ch4三极管及放大电路基础-1

4.1BJT4.3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基本共射极放大电路4.6组合放大电路4.7放大电路的频率响应4.0放大电路的基本知识(绪论1.4、1.5)放大的要求：2、放大后的信号波形与放大前的波形的形状相同或基本相同，即信号不能失真.1、放大微弱的变化电信号.放大电路vovivo与vi频率相同但幅值放大4.0放大电路的基本知识三极管BJT信号线性放大信号失真4.0.1放大电路模型电压放大电路(vi,vo)电流放大电路(ii,io)互阻放大电路(ii,vo)互导放大电路(vi,io)Rs放大电路IoIi+–Vo+–Vs+–ViRL负载信号源RsIoIi+–Vo+–Vs+–ViRLA放大电路模型的另一种表示4.0.2放大电路的主要性能指标1.输入电阻iiiIVR输入电阻决定放大电路从信号源吸取信号幅值的大小，吸取信号幅值越大性能越好。放大电路相当于是信号源的负载(电阻Ri).Rs+–Vs–Vi+RiIi放大电路SsVVRRRiiiRs+–Vs–Vi+RiIi放大电路对输入为电压信号的放大电路，Rs愈小，Ri愈大，则放大电路输入端的vi值愈大。输入为电流信号的放大电路，Rs愈大，Ri愈小，注入放大电路的输入电流ii愈大。Rs+–IsRiIi放大电路SsIIRRRiSi2.输出电阻0,.T.To=SLVRIVR输出电阻表明放大电路带负载的能力.放大电路Io+–VoRL+–VORORS放大电路IT+–VTRo+–Vs=0对负载而言,根据戴维南定理(诺顿定理）可将放大电路等效为内阻为RO的电压源（电流源）.RO--放大电路的输出电阻对输出为电压信号的放大电路，Ro愈小，则负载RL变化对放大电路输出端的vo值影响愈小，带负载能力愈强。放大电路Io+–VoRL+–VORO0LLoVVRRRO放大电路Io+–VoRL+–IOROOOIIRRRLOO对输出为电流信号的放大电路，Ro愈大，则负载RL变化对放大电路输出端的io值影响愈小，带负载能力愈强。3.增益（放大倍数）反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力四种增益：ioVVAVioIIAIioIVARioVIAG（电压增益）（电流增益）（互阻增益）（互导增益）4.通频带fL称为下限频率，fH称为上限频率。放大电路的增益A随输入信号频率变化。称为带宽LHffBWAM0.707AMfLfHAfBW半功率点中频区小写字母、大写下标表示瞬态总量（含交、直流）。如，vCE、iB等。大写字母、大写下标表示直流量。如，VCE、IB等。小写字母、小写下标表示纯交流量。如，vce、ib等。书中有关电量符号的约定ibIBiB=IB+ib上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。如、等。ceVbI三极管基本放大电路共射放大电路共集放大电路共基放大电路主要分析对象4.1.1BJT的结构简介4.1BJT4.1.2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4.4.1BJT的结构简介三极管BJT是一种具有三个半导体区,两个PN结,三个引出电极的半导体器件.BJTNPN型PNP型NNPbec基极发射极集电极NPN型三极管发射区基区集电区集电结JC发射结JebecNPN型三极管符号注意：e、c不能互换发射极的箭头代表发射结正偏时，发射极电流的实际方向.JC、Je是两个背靠背的PN结PNP型三极管becPPN基极发射极集电极发射区基区集电区集电结JC发射结JebecPNP型三极管符号注意：e、c不能互换结构特点：发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图4.1.2放大状态下BJT的工作原理三极管工作于放大状态的条件：发射结Je正偏，集电结Jc反偏CBEVEEVCCNNP发射区基区集电区NNP1.内部载流子的传输过程（以NPN为例）自由电子空穴IE发射区向基区扩散电子形成发射极电流IE;电子在基区中与空穴复合形成了复合电流IBN;VEEVCCIENIBNIEPIE=IEN+IEP≈IEN)1e(/ESBETVIvBEC发射结正偏，多子扩散占主要地位NNP自由电子空穴IBICVEEVCCICBOICNIBNBIEIENIEPEC集电区收集扩散过来的电子形成ICN.少数载流子漂移形成反向饱和电流ICBO集电极电流：IC=ICN+ICBO基极电流：IB=IEP+IBN–ICBO=IE-IC集电结反偏，少子漂移占主要地位以上看出，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)。2.电流分配关系根据传输过程可知IE=IB+IC发射极注入电流扩散到集电极的电流设IC=ICN+ICBONNPIBICVEEVCCICBOICNIBNBIEIENIEPEC=ICN/IEICN是集电结收集扩散到基区的电子而形成的.IC=IE+ICBO共基电流放大系数αECII≈IC/IEα是共基极电流放大系数，它反映了BJT集电极电流IC对射极电流IE的收集能力.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0.99。当ICICBO时，≈IC/IE共射电流放大系数ICIB体现了BJT的电流的放大作用.用表征IC=IE+ICBOIE=IB+ICCBOCIIIB111CEOIIB由：得：1IC≈IB是共射电流放大系数，它反映了BJT集电极电流IC对基极电流IB的放大作用.值范围：10~100.CEOCIIIB当ICICEO时，BCIIBJT的电流分配关系IE=IB+ICbecIBICIE反映了处于放大状态时BJT的各极电流关系IC=IBIE=（1+）IBIC=IE当基极电流有一增量iB时,则集电极电流也随之有一增量iC，发射极电流随之有一增量iE.becIBICIE+iB+iC+iEiC=iBiC=iEiE=（1+）iBiE=iC+iB是共射交流电流放大系数，是共基交流电流放大系数.,一般情况下：3.三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；4.1.3BJT的V-I特性曲线以共射极放大电路为例输入回路输出回路BJT的特性曲线是指各电极间电压与各电极电流之间的关系曲线，它是BJT内部载流子运动的外部表现。becIBICIE++--vBEvCEiB(A)vBE(V)204060800.50.8iB=f(vBE)vCE=const1.输入特性曲线输入特性是在vCE一定时,vBE与iB之间的关系曲线vCE=0vCE=1(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。vCE=10iB(A)vBE(V)204060800.50.8vCE=0vCE=1vCE=10(2)当vCE较小（vCE＜0.7V）时，vCB=vCE–vBE＜0，集电结处于正偏或反偏电压很小状态，JC较窄，基区较宽，集电结收集电子能力很弱，基区复合能力强。同样的vBE下（iE一定），vCE大时，iB较小，特性曲线右移。集电极结电压vCB=vCE-vBE)1e(/ESBETVEIiviB(A)vBE(V)204060800.50.8vCE≧1(3)当vCE≥1V时，vCB=vCE–vBE0，集电结进入反偏状态且收集电子能力足够强，已能把扩散到基区的绝大多数电子收集到集电区。所以vCE再增加，iC基本不变，iB不再减小，特性曲线基本重合。vCB=vCE-vBEiB(A)vBE(V)204060800.50.8工作压降：硅管vBE0.7V死区电压，硅管0.5V非线性部分线性部分vCE≧12.输出特性曲线iC=f(vCE)iB=const是在基极电流iB一定的情况下，BJT的输出回路中，集电极与发射极之间的电压vCE与集电极电流iC之间的关系曲线。改变iB的值，即可得到一组输出特性曲线.输出特性曲线是一族以iB为参量的曲线iC=f(vCE)iB=const40A60AIB=20AIB=0A80AiC(mA)1234vCE(V)36912100AiC随vCE变化很大。iC基本不随vCE变化。40A60AIB=20AIB=0A80AiC(mA)1234vCE(V)36912100A线性放大区:iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行（略微上翘）等距。截止区:iB=0,iC接近零的区域饱和区:iC明显受vCE控制的区域.vCES＜0.7V输出特性三个区域40A60AIB=20AIB=0A80AiC(mA)1234vCE(V)36912100A(1)放大区--发射结(be)正偏，集电结(bc)反偏1)vBE≥Vth;vCEvBE2)iC只与iB有关,iC=iB,且iC=iB40A60AIB=20AIB=0A80AiC(mA)1234vCE(V)36912100A(2)饱和区--发射结(be)正偏，集电结(bc)正偏(零偏)1）vBE≥Vth;vCEvBE;（典型值vCES0.3V，vBE0.7V）2)iC达饱和，iC与iB不是倍的关系，iCiB在饱和区内，由于集电结正偏，空间电荷区变窄，集电结收集电子的能力减弱，故即使iB增加，iC也基本不变；但iC随vCE增加（空间电荷区变宽）而迅速增大。40A60AIB=20AIB=0A80AiC(mA)1234vCE(V)36912100AvBC=vBE-vCE集电结电压：40A60AIB=20AIB=0A80AiC(mA)1234vCE(V)36912100A(3)截止区--发射结(be)反偏，集电结(bc)反偏vBEVth，vCEvBE;iB=0，iC0BJT状态的判断：截止:放大:饱和:vBE＜Vth;vCEvBE;iC0vBE≥Vth;vCEvBE;iC=βiBvBE≥Vth;vCEvBE;iC＜βiBbeciBiCiEvBEvCEBJT是电流控制器件,共射接法时可通过控制iB实现BJT在三个状态之间的转换.在模拟电路中,BJT一般工作在放大区.在数字电路中,BJT一般工作在截止区和饱和区.beciBiCiEvBEvCEBJT的参数是用来表明其性能的优劣和电流、电压工作范围的。它可作为我们在设计电路时选用BJT的依据。4.1.4BJT的主要参数交直流电流放大系数：极限参数：ICM，V（BR）CEO，PCM极间反向电流参数：，，，ICBO，ICEO40A60AIB=20AIB=0A80AiC(mA)1234vCE(V)36912100A(1)共发射极直流电流放大系数=IC/IBvCE=constIBICvCE=6V40A60AIB=20AIB=0A80AiC(mA)1234vCE(V)36912100AiBiC(2)共发射极交流电流放大系数=iC/iBvCE=constvCE=6V(3)共基极直流电流放大系数=IC/IE(4)共基极交流电流放大系数αα=iC/iEVCB=const(5)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。一般，≈、≈，可以不加区分。(6)集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO=（1+）ICBO--基极开路时，由集电区穿过基区流向发射区的反向饱和电流。选用BJT时要选择ICBO、ICEO尽可能小，、不要过大的管子。硅管的ICBO和ICEO比锗管小，所以硅管的温度稳定性比锗管好。40A60AIB=20AIB=0A80AiC(mA)12