第4讲 晶体三极管及基本放大电路(1)改

第四讲第四章教学要求重点与难点1、了解三极管结构与内部载流子的运动，掌握其外特性，在实际应用中正确选择三极管的参数；2、理解基本放大电路的组成原则，掌握基本放大电路的图解分析法和等效电路分析法；3、掌握三种基本放大电路的特点及其应用；4、了解放大电路的频率响应。重点：三极管的放大作用，三极管的外特性，放大电路的基本分析方法，三种基本放大电路的特点及其应用。难点：三极管内部载流子运动，图解分析法，频率响应。本次课教学要求•1、了解三极管的结构及特点，了解其内部载流子的运动；•2、掌握三极管的放大原理与电流分配；•3、掌握三极管的外特性及参数，在实际应用中正确选择三极管；•4、了解温度对三极管参数的影响。第4章半导体三极管及放大电路基础4.1半导体三极管（BJT）4.2放大电路的组成原则4.3放大电路的基本分析法4.4基本放大电路的三种接法4.5放大电路的频率响应4.1半导体三极管（BJT）4.1.1BJT的结构及类型4.1.2BJT的电流放大作用4.1.3BJT的共射特性曲线4.1.4BJT的主要参数4.1.5温度对BJT性能及参数的影响4.1.1BJT的结构及类型多子浓度高多子浓度很低，且很薄面积大晶体管有三个极、三个区、两个PN结。小功率管中功率管大功率管为什么有孔？结构特点：•发射区的掺杂浓度远远高于基区（100:1）；•集电结面积大于发射结面积（2－3倍）；•基区很薄，一般在几个微米至几十个微米。管芯结构剖面图4.1.2BJT的电流放大作用（集电结反偏），即（发射结正偏）放大的条件BECECBonBE0uuuUu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。少数载流子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴的扩散三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或BJT(BipolarJunctionTransistor)。4.1.2BJT的电流放大作用（续）1、BJT内部载流子的运动载流子的运动（主部）的传输过程BJT的电流分配关系动画演示发射极注入电流传输到集电极的电流设ECNII即一般关系IC=ICN+ICBOIB=IB’-ICBO通常ICICBOECII则有IE=IB+IC2.电流分配关系和电流放大系数共基极直流放大系数与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，几乎与外加电压无关。一般=0.90.992.电流分配关系（续）共射极直流放大系数11故有根据EECN-(1I)III'B定义：IE=IB+ICIC=ICN+ICBOECNIIBCCEOCIIII时，当且令ICEO=(1+)ICBO（穿透电流）可以得出IC=ICN+ICBO=IB＋(1+)ICBO=IB＋ICEO也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，几乎与外加电压无关。一般1共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；BJT的三种组态3.三极管的三种组态若uI=20mV使当则电压放大倍数4920mVV98.0uuAIOuRLecb1k共基极放大电路VEEVCCUEBIBIEIC+-uI+uEBuO+-+iC+iE+iBiE=-1mA，iC=iE=-0.98mA，uO=-iC•RL=0.98V，=0.98时，4.放大作用+-bceRL1k共射极放大电路图4.1.3共射极放大电路VBBVCCUBEIBIEIC+-uI+uBEuO+-+iC+iE+iBuI=20mV设若则电压放大倍数4920mVV98.0uuAIOuiB=20uAuO=-iC•RL=-0.98V，=0.98mA98.01BBCiii使4.放大作用（续）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。4.1.3晶体管的共射输入特性和输出特性CE)(BEBUufi为什么UCE增大曲线右移？对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。为什么像PN结的伏安特性？为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？1.输入特性iB=f(vBE)vCE=const(2)当vCE=1V时，vCB=vCE-vBE0，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。（3）在vCE大于1V后，集电结的电场已足够强，已能把发射区扩散到基区的电子中的绝大部分收集到集电区。故可近似认为vCE大于1V后的所有输入特性曲线基本重合。(1)当vCE=0V时，相当于两个二极管并联，所以曲线与二极管的伏安特性曲线相同。1.输入特性曲线(续）（以共射极放大电路为例）共射极连接2.输出特性B)(CECIufi对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？饱和区放大区截止区BiCi常量CEBCUii饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE＜0.7V(硅管)。vCES约为0.3V。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。iC=f(vCE)iB=const2.输出特性曲线输出特性曲线的三个区域:截止区：iE=0时所对应的区域，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。放大区：曲线基本平行等距，随着vCE的增加，电流放大系数增加（受基区宽度调制效应影响）各曲线略向上倾斜。此时，发射结正偏，集电结反偏。晶体管的三个工作区域晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流iC几乎仅仅决定于输入回路的电流iB，即可将输出回路等效为电流iB控制的电流源iC。状态uBEiCuCE截止＜UonICEOVCC放大≥UonβiB≥uBE饱和≥Uon＜βiB≤uBE4.1.4BJT主要参数•直流参数：、、ICBO、ICEOc-e间击穿电压最大集电极电流最大集电极耗散功率，PCM＝iCuCE安全工作区•交流参数：β、α、fT（使β＝1的信号频率）•极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEOECII1ECii4.1.4BJT的主要参数（续）(1)共发射极直流电流放大系数=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const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1.电流放大系数与iC的关系曲线iC过大或过小时，都会变小，表现在输出特性曲线上就是靠近截止区，特性曲线变密，间距变小。(2)共发射极交流电流放大系数=IC/IBvCE=const1.电流放大系数1.电流放大系数(3)共基极直流电流放大系数=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE(4)共基极交流电流放大系数αα=IC/IEvCB=const当ICBO和ICEO很小时，≈、≈，可以不加区分。4.1.4BJT的主要参数（续）2.极间反向电流(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO=（1+）ICBOICEO(1)集电极基极间反向饱和电流ICBO发射极开路时，集电结的反向饱和电流。即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的Y坐标的数值。ICEO也称为集电极发射极间穿透电流。+bce-uAIe=0VCCICBO+bce-VCCICEOuA(1)集电极最大允许电流ICM若icICM,过小，放大能力太差。(2)集电极最大允许功率损耗PCMPCM=ICVCEPCM的大小与允许的最高结温、环境温度及管子的散热方式有关。3.极限参数由PCM、ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区4.1.4BJT的主要参数（续）3.极限参数（续）(3)反向击穿电压U(BR)CBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。U(BR)EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。UBR)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U(BR)CBO＞UBR)CEO＞U(BR)EBO4.1.5温度对晶体管特性的影响BEBBBECEO)(uiiuIT不变时，即不变时℃温度对BJT特性曲线的影响输入特性曲线：温度升高，曲线左移，温度每升高1℃，vBE减小2mV~2.5mV。输出特性曲线：温度升高，曲线向上移动，各曲线间间距加大。讨论一1.分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态；2.已知T导通时的UBE＝0.7V，若uI=5V，则β在什么范围内T处于放大状态?在什么范围内T处于饱和状态？通过uBE是否大于Uon判断管子是否导通。μA43mA)1007.05(bBEIBRUuimA4.2mA)512(cCCCmaxRVi56BCmaxii临界饱和时的讨论二由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、β。CECCMuiP2.7ΔiCCEBCUiiU（BR）CEO课后习题PP.120~1214.4,4.5,4.6(a)(e)(f)END