电子技术(模拟部分)刘颖主编-3-晶体三极管及放大电路

1.绪论2.二极管及其典型应用3.晶体三极管及其放大电路4.场效应管及其放大电路5.级联放大电路6.集成运放及其典型应用7.负反馈放大电路8.典型功能电路设计及仿真调试课程主要内容问题：1.为什么三极管可以用于放大信号？2.三极管基本放大电路有哪三种？各有什么特点？3.级联放大电路的特性如何分析？第三章晶体三极管及其放大电路3.1晶体三极管结构及其特性3.2三极管放大电路工作原理3.3共射组态放大电路静态（直流）分析方法3.4共射组态放大电路动态（交流）分析方法3.5共集组态放大电路分析3.6共基组态放大电路分析3.7三种组态放大电路比较3.8差分放大电路3.9功率放大电路3.10常用三极管元件介绍3.1晶体三极管结构及其特性一、三极管结构及符号二、三极管的电流放大原理三、三极管的输入输出特性四、三极管的主要特性参数五、温度对三极管特性及参数的影响3.1晶体三极管结构及其特性双极结型晶体管（BipolorJunctionTransistorBJT)BJT特点：有三个引出电极，所以双极结型晶体管BJT也称为晶体三极管或简称晶体管或三极管。三极管符号三极管结构示意一、三极管结构及符号三极管的结构E-B间的PN结称为发射结(Je)C-B间的PN结成为集电结(Jc)从结构上看主要有两种类型：NPN型PNP型发射区集电区基区发射极E基极B集电极C发射极E基极B集电极C发射区基区集电区发射结集电结发射结箭头代表发射结正偏电流的方向。三极管结构小结：1.由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个PN结。2.发射区掺杂浓度比集电区高得多。3.基区掺杂低,且很薄。BECBEC发射极E基极B集电极C发射区基区集电区发射结集电结二、三极管的电流放大原理三极管各区的作用发射区向基区提供载流子基区传送和控制载流子集电区收集载流子三极管工作在放大区是外部电压偏置条件发射结加正向电压，即发射结正偏集电结加反向电压，即集电结反偏注意：三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压才能起放大作用。NPNEBCIEIBICNPN管的工作原理发射结：发射结正偏，发射区向基区扩散自由电子形成发射极电子电流IEn；其中少数电子在基区复合，形成了基区复合电流IBn，其余电子扩散到集电区；基区中的多子-空穴也向发射区注入，形成了空穴电流IEp。IB=IBn＋IEp－ICBOIC=ICn＋ICBOIE=IEn＋IEp集电结：集电结反偏，发射区的大部分自由电子扩散到集电区，在集电结电场的作用下，被集电极收集形成集电极电子电流ICn。同时集电结反偏，集电区少子-空穴、基区少子-自由电子在电场的作用下形成了集电结的反向饱和电流ICBO。ICBOIEpIE=IB＋ICIEn=IBn＋ICnIBnICnIEnPNPebcIEIBICPNP管的工作原理发射结：发射结正偏，发射区向基区扩散空穴形成发射极空穴电流IEp；其中少数空穴在基区复合，形成了基区复合电流IBp，其余空穴扩散到集电区；基区中的多子-电子也向发射区注入，形成了电子电流IEn。IB=IBp＋IEn－ICBOIC=ICp＋ICBOIE=IEp＋IEn集电结：发射区的大部分空穴扩散到集电区，在集电结电场的作用下，被集电极收集形成集电极空穴电流ICp。同时集电结反偏，集电区少子-电子、基区少子-空穴在电场的作用下形成集电结的反向饱和电流ICBO。ICBOIEnIE=IB＋ICIEp=IBp＋ICpIBpICpIEp1）共基CB组态直流放大系数定义：以发射极电流作为输入电流，以集电极电流作为输出电流时，共基组态的直流放大系数定义为CnEII的数值一般在0.9~0.99之间。说明：从发射区注入的载流子绝大部分到达集电区，只有一小部分在基区复合。CCnCBOECBOCCBOCEIIIIIIIII如果NPNebcIEIBICICBOIEpIBnICnIEn2）共射CE组态直流放大系数定义CnBnEpIIICnCnCnEECnBnEp1IIIIIIIIEBECRbRcIBICIEECEB输出电流输入电流RbRcNPNbcIEIBICICBOIEpIBnICnIEnECEBeNPNebcIEIBICICBOIEpIBnICnIEnECEBECEBRbRcCCnCBOECBOEBCCBOCBBCBO111IIIαIIIIIIαIIαII当IB=0时，CCBOCEO1IIIICEO穿透电流若IBICBO，IIIIICnCnBnEpE,1CBIIRbRcNPNbcIEIBICICBOIEpIBnICnIEnECEBe3）共集CC组态直流放大系数1ECBBCBOBBCEO11IIIIIIIIBCEOEB11当有IIIIEBCCECBOCBCBOBCEO1IIIIαIIIIIIIICEO穿透电流小结：IIIαICBCEIIIαICBCECEOCBO1II重要！EBECRbRcibicie+-UiUo共基交流电流放大系数共射交流电流放大系数共射电路的交流电压放大倍数CBCcEUIICECcBUIIoUiUAU三、三极管的输入输出特性三极管的特性指管子各电极的电压与电流的关系曲线。Ib是输入电流，Ube是输入电压，加在B、E两电极之间。IC是输出电流，Uce是输出电压，从C、E两电极取出。输入特性曲线:Ib=f(Ube)Uce=C输出特性曲线:IC=f(Uce)Ib=C共发射极接法三极管的特性曲线EBECRbRcIbIcIe+-UiUo特性曲线三极管输入特性曲线1.Uce=0V时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏，实际上是两个二极管并联的正向特性曲线。2.当Uce≥1V时,Ucb=Uce-Ube0，集电结已进入反偏状态，开始收集载流子，且基区复合减少，特性曲线将向右稍微移动一些,IC/IB增大。但Uce再增加时，曲线右移很不明显。通常只画一条。输入特性曲线分三个区②非线性区①死区③线性区①②③正常工作区，发射极正偏NPNSi:Ube=0.6~0.7VPNPGe:Ube=0.2~0.3VIb=f(Ube)Uce=CEBECRbRcIbIcIe+-UiUo三极管输出特性曲线饱和区:(1)IC受UCE显著控制的区域，该区域内UCE的数值较小，一般Uce＜0.7V(硅管)。特点：发射结正偏，集电结正偏(2)临界饱和时Uces=0.3V左右截止区：——IB=0的曲线的下方的区域IB=0IC=ICEONPN：UBE0.5V,管子就处于截止态特点：发射结反偏，集电结反偏。输出特性曲线可以分为三个区域:NPNEBCIEIBICICBOIEpIBnICnIEnECEBRbRcBCCEICIfUIB=IB=放大区—IC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距。(1)发射结正偏，集电结反偏，电压UBE大于0.7V左右(硅管)。(2)IC=.IB，即IC主要受IB的控制。(3)≈判断三极管工作状态的依据：饱和区:发射结正偏，集电结正偏截止区：发射结反偏，集电结反偏反偏：UBE0.5V（Si)UBE0.2V（Ge)放大区:发射结正偏，集电结反偏。T1RcVccRbiCiBiE三极管的四种工作状态：饱和工作状态:发射结正偏，集电结正偏截止工作状态：发射结反偏，集电结反偏放大工作状态:发射结正偏，集电结反偏反向工作状态：发射结反偏，集电结正偏重要！四、三极管的主要特性参数1.直流参数共基直流电流放大系数ECII共射直流电流放大系数CBII极间反向饱和电流ICBO、ICEO和IEBO集电极-基极间反向饱和电流ICBOICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。Ge管：A量级Si管：nA量级NPNebcIEIBICICBOIEpIBnICnIEn集电极-发射极间的穿透电流ICEOICEO和ICBO有如下关系ICEO=（1+）ICBO相当基极开路时，集电极和发射极间的穿透电流。NPNebcIEIBICICBOIEpIBnICnIEn2.交流参数共基交流电流放大系数共射交流电流放大系数cbΔΔceUCIIcbceΔΔUCII特征频率fT随着频率增加而下降为1时对应的频率。发射极-基射间的穿透电流IEBO集电极最大允许电流ICM当集电极电流增加时，就要下降，当值下降到线性放大区值的2/3时所对应的最大集电极电流。3.极限参数当Ic＞ICM时，并不表示三极管会损坏。只是管子的放大倍数降低。集电极最大允许耗散功率（损耗功率）PCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICUCB因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用UCE取代UCB，PCM≈ICUCE。晶体管的安全工作区UCEO,BUCE/VPCM≈ICUCE温度↑发射结导通压降UBE↓集电极反向饱和电流ICBO↑电流放大倍数β↑集电极-发射极穿透电流ICEO↑重要！五、温度对三极管特性及参数的影响3.2三极管放大电路工作原理一、基本放大电路的组成二、放大电路工作原理一、三极管放大电路的组成1.三极管的三种组态双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态.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；3.2三极管放大电路工作原理uouiVCC2.基本放大电路组成–三极管T：核心元件，起放大作用。–负载电阻RC、RL：将变化的集电极电流转换为电压输出–偏置电路VCC、Rb、RC：使三极管有一个合适的静态工作点（发射结正偏、集电结反偏），让三极管工作在线性放大区。–耦合电容C1、C2：起隔直作用;对交流起耦合的作用。ECRcUi+-Uo+-RbEb简化：1.两个电源用一个,去掉Eb,Rb改接由VCC供电。2.公共端接地，设其电位为0，其他各点电位以它做参考点。因此可不画VCC,只标出极性和大小。UoUiVCC共射放大电路3．放大电路的组成原则（1）必须满足三极管放大的条件，即发射结正偏、集电结反偏。（2）输入信号在放大传递过程中，损耗要小，即放大传输效率高。（3）三极管放大电路具有合适的静态工作点。uouiVCC二、放大电路工作原理T1Rc+uBE-RB1+uo-RLRs+us-CiCoiCiBuC+-VCCRB2RCRLC2VCC+us-+uo-RSRB1CEC1+++RE放大电路1放大电路21.典型共射组态放大电路2.直流通路和交流通路1）.直流通路：能通过直流信号的通道。问题：如何画直流通路？将电路中的耦合电容和旁路电容开路、电感短路，即可得到。uouiVCCVCCIBQICQUBEQUCEQQ是英文quiescent的字头2）.交流通路：能通过交流信号的通道。（1）将放大电路中电容视作短路；交流通路的画法：（2）直流电源电阻很小，对交流可视作短路。uouiVCCuouiiiicib35/1603.放大原理uBE/ViBE/μAUBEQIBQibmuimttQIB1IB2ibuiT1RC+Vcc+uBE-RB1+uo-RLRs+us-CiCoiCiBuC+-+ui-符号表示习惯直流分量：大写字母、大写下标，如IB。交流分量：小写字母、小写下标，如ib。交直流叠加量：小写字母、大写下标，如iB。复数量：大写字母、小写下标，如Ui。请记住！uiuBEUBEQtuCEUCEQuouBE=UBEQ+uiiB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=ICQ+ibuCE=UCEQ-ic(RC//RL)uO=-ic(RC//RL)T1Rc+Vcc+uBE-RB1+uo-RLRs+us-CiCoiCiBuC+