日星期二42―3―3放大状态下的偏置电路一、固定偏流电路二、电流负反馈型偏置电路三、分压式偏置电路2―4放大器的组成及其性能指标2―4―1基本放大器的组成原则2―4―2直流通路和交流通路2019年12月24日星期二52―4―3放大器的主要性能指标一、放大倍数A二、输入电阻Ri三、输出电阻Ro四、非线性失真系数THD五、线性失真2―5放大器图解分析法2―5―1直流图解分析2―5―2交流图解分析2―5―3直流工作点与放大器非线性失真的关系2019年12月24日星期二62―6放大器的交流等效电路分析法2―6―1晶体管交流小信号电路模型一、混合π二、低频H参数电路模型2―6―2共射极放大器的交流等效电路分析法2―7共集电极放大器和共基极放大器2―7―1共集电极放大器2―7―2共基极放大器2―7―3三种基本放大器性能比较2019年12月24日星期二72―8放大器的级联2―8―1级间耦合方式2―8―2级联放大器的性能指标计算2―8―3组合放大器一、CC―CE和CE―CC组合放大器二、CE―CB组合放大器作业2019年12月24日星期二模拟电子技术8（1）掌握双极型晶体管的工作原理、特性和参数。（2）掌握双极型晶体管的大信号和小信号模型。了解模型参数的含义。（3）掌握晶体管基本放大器的组成、工作原理及性能特点。（4）掌握静态工作点的基本概念和偏置电路的估算。（5）掌握图解分析方法和小信号等效电路分析方法，掌握动态参数（）的分析方法。（6）掌握多级放大电路动态参数的分析方法。omoiURRAu、、、第二章双极型晶体管及其放大电路2019年12月24日星期二模拟电子技术9ecb发射极基极集电极发射结集电结基区发射区集电区NPNcbeNPNPNPcbe(a)NPN管的原理结构示意图(b)电路符号2-1双极型晶体管的工作原理BasecollectoremitterBJT(BipolarJunctionTransistor)，简称晶体管或三极管。2019年12月24日星期二10P集电极基极发射极集电结发射结发射区集电区(a)NPNcebPNPcebb基区ec(b)N＋衬底N型外延PN＋cebSiO2绝缘层集电结基区发射区发射结集电区(c)NN(c)平面管结构剖面图图2-1晶体管的结构与符号2019年12月24日星期二11结构特点1.三区二结2.基区很薄（几个微米至几十个微米）3.e区重掺杂、c区轻掺杂、b区掺杂最轻4.Sc结Se结2019年12月24日星期二122-1-1放大状态下晶体管中载流子的传输过程一、发射区向基区注入电子二、电子在基区中边扩散边复合三、扩散到集电结的电子被集电区收集（发射结正偏，集电结反偏）基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的一个实例。2019年12月24日星期二13图2―2晶体管内载流子的运动和各极电流cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN双极型三极管的电流传输关系.avi2019年12月24日星期二142-1-2电流分配关系cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICNIBICIE跨越两个PN节，体现了放大作用2019年12月24日星期二15一、直流电流放大系数ECBOCEBEENENCNECNIIIIIIIII一般cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICN共基直流电流放大系数2019年12月24日星期二16一般CBOBCBOCEPBNCNCNECNIIIIIIIIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICN共射直流电流放大系数2019年12月24日星期二171EEECNECNIIIIII1)1(CNCNECNIIII共射、共基直流电流放大系数、间关系112019年12月24日星期二18若忽略ICBO,则二、IC、IE、IB、三者关系：CBOBCBOCIIIIECBOCIII2019年12月24日星期二192―2晶体管伏安特性曲线及参数全面描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。图2―3晶体管的三种基本接法（组态）(a)cebiBiC输出回路输入回路(a)共发射极；(b)共集电极；(c)共基极输入回路（接信号源，加入信号）输出回路（接负载，取出信号）(b)ecbiBiEceiEiCb(c)2019年12月24日星期二202―2―1晶体管共发射极特性曲线一、共发射极输出特性曲线图2―4共发射极特性曲线测量电路常数BiCECufi)(μAmAVViBiCUCCUBBRCRB＋－uBE＋－uCE＋－2019年12月24日星期二21uCE/V5101501234饱和区截止区IB＝40μA30μA20μA10μA0μAiB＝－ICBO放大区iC/mAuCE＝uBE图2―5共射输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线.avi2019年12月24日星期二22cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICN1.放大区（发射结正偏，集电结反偏）（1）uCE变化时,IC影响很小（恒流特性）（2）基极电流iB对集电极电流iC的控制作用很强（3）交流电流放大倍数常数CEuBCII2019年12月24日星期二23cICeIENPNIBRCUCCUBBRBb2.饱和区（发射结和集电结均处于正向偏置）E结正偏C结零偏的正向传输（1）iB一定时，iC比放大时要小（2）UCE一定时iB增大，iC基本不变C结正偏E结零偏的反向传输内部载流子的传输过程分解为2019年12月24日星期二24临界饱和：UCE=UBE，即UCB=0（C结零偏）。饱和压降（一般饱和||深度饱和）UCE(sat)=0.5V||0.3V（小功率Si管）；UCE(sat)=0.2V||0.1V（小功率Ge管）。关于饱和区的说明2019年12月24日星期二25cICeIENPNIBRCUCCUBBRBb3.截止区（发射结和集电结均处于反向偏置）三个电极均为反向电流，所以数值很小。（1）iB=-iCBO（此时iE=0）以下称为截止区（2）工程上认为：iB=0以下即为截止区。因为在iB=0和iB=-iCBO间，放大作用很弱ICBOIEBO2019年12月24日星期二26c结e结正偏反偏正偏反偏晶体管的工作状态总结饱和放大截止倒置放大2019年12月24日星期二27二、共发射极输入特性曲线（1）UCE=0时，晶体管相当于两个并联二极管，iB很大，曲线明显左移。（2）0UCE1时，随着UCE增加，曲线右移，特别在0UCEUCE(SAT),即工作在饱和区时，移动量将更大一些。这是由于集电极吸引电子的能力加强,使得从发射区进入基区的电子更多地流向集电区,流向基极的电流比原来减小了（3）UCE1时，曲线近似重合。2019年12月24日星期二28三、温度对晶体管特性曲线的影响T↑，uBE↓：CmVmVTuBE)/5.2~2(T↑，ICBO↑：1012122TTCBOCBOIIT↑，β↑：CT/)1~5.0(CBOBCIII)1(T↑，IC↑：结论2019年12月24日星期二292-2-2晶体管的主要参数一、电流放大系数1.共射直流放大系数反映静态时集电极电流与基极电流之比。2.共射交流放大系数反映动态时的电流放大特性。在以后的计算中，不必区分。由于，呈线性关系CEOBCBOBCIIIII)1(因此2019年12月24日星期二304.共基交流放大系数3.共基直流放大系数常数CBECuII在以后的计算中，不必区分。由于，呈线性关系CBOECIII因此31二、极间反向电流1ICBO发射极开路时，集电极—基极间的反向电流，称为集电极反向饱和电流。2ICEO基极开路时，集电极—发射极间的反向电流，称为3.IEBO集电极开路时，发射极—基极间的反向电流。cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICNcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBObIBNIEPIENICN1.ICBO2.ICEO3.IEBO由于，呈线性关系CEOBCBOBCIIIII)1(2019年12月24日星期二33三、结电容包括发射结电容Ce和集电结电容Cc四、晶体管的极限参数1击穿电压U(BR)CBO指发射极开路时，集电极—基极间的反向击穿电压。U(BR)CEO指基极开路时，集电极—发射极间的反向击穿电压。U(BR)CEOU(BR)CBO。2019年12月24日星期二34U(BR)EBO指集电极开路时，发射极—基极间的反向击穿电压。普通晶体管该电压值比较小，只有几伏。2集电极最大允许电流ICMICM一般指β下降到正常值的2/3时所对应的集电极电流。当iCICM时，虽然管子不致于损坏，但β值已经明显减小。例如：3DG6(NPN)，U(BR)CBO=115V，U(BR)CEO=60V，U(BR)EBO=8V。2019年12月24日星期二353集电极最大允许耗散功率PCM※PCM表示集电极上允许损耗功率的最大值。超过此值就会使管子性能变坏或烧毁。※PCM与管芯的材料、大小、散热条件及环境温度等因素有关。PCM=IC·UCE2019年12月24日星期二36uCE工作区iC0安全ICMU(BR)CEOPCM图2―7晶体管的安全工作区功耗线过损耗区击穿区过流区2019年12月24日星期二372―3晶体管直流工作状态分析及偏置电路将输入、输出特性曲线线性化（即用若干直线段表示）等效电路（模型）静态：由电源引起的一种工作状态2019年12月24日星期二38(a)输入特性近似图2―8晶体管伏安特性曲线的折线近似uBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB＝0(b)输出特性近似2―3―1晶体管的直流模型2019年12月24日星期二39图2―9(a)截止状态模型；(b)放大状态模型；(c)饱和状态模型(b)ebcβIBIBUBE(on)(a)ebc(c)ebcUBE(on)UCE(sat)2019年12月24日星期二40例1晶体管电路如图2―10(a)所示。若已知晶体管工作在放大状态，β=100，试计算晶体管的IBQ，ICQ和UCEQ。ICQ＋－UCEQ270kRBUBB6VIBQUCC12VRC3k(a)电路2019年12月24日星期二41(b)直流等效电路图2―10晶体管直流电路分析eRBUBE(on)bIBQβIBQcICQUCCRC＋－UCEQ2019年12月24日星期二42解因为UBB使e结正偏，UCC使c结反偏，所以晶体管可以工作在放大状态。这时用图2―9(b)的模型代替晶体管，便得到图2--10(b)所示的直流等效电路。由图可知)(onBEBBQBBURIUVRIUUmIImRUUICCQCCCEQBQCQBonBEBBBQ63212202.010002.02707.06)(故有2019年12月24日星期二432―3―2晶