西安交大模电PPT

上页下页后退模拟电子技术基础2半导体三极管及放大电路基础2.1半导体三极管2.2共射极放大电路的组成和工作原理2.3放大电路的静态分析2.4放大电路的动态分析2.5静态工作点的选择和稳定2.6共集电极和共基极放大电路2.7多级放大电路2.8放大电路的频率特性上页下页后退模拟电子技术基础2半导体三极管及放大电路基础2.1半导体三极管半导体三极管又称简称晶体管。半导体三极管的放大作用和开关作用，促使了电子技术的的跃。上页下页后退模拟电子技术基础半导体三极管图片上页下页后退模拟电子技术基础上页下页后退模拟电子技术基础2.1.1半导体三极管的结构1.NPN型三极管结构示意图和符号（2）根据使用的半导体材料分:硅管和锗管（1）根据结构分:NPN型和PNP型三极管的主要类型上页下页后退模拟电子技术基础NN+P发射区集电区基区发射极E(e)集电极C(c)发射结Je集电结Jc基极B(b)上页下页后退模拟电子技术基础NPN型三极管符号B(b)E(e)TC(c)NN+P发射区集电区基区发射极E(e)集电极C(c)发射结Je集电结Jc基极B(b)上页下页后退模拟电子技术基础2、PNP型三极管结构示意图和符号PNP型三极管符号B(b)E(e)TC(c)E(e)发射区集电区基区PP+NC(c)B(b)JeJc上页下页后退模拟电子技术基础（1）发射区小，掺杂浓度大。3、三极管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）：（2）集电区掺杂浓度低，集电结面积大。（3）基区掺杂浓度很低，且很薄。NN+P发射区集电区基区EBC上页下页后退模拟电子技术基础2.1.2三极管工作原理（以NPN型管为例）依据两个PN结的偏置情况放大状态饱和状态截止状态倒置状态晶体管的工作状态上页下页后退模拟电子技术基础1．发射结正向偏置、集电结反向偏置—放大状态原理图电路图ERCREICIBEUCBUBICCVEEVTEEVERCCVCRCIcNNPBEUCBUEIbeBI+–+–上页下页后退模拟电子技术基础(1)电流关系a.发射区向基区扩散电子形成发射极电流IE。发射区向基区扩散电子EEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe称扩散到基区的发射区多子为非平衡少子上页下页后退模拟电子技术基础基区向发射区扩散空穴基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散电子形成空穴电流。EEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页后退模拟电子技术基础因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流忽略不记。基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散电子EEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页后退模拟电子技术基础b.基区电子扩散和复合非平衡少子在基区复合，形成基极电流IBIB非平衡少子向集电结扩散EEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页后退模拟电子技术基础非平衡少子到达集电区IBC.集电区收集从发射区扩散过来的电子IC形成集电极电流ICEEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页后退模拟电子技术基础形成反向饱和电流ICBO集电区、基区少子相互漂移少子相互漂移ICBOICIBEEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbe上页下页后退模拟电子技术基础三极管的电流分配关系动画演示上页下页后退模拟电子技术基础0ECCBOIII发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。定义基极是两个回路的公共端，称三极管这种接法为共基极接法。称为共基极直流电流放大系数输入回路输出回路EIERCRCIBEUCBUBICCVEEVT理解为电流分配关系则发射100个电子，扩散了99个，复合1个99.0上页下页后退模拟电子技术基础各电极电流之间的关系CBOECIIIIE=IC+IBCBOEB)1(IIIEEVERCCVCRcNNPBEUCBUEIbeIBICICBO上页下页后退模拟电子技术基础晶体管共射极接法原理图电路图TCICEUCRCCVEIBBVBRBEUBIBBVBRCCVCRcNNPBEUCEUEIbeIBICICBO上页下页后退模拟电子技术基础0BCCBOIII定义为三极管共射极直流电流放大系数BBVBRCCVCRcNNPBEUCEUEIbeIBICICBO上页下页后退模拟电子技术基础995.0~95.0200~201得1或的关系式由BCEIII由及的定义与上页下页后退模拟电子技术基础如果△UBE0，那么△IB0，△IC0，△IE0当输入回路电压U'BE=UBE+△UBE那么I'B=IB+△IBI'C=IC+△ICI'E=IE+△IE如果△UBE0，那么△IB0，△IC0，△IE0BBVBRCCVCRcNNPBEUCEUEIbeIBICICBO上页下页后退模拟电子技术基础共基极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数ECIIBCII定义与的关系11，一般可以认为：上页下页后退模拟电子技术基础符号的意义•电流：IBibIbiB（一个下标）•电压：UBEubeUbeuBE（二个下标）•直流交流交流交流＋瞬时值有效值直流上页下页后退模拟电子技术基础uBE=ube+UBE(2)放大原理设输入信号ui=UimSinωtV那么iB=ib+IBiC=ic+ICuCE=uce+UCEuce=-icRC其中UCE=VCC-ICRC放大电路TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE上页下页后退模拟电子技术基础a.在RC两端有一个较大的交流分量可供输出。uce=-icRCuCE=uce+UCE由可知ui→ib→ic→icRcb.交流信号的传递过程TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE上页下页后退模拟电子技术基础•晶体管放大的条件：•内部条件：发射区掺杂浓度高，面积小；基区掺杂浓度低且很薄；集电区掺杂浓度低，面积大。•外部条件：发射结正偏，集电结反偏上页下页后退模拟电子技术基础2．发射结正向偏置、集电结正向偏置—饱和状态（2）IC≠IB，IB失去了对IC的控制。（1）UCB(=UCE-UBE)≤0。集电结零偏或正偏饱和状态的特点（3)集电极饱和电压降UCES较小小功率硅管0.3~0.5V。TCICEUCRCCVEIBBVBRBEUBI上页下页后退模拟电子技术基础（5）UCE对IC的影响大，当UCE增大，IC将随之增加。当UCE增大使集电结从正偏往零偏变化过程中，UCE越大，到达集电区的非平衡少子就越多，Ic将随着UCE增大而增加。（4）饱和时集电极电流CCESCCCS/)(RUVITCICEUCRCCVEIBBVBRBEUBI上页下页后退模拟电子技术基础（2）IC=ICBO，IB=－ICBO3．发射结反向偏置、集电结反向偏置—截止状态截止状态的特点：（1）UBE小于死区电压。TCICEUCRCCVEIBBVBRBEUBI上页下页后退模拟电子技术基础4．发射结反向偏置、集电结正向偏置—倒置状态（1）集电区扩散到基区的多子较少。特点:（2）发射区收集基区的非平衡少数载流子的能力小。（3）电流放大系数很小。TCICEUCRCCVEIBBVBRBEUBI上页下页后退模拟电子技术基础总结放大饱和截止倒置发射结正正反反集电结反正反正B(b)E(e)TC(c)上页下页后退模拟电子技术基础放大状态下晶体管各极电位关系•NPN管：UCUBUE•PNP管：UCUBUEB(b)E(e)TC(c)B(b)E(e)TC(c)上页下页后退模拟电子技术基础2.1.3半导体三极管共射极接法的伏安特性曲线1．共射极输入特性一定CE)(BEBUufi4.08.0μABi0CEu1CEuVBEu0共射极输入特性三极管共射极接法BiBEuCiCEuEi上页下页后退模拟电子技术基础(1)输入特性是非线性的，有死区。(2)当uBE不变，uCE从零增大，iB减小。输入特性的特点：(3)当uCE≥1V，输入特性曲线几乎重合在一起，uCE对输入特性几乎无影响。4.08.0μABi0CEu1CEuVBEu0上页下页后退模拟电子技术基础一定B)(CECIufi2．共射极输出特性输出特性曲线饱和区截止区放大区BiBEuCiCEuEiiiB=20μA04060801002468/VuCE01234C/mA上页下页后退模拟电子技术基础各区的特点：（1）饱和区a.UCE≤UBEb.IC＜βIBc.UCE增大，IC增大。饱和区iiB=20μA04060801002468/VuCE01234C/mA上页下页后退模拟电子技术基础（3）截止区b.IB≈0c.IC≈0（2）放大区a.UCEUBEb.IC=βIBc.IC与UCE无关饱和区放大区iiB=20μA04060801002468/VuCE01234C/mA截止区a.UBE＜死区电压上页下页后退模拟电子技术基础NPN管与PNP型管的区别iB、uBE、iC、iE、uCE的极性二者相反PNP管电路BiBEuCiCEuEiNPN管电路BiBEuCiCEuEi上页下页后退模拟电子技术基础硅管与锗管的区别:（3）锗管的ICBO比硅管大（1）死区电压约为硅管0.5V锗管0.1V（2）导通压降|uBE|锗管0.3V硅管0.7V上页下页后退模拟电子技术基础2.1.4半导体三极管的主要电参数1.直流参数（3）发射极开路，集电极——基极间反向饱和电流ICBO（1）共基极直流电流放大系数0ECCBOIII（2）共射极直流电流放大系数0BCCBOIII（4）基极开路，集电极——发射极间反向饱和电流ICEO上页下页后退模拟电子技术基础2.交流参数（1）共基极交流电流放大系数αECiiβ值与iC的关系曲线（2）共射极交流电流放大系数βBCii常数iC0β上页下页后退模拟电子技术基础3.极限参数(4)集电极最大允许电流ICM(1)集电极开路时发射极——基极间反向击穿电压U（BR）EBO(2)发射极开路时集电极——基极间反向击穿电压U（BR）CBO(3)基极开路时集电极——发射极间反向击穿电压U（BR）CEO上页下页后退模拟电子技术基础iCuCE0U(BR)CEOICMPCM不安全区安全区(5)集电极最大允许功率耗散PCM晶体管的安全工作区等功耗线PC=PCM=uCE×iC上页下页后退模拟电子技术基础2.1.5温度对管子参数的影响1．对β的影响CT/)%1~5.0(10)CBO()CBO(002TTTTII2．对ICBO的影响3．对UBE的影响上页下页后退模拟电子技术基础判别晶体管工作状态方法•如果已知各极电位（UB、UC、UE）直接判断BCUUBE00求IB及ICS饱和放大正偏倒置反偏截止CSBIICSBIIBCU上页下页后退模拟电子技术基础思考题2.为什么晶体管基区掺杂浓度小而且做的很薄？1.晶体管的发射极和集电极是否可以调换使用？3.晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放大系数和在放大区工作时是否一样大？上页下页后退模拟电子技术基础2.2共射极放大电路的组成和工作原理2.2.1放大电路概述1．放大电路的用途:把微弱的电信号不失真地放大到负载所需的数值。应用举例放大器直流电源话筒输入喇叭输出上页下页后退模拟电子技术基础2．放大电路的主要性能指标放大器性能指标测量原理方框图被测放大电路负载正弦波信号源+−直流电源suiuouLRoRSRi0uAuoiiiiR+−++−−上页下页后退模拟电子技术基础互导放大倍数Ag·ioUIAg···ioIUAr···互阻放大倍数Ar·ioIIAi···电流放大倍数Ai·ioUUAu···电压放大倍数Au·+−直流电源suiuouLRoRSRi0uAuoiiiiR+−++−−(1)放大倍数A·上页下页后退模拟电子技术基础(2)输入电阻Rii