电子技术基础(第五版)康华光04半导体三极管及放大电路

14.1双极结型三极管（BJT）4.2共射极放大电路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共集电极电路和共基极电路4.6组合放大电路4.7放大电路的频率响应24.1.1BJT的结构简介4.1双极结型三极管（BJT）4.1.2BJT的电流分配与放大原理4.1.3BJT的特性曲线4.1.4BJT的主要参数3从外形可看出，其共同特征就是具有三个电极，习惯上称为“晶体三极管”，简称晶体管或三极管。4.1.1BJT的结构简介4CETBIBIEICETCBIBIEIC根据结构不同，BJT有两种类型:NPN型和PNP型。发射区发射极Emitter基区基极Base集电区集电极Collector发射结(Je)集电结(Jc)发射区发射极基区基极集电区集电极发射结(Je)集电结(Jc)表示符号5基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：面积小，掺杂浓度最高，多子数量多发射结集电结BECNNP基极发射极集电极集电区：面积最大，掺杂浓度次于发射区而高于基区结构特点：三层两结64.1.2BJT的电流分配与放大原理发射结正偏、集电结反偏从电位的角度看：NPN型VBVEVCVBPNP型VBVEVCVB发射区：发射载流子基区：传送和控制载流子集电区：收集载流子三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。BECNNPEBRBECRCIBIEIC共发射极输入回路（控制回路）12输出回路（工作回路）71.内部载流子的传输过程BECNNPEBRBECIEIBNICNICBO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，形成扩散电流IEN。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。从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICN。集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。IBIC双极结型晶体管或BJT(BipolarJunctionTransistor)IEN8BECNNPEBRBECIEIBNICNICBOICIBBNCNII定义2.电流分配关系根据传输过程可知IC=ICN+ICBOIB=IBN–ICBOIE≈IEN=IBN+ICN=IB+IC为共射极直流电流放大系数，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，值范围：20~10019根据传输过程可知IC=ICN+ICBOIB=IBN-ICBOIE=IB+ICBNCNII定义CBOBCBOC-IIII则有CBOBC)1(IIIBCCEOCIIII时，当BCEOCIII则　（穿透电流）令　ＥＯCBOC)1(IIBECNNPEBRBECIEIBNICNICBOICIBIC=βIB10ECNII令通常ICICBOECII则有根据传输过程可知IC=ICN+ICBOIB=IBN-ICBOIE=IB+IC共基极ECBOCIII则有为共基极直流电流放大系数，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=0.90.99113.BJT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12+-bceRL1k共射极放大电路RbVBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iBvI=20mV设若则电压放大倍数5020mVV1IOVvvAiB=20uAvO=-iC•RL=-1V，=50mA1BCii使4.BJT的电流放大作用13我们把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称为晶体管的电流放大作用。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。三极管的电流放大作用144.1BJT1.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？15特性曲线即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：1）直观地分析管子的工作状态2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的输入特性曲线和输出特性曲线。4.1.3BJT的特性曲线16vCE≥1VvCE=0V80604020vBE/ViB/AO0.40.8iC＋vCE－＋vBE－iBBEC特点:PN结的伏安特性，非线性iB=f(vBE)vCE=const1.输入特性曲线※硅管：VBE0.7V锗管：VBE0.2V17放大区iC/mA4321369vCE/VOiB=020A40A60A80A100AiC＋vCE－＋vBE－iBBEC(1)放大区在放大区iC只与iB有关，也称为线性区。发射结正偏、集电结反偏，晶体管工作于放大状态。iC=f(vCE)iB=const2.输出特性曲线VCVBVE，iC=iB18放大区iC/mA4321369vCE/VOiB=020A40A60A80A100A饱和区iC＋uCE－＋uBE－iBBEC(2)饱和区vCEvBE，iCiB发射结正偏、集电结正偏，晶体管工作于饱和状态。深度饱和时，硅管VCES0.3V，锗管VCES0.1V。iC=f(vCE)iB=const2.输出特性曲线19放大区iC/mA4321369vCE/VOiB=020A40A60A80A100A截止区iC＋uCE－＋uBE－iBBEC(3)截止区vBE死区电压iB≤0，iC=ICEO0发射结反偏、集电结反偏，晶体管工作于截止状态。iC=f(vCE)iB=const2.输出特性曲线20例：电路如图所示，=50，VCC=12V，RB=70k，RC=6k，试判断当VBB分别为-2V，2V，5V时，晶体管的工作状态？解:(1)VBB=-2V时，发射结反偏，集电结反偏晶体管处于截止状态IB=0，IC=0。ICVCEIBVCCRBVBBCBERCVBE21(2)VBB=2V时，发射结正偏IB=(VBB–VBE)/RB≈VBB/RB=2/70=0.028mA假设晶体管处于放大状态，则IC=IB=500.028=1.4mAVCE=VCC－RCIC=(12－6×1.4)V=3.6V0假设成立，晶体管处于放大状态。例：电路如图所示，=50，VCC=12V，RB=70k，RC=6k，试判断当VBB分别为-2V，2V，5V时，晶体管的工作状态？ICVCEIBVCCRBVBBCBERCVBE22(3)VBB=5V，发射结正偏IB≈VBB/RB=5/70=0.071mA假设晶体管处于放大状态，则IC=IB=500.071=3.57mAVCE=VCC－RCIC=(12－6×3.57)V=-9.420假设不成立，晶体管处于饱和状态IC为其最大饱和电流IC=ICS≈VCC/RC=(12-0)/6=2mA例：电路如图所示，=50，VCC=12V，RB=70k，RC=6k，试判断当VBB分别为-2V，2V，5V时，晶体管的工作状态？ICVCEIBVCCRBVBBCBERCVBE23课后思考题:电路如图所示，VCC=15V，VBB1=5V，VBB2=1.5V，RB1=500k，RB2=50k，RC=5k，晶体管的=100，求开关S合向a、b、c时的IB、IC和VCE，并指出晶体管的工作状态（忽略VBE、VCES）。VBB1SBCERCVCCRB1VBB2RB2abc244.1.4BJT的主要参数(1)共发射极直流电流放大系数ＢＣＢＣＥＯＣIIIII1.电流放大系数25(2)共发射极交流电流放大系数ＢＣii和的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICEO较小的情况下，两者数值接近。26例：在VCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。1)求Q1点的直流电流放大系数；2)求交流放大系数。5.37=04.05.1==BCIIβ4004.0-06.05.1-3.2ΔΔBCii在以后的计算中，一般作近似处理：=。βiB=020A40A60A80A100A36iC(mA)1234vCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得27(3)共基极直流电流放大系数(4)共基极交流电流放大系数当ICBO很小时，≈，可以不加区分。ＥＣＢＯＣIIIＥＣii282.极间反向电流(1)集电极－基极反向饱和电流ICBO+bce-uAIe=0VCCICBO发射极开路时，集电结的反向饱和电流ICBO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29(2)集电极－发射极反向饱和电流ICEO+bce-VCCICEOuAICEOCBOC)1(IIＥＯICEO也称为集电极发射极间穿透电流30(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗PCMPC=ICVCE≤PCM3.极限参数集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的30～70％时的集电极电流即为ICM。PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会导致管子性能变差或烧毁。31(3)反向击穿电压V(BR)EBO——集电极开路时的发射结反向击穿电压。V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO32由PCM、ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。4321369ICVCEO放大区截止区饱和区过损耗区安全工作区V(BR)CEOICMPCM功耗曲线33温度对晶体管参数及特性的影响1、温度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管优于锗管。2、温度每升高1C，ＶBE将减小(2~2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。3、温度每升高1C，增加0.5%~1.0%。4、温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。34放大电路的作用：将微弱的电信号放大成较大的信号。实例：扩音器、热电偶测温电路按信号波形的不同,放大电路可分交流放大电路和直流放大电路。对放大电路的基本要求：1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。2.尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻等其它技术指标。4.2基本共发射极放大电路354.2基本共发射极放大电路电路组成简化电路及习惯画法工作原理放大电路的静态和动态放大电路的组成原则361.电路组成基本共发射极放大电路VCCRBVBBRCC1C2T++vi+–vo+–晶体管T——放大元件，要保证Je正偏，Jc反偏，使晶体管工作在放大区，则有iC=iB。基极电源VBB与基极电阻RB——使Je正偏，并提供大小适当的基极电流IB。（偏置电路）37共发射极基本放大电路VCCRBVBBRCC1C2T++vi+–vo+–集电极电源VCC——使Jc反偏，并为电路提供能量。集电极电阻RC——将电流的变化转变为电压的变化。耦合电容C1、C2——隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使交流信号顺利输入、输出。38VCCRBVBBRCC1C2T++vi+–vo+–VCCRBRCC1C2T++vivoVCCRBRCC1C2T++vi+–vo+–2.简化电路及习惯画法39小写字母、大写下标表示总量（含交、直流）。如，vCE、iB等。大写字母、大写下标表示直流量。如，VCE、IC等。小写字母、小写下标表示纯交流量。如，vce、i