2-三极管及放大电路解析

第二章双极型三极管及放大电路基础模拟电子技术基础2.1、双极型三极管BJT2.2、基本共射极放大电路2.3、放大电路的分析方法2.4、放大电路静态工作点的稳定问题2.5、共集电极、共基极放大电路第二章双极型三极管及放大电路基础NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极2、符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管PNP型三极管由2个PN结组成；根据结构不同，可分为：NPN型和PNP型1、结构：2.1双极型三极管BJT一、BJT的结构简介基区：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：面积最大晶体管有三个极、三个区、两个PN结。二、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VCVBVCVBVEVC﹤VB﹤VE注意：EB、EC极性不能接反，且EC＞EB保证：例：有一晶体管T工作在放大状态，三个电极电位分别为：－9V，－6V，－6.2V，试判断管子类型（PNP？NPN？锗管？硅管？）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+IC晶体管的电流放大作用：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。BECNNPEBRBECRC2）ICIB，ICIE3）ICIBIBICIE实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。3.三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基区空穴向发射区的扩散可忽略。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结。集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。使T具有放大作用的条件：内部条件：外部条件：基区要做的很薄，且掺杂质浓度小，使IB很小发射结正偏，集电结反偏从基区扩散来的电子由于外部电源的作用而被拉入集电区形成ICE。3.三极管内部载流子的运动规律IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBEICE与IBE之比称为共发射极电流放大倍数BCCBOBCBOCBECEIIIIIIIIBCCEOIII，有忽略集－射极穿透电流,温度ICEO(常用公式)若IB=0,则ICICE0CEOBCBOBC)(1IIIII晶体管放大的条件：发射结正向偏置；集电结反向偏置。晶体管三个电极电流分配关系：BCIIBCBEIIII)1(这是贯穿模拟电子电路分析的两个最重要的概念总结重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++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三、BJT的V-I特性曲线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2.输出特性IB=020A40A60A80A100ABCCE(u)Ifi常数36iC(mA)1234uCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区特点：IC=IB，也称为线性区条件：发射结正偏、集电结反偏（2）截止区iB0以下区域为截止区，有iC0。条件：发射结反偏，集电结反偏在饱和区，IBIC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。（3）饱和区当uCEuBE时，晶体管处于饱和状态。当uCE=uBE时，晶体管处于临界饱和。饱和区截止区为什么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？四、主要参数1.电流放大系数，直流电流放大系数___CBIICBΔΔII交流电流放大系数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。例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。CB1.537.50.04IICBΔ2.31.540Δ0.060.04II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2.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+–EC3.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。4.集电极最大允许电流ICM5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。当集—射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。6.集电极最大允许耗散功耗PCMPCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。PCPCM=ICUCE硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO温度对BJT参数及特性的影响测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图所示。请标注管子的引脚，并分别说明它们哪种材料、类型的三极管。练习1ecbPNPGeebcNPNSiebcNPNSibecPNPSiPNPebcGeebcNPNGe两只管子两个电极的电流如图所示。分别求另一电极的电流和电流放大倍数，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子。练习210001.01BCII501.05BCII一、放大的概念放大的本质：能量的控制，利用有源元件实现VCC至少一路直流电源供电，是能源判断电路能否放大的基本出发点放大的特征：功率放大常用正弦波做测试信号放大的对象：变化量放大的基本要求：不失真——放大的前提输入信号为零时为静态。能够控制能量的元件§2.2放大的概念与共射极放大电路1、放大的概念2、性能指标ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu（1）放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。（2）输入电阻和输出电阻将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。Lo'oLoo'oo)1(RUURUUUR空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值iiiIUR输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻输入电阻Ri：决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小。输出电阻Ro：决定了放大电路带负载的能力。（3）通频带（4）最大不失真输出电压Uom：交流有效值。由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率LHbwfff（5）最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的主要指标参数1、基本放大电路组成及各元件作用使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流共发射极基本电路晶体管T:放大元件利用电流放大作用，获得较大的iC基极电源EB与基极电阻RB：为电路提供能量。并保证集电结反偏。将变化的电流转变为变化的电压。集电极电源EC：集电极电阻RC：二、基本共射极放大电路ui：交流信号源2、两种实用放大电路：问题：1.两种电源2.信号源与放大电路不“共地”共地，且要使信号驮载在静态之上动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回路。将两个电源合二为一有直流分量有交流损失－＋UBEQ（1）直接耦合放大电路静态时(ui=0)，b1BEQRUU（2）阻容耦合放大电路耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。静态时，C1、C2上电压？CEQC2BEQC1UUUU，动态时，C1、C2为耦合电容！＋－UBEQ－＋UCEQuBE＝uI＋UBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。3、放大电路工作原理：UBEQIBQICQUCEQ无输入信号(ui=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE+VCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO输入电压uI为零时，晶体管各极的电流、b-e间电压、管压降，称为静态工作点Q。记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQUBEIB无输入信号(ui=0)时:？有输入信号(ui≠0)时uCE=UCC－iCRCIC+VCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotOui=Usint动态设Cb1=10uFf=1kHz。161010102121163b1b1Cb1fCCjZ电容的阻抗：所以在交流（中频段）分析时电容可以近似短路4、放大电路的组成原则•静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。•路径畅通：动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。•对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。TVBBCbRcRb(a)TVCCCb1RcCb2(b)(c)T-VCCCb1RcCb2RbT+VCCCb1RcCb2Rb(d)1.下列a~f电路哪些具有放大作用？(f)TVCCCb1RcCb2VBBRbT-VCCCb1RcCb2(e)1.下列a~f电路哪些具有放大作用？5、放大电路中各处电流、电压由ui和VCC共同作用产生直流量+交流量iB=IB+ibiC=IC+icuCE=UCE+uceuBE=UBE+ube其中：ib，ic表示交流分量的瞬时值对放大电路的分析可分为：(1)求IB、IC、UCE称为静态分析(2)求Au、ri、ro称为动态分析2.3放大电路的分析方法(1)直流通路：①uS=0，保留Rs；②电容相当于开路；③电感相当于短路。(2)交流通路：①大容量电容相当于短路；②直流电压源相当于短路（内阻为0）。通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路。基本共射放大电路的直流通路和交流通路交流通路直流通路例：画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IBQ、ICQ、UCEQ)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UCEQ–ICQIBQIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE例：画出下图放大电路的交流通路交流通路对交流信号，电容C可看作短路；直流电源VCC=0(短路)短路短路+VCCRbRcC1C2T++RLuo+–iEui+–对地短路一、放大电路的静态分析静态：当放大电路无信号输入（ui=0）时的工作状态。所用电路：放大电路的直流通路。(1)使放大电路的放大信号不失真；(2)使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。IBQ、ICQ、UCEQ静态分析：确定放大电路的静态工作点Q。分析方法：估算法、图解法。分析对