华科模电--ch4-1半导体三极管放大电路基础

电子技术第四章半导体三极管放大电路基础模拟电路部分4.1半导体三极管4.3放大电路的分析方法4.4放大电路静态工作点的稳定问题4.5共集电极放大电路和共基极放大电路4.2共射极放大电路的工作原理4.6组合放大电路4.7放大电路的频率响应本章主要内容基本元件——三极管三极管的工作原理三极管三个电极电流分配关系基本概念静态工作点不同组态放大电路基本电路共射极放大电路（固定偏流、分压式）基本方法图解法小型号模型分析法4.1半导体三极管4.1.1BJT的结构简介4.1.2放大状态下BJT的工作原理4.1.3BJT的V－I特性曲线4.1.4BJT的主要参数4.1.5温度对BJT参数及特性的影响4.1.1BJT的结构简介(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管NNPB基极BaseE发射极EmitterC集电极CollectorNPN型PNP基极B集电极C发射极EPNP型发射区基区集电区4.1.1BJT的结构简介发射结Je集电结JcBECIBIEICBECIBIEIC1、结构和符号：NNPB基极BaseC集电极Collector发射区基区集电区E发射极Emitter面积较大较薄，掺杂浓度低掺杂浓度较高收集载流子(电子)发射载流子(电子)复合部分电子控制传输比例4.1.1BJT的结构简介2、结构特点：NNPB基极BaseC集电极Collector发射区基区集电区E发射极Emitter收集载流子(电子)发射载流子(电子)复合部分电子控制传输比例4.1.2放大状态下BJT的工作原理1、实现条件：内部条件外部条件发射区掺杂浓度很高集电区面积很大，掺杂浓度低于发射区基区很薄，掺杂浓度最低Je正偏Jc反偏Je正偏Jc反偏BECNNPEBRBECIE基区空穴向发射区的扩散形成电流IEPIBN进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBN，多数扩散到集电结。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IEN。2.内部载流子的传输过程（以NPN为例）4.1.2放大状态下BJT的工作原理BECNNPVEERBVCCIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICN+ICBOICNIBNICN从基区扩散来的电子作为基区的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICN。2.内部载流子的传输过程（以NPN为例）4.1.2放大状态下BJT的工作原理IBBECNNPVEERBVCCIEICBOICNIC=ICN+ICBOICNIBNIE=IB+IC2.内部载流子的传输过程（以NPN为例）4.1.2放大状态下BJT的工作原理以上看出，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)。总结:4.1.2放大状态下BJT的工作原理3.电流分配关系发射极注入电流传输到集电极的电流设ECNII即根据传输过程可知IC=ICN+ICBOICNEC则有II为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般=0.90.99IE=IB+ICBECNNPVEERBVCCIEICBOICNIBN4.1.2放大状态下BJT的工作原理1又设BCEOCIII则是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般1。根据IE=IB+ICIC=ICN+ICBOECNII且令BCCEOCIIII时，当ICEO=(1+)ICBO（穿透电流）3.电流分配关系4.1.2放大状态下BJT的工作原理4.三极管的三种组态共集电极接法，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4.1.2放大状态下BJT的工作原理RLecb1k共基极放大电路5.放大作用若vI=20mV则电压放大倍数4920mVV98.0IOVvvAVEEVCCVEBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iBiE=-1mA，iC=iE=-0.98mA，vO=-iC•RL=0.98V，=0.98)1e(/ESETVEBvIi动态输入电阻太小，怎么办？201mA0mV2IEiivR+-bceRL1kVBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB5.放大作用共射极放大电路外部条件发射结正偏？极电结反偏？VBC=VBE-VCE0?即VBEVCEvI=20mV设若则iB=20uA=0.98mA98.01BBCiii使vO=-iC•RL=-0.98V，4920mVV98.0IOVvvA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。三极管的放大作用是由电流控制的。4.1.2放大状态下BJT的工作原理4.1BJT1.既然BJT具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构成一只BJT，试说明其理由。2.能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什么？3.为什么说BJT是电流控制器件？endVCE1VIB(A)VBE(V)204060800.40.8VCE=0VVCE=0.5ViB=f(vBE)vCE=const1.输入特性曲线4.1.3BJT的V－I特性曲线（以共射极放大电路为例）当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。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。输入特性曲线的三个部分①死区②非线性区③线性区1.输入特性曲线导通压降：硅管VBE0.6~0.7V,锗管VBE0.2~0.3V。死区电压，硅管0.5V，锗管0.1V。4.1.3BJT的V－I特性曲线二、输出特性IC(mA)1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）当VCE大于一定的数值，IC只与IB有关，IC=IB。iC=f(vCE)iB=const4.1.3BJT的V－I特性曲线IC(mA)1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中VCEVBE,集电结正偏，IBIC，VCE0.7V称为饱和区。二、输出特性4.1.3BJT的V－I特性曲线IC(mA)1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,IC=ICEO,VBE死区电压，称为截止区。二、输出特性4.1.3BJT的V－I特性曲线输出特性曲线的三个区域:饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE＜0.7V(硅管)IBIC。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压。放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。IC=IB,且iC=iB二、输出特性4.1.3BJT的V－I特性曲线4.1.4BJT的主要参数1.电流放大系数(2)共发射极交流电流放大系数(1)共发射极直流电流放大系数(3)共基极直流电流放大系数(4)共基射极交流电流放大系数α2.极间反向电流(1)集电极基极间反向饱和电流ICBO(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO3.极限参数(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗PCM(3)反向击穿电压(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4.1.4BJT的主要参数(2)共发射极交流电流放大系数=IC/IBvCE=const(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。1.电流放大系数4.1.4BJT的主要参数2.极间反向电流(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。4.1.4BJT的主要参数BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO=(1+)ICBOIBEIBEICBO进入N区，形成IBE。根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。集电结反偏有ICBOICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO2.极间反向电流4.1.4BJT的主要参数(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗PCMPCM=ICVCE3.极限参数4.1.4BJT的主要参数(3)反向击穿电压V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。V(BR)EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。V(BR)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V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO3.极限参数4.1.4BJT的主要参数(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗PCM(3)反向击穿电压ICVCEICMV(BR)CEOICVCE=PCM安全工作区4.1.5温度对BJT参数及特性的影响(1)温度对ICBO的影响温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。(2)温度对的影响温度每升高1℃，值约增大0.5%~1%。(3)温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。1.温度对BJT参数的影响(1)对输入特性曲线的影响(2)对输出特性曲线的影响2.温度对BJT特性曲线的影响end温度T输入特性曲线左移温度T输出特性曲线上移温度T输出特性曲线族间距增大4.1.5温度对BJT参数及特性的影响