电路与模拟电子技术ppt 第5章晶体三极管及其基本放大电路

第5章晶体三极管及其基本放大电路又称半导体三极管、双极性晶体管，或简称晶体管。(BipolarJunctionTransistor)三极管的外形如下图所示。三极管有两种类型：NPN型和PNP型。主要以NPN型为例进行讨论。图5.1.1三极管的外形X：低频小功率管D：低频大功率管G：高频小功率管A：高频大功率管5.1晶体三极管5.1.1晶体管的结构及其类型常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图5.1.3a三极管的结构(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe发射极，b基极，c集电极。发射区集电区基区基区发射区集电区图5.3.1(b)三极管结构示意图和符号NPN型ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极c基极b发射极eNNP集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极bcbe符号NNPPN图5.3.1(b)三极管结构示意图和符号(b)PNP三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP1.发射区高掺杂。2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。3.集电结面积大。晶体管的种类•按结构工艺分类，有NPN和PNP型；•按制造材料分类，有锗管和硅管；•按照工作频率分类，有低频管和高频管；•按照容许耗散功率大小分类，有小功率管和大功率管。NPN型晶体管的电流关系5.1.2晶体管的电流分配与放大作用三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。becRcRb一、晶体管内部载流子的运动IEIB1.发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流IE2.扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流Ib3.集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流Ic晶体管内部载流子的运动二、晶体管的电流分配关系IE=IC+IB三、晶体管的共射电流放大系数BCII共射交流电流放大系数:BCΔΔII为不太大的情况下，可认在Bi【例5.1.1】一个晶体管的发射极电流为12.1mA，集电极电流为12.0mA，晶体管的是多少？解求基极电流BEC12.112.00.1(mA)IIICB12(mA)1200.1(mA)II实际中晶体管的值变化很大，不同型号的晶体管的值相差很远，从几十到几百；相同型号的晶体管也有不同的值。一、输入特性输入回路输出回路常数CE)(BEBuufi5.1.3晶体管的共射特性曲线uCE=0VuBE/V0CEu(1)与二极管特性相似BEuBiO0CEuV1CEu导通电压UBE(on)硅管：(0.60.8)V锗管：(0.20.3)V取0.7V取0.2V0CEu特性右移(因集电结开始吸引电子)(2)V1CEu特性基本重合(电流分配关系确定)(3)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。二、输出特性曲线常数B)(CECiufiiC/mAuCE/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843211.截止区：发射结电压小于开启电压，集电结反偏。IB=0IC=ICEO0条件：两个结反偏截止区ICEOiC/mAuCE/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843212.放大区：BCII放大区截止区条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔ICEOiC/mAuCE/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843213.饱和区：uCEuBEuCB=uCEuBE0条件：两个结正偏特点：ICIB临界饱和时：uCE=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(锗管)放大区截止区饱和区ICEO模拟电路中，放大状态数字电路或开关电路：饱和截止状态1．电流放大系数（1）共射直流电流放大系数（2）共射交流电流放大系数5.1.4晶体管的主要参数BCII（1）共射直流电流放大系数（2）共射交流电流放大系数BCΔΔII例5.1.2见课本2．极间反向电流（1）集电极-基极反向饱和电流ICBO（2）集电极-发射极反向饱和电流ICEOICEO=（1+）ICBO3．极限参数（1）集电极最大容许电流ICM（2）集电极最大容许耗散功率PCMiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区（1）ICM—集电极最大允许电流，超过时值明显降低。（2）PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iCuCE（3）U(BR)CEO—基极开路时C、E极间反向击穿电压。5.2放大电路的组成和工作原理5.2.1放大电路概述放大电路的功能是将微弱的电信号不失真放大到所需要的数值，从而使电子设备的终端执行器件工作。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：uiuoAu放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。放大电路放大的本质是能量的控制和转换。放大电路的结构示意图信号源：待放大的输入信号负载：经过放大的较强的信号输出到终端执行器件放大器：不可能产生能量，作用：能量的控制和转换共发射极基本放大电路5.2.2基本共射极放大电路组成原则：1、放大器工作在放大状态2、放大的信号通路应畅通VT：NPN型三极管，为放大元件；VCC：为输出信号提供能量；并保证集电结反偏。RC：当iC通过Rc，将电流的变化转化为集电极电压的变化，传送到电路的输出端；VBB、Rb：为发射结提供正向偏置电压，提供静态基极电流(静态基流)。C1、C2：耦合电容，隔直通交。放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、ICQ和UCEQ→△uCE（-△iC×Rc）iU→△uBE→△iB→△iC（△iB）电压放大倍数：→oU-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCEBE+△UIUB+△IIC+△U+△CEUOiouUUABCE以右图为例介绍电路的放大原理：若设置了适当静态工作点IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQ-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCEBE+△UIUB+△IIC+△U+△CEUOceCEQCEcCQCbBQBbeBEQBEuUuiIiiIiuUu符号说明基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的。各电压、电流的波形基本共射极放大电路的简化：习题•5.1•5.2•5.45.3放大电路的分析放大电路可分为静态和动态两种情况来分析。静态是当放大电路没有输入信号时的工作状态；主要是确定电路的静态工作点。动态则是有输入信号时的工作状态；确定放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。画交流通路的原则：1.固定不变的电压源都视为短路。2.固定不变的电流源都视为开路。3.大电容对交流信号短路。画直流通路的原则：1.信号源都视为短路，但保留内阻。2.电容视为开路。3.电感线圈视为短路。5.3.1静态分析•用放大电路的直流通路计算静态值•用图解法确定静态值静态值是直流量，故可用放大电路的直流通路（直流流过的路径）来分析计算。静态时的基极电流为CCBEQBQbVUIRCEQCCCQcUVIRICQ=IBQ用放大电路的直流通路计算静态值例5.3.1见课本•（1）画出直流通路•（2）利用输入特性曲线来确定IBQ和UBEQ•（3）利用输出特性曲线确定ICQ和UCEQuCE=VCC-iCRc用图解法确定静态值bBBBBERiVu利用图解法求静态工作点5.3.2动态分析•微变等效电路法晶体管的微变等效电路模型放大电路的微变等效电路放大电路交流性能指标的计算•图解法（1）晶体管的微变等效电路模型晶体管及其等效电路EQTbb'eb'bb'bbebe)1(IUrrrIUr在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！（2）放大电路的微变等效电路画交流通路的原则：1.固定不变的电压源都视为短路。2.固定不变的电流源都视为开路。3.大电容对交流信号短路。（3）放大电路交流性能指标的计算电路动态参数的分析就是求解电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。放大倍数：表示放大器的放大能力根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。（1）电压放大倍数为:Auu=UO/UI（重点）（2）电流放大倍数为:Aii=IO/II（4）互导放大倍数为:Aiu=IO/UI（3）互阻放大倍数为:Aui=UO/II本书重点研究电压放大倍数Auu输入电阻Ri输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuIi~USUiRi=Ui/Ii一般来说，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，Ri越大，ui就越接近uS。输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。LS0oooRUIUR输入端正弦电压，分别测量空载和输出端接负载RL的输出电压、。oUiUoULooo)1(RUUR输出电阻愈小，带载能力愈强。LoLooRRRUU)()(bebbbebiirRIrRIUccoRIUbebciorRRUUAubebiiirRIURcoRR放大电路的交流等效电路以共射极放大电路为例：阻容耦合共射放大电路的动态分析电路动态参数的分析就是求解电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。解题的方法是：作出h参数的交流等效电路共射极放大电路RbviRcRLiVbIcIOVbI根据RbviRcRLiVbIcIOVbIbebirIVbcII)//(LccORRIV则电压增益为beLcbebLcbbebLcciO)//()//()//(rRRrIRRIrIRRIVVAV（可作为公式）1.求电压放大倍数（电压增益）2.求输入电阻RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIbebiii//rRIVR3.求输出电阻RbRcRLiVbIcIOVbIRo令0iV0bI0bIRo=Rc所以LS0oooRUIUR4.当信号源有内阻时：Ri为放大电路的输入电阻求＝Ui.UO.Ui.Us.解（1）求Q点，作直流通路VRIVUmAIβIuAKRUVI424124)40(10040300)7.0(12cCCCCEBCbBECCB（1）试求该电路的静态工作点；（2）画出简化的小信号等效电路；（3）求该电路的电压增益AV，输出电阻Ro、输入电阻Ri。例如图，已知BJT的β=100，UBE=-0.7V。IBICUCE2.画出小信号等效电路3.求电压增益)mA()mV(26)1(200EQbeIr＝200+（1+100）26/4=865欧RbviRcRLiVbIcIOVbIUiUo6.155)//()//()//(beLcbebLcbbebLcciOrRRrIRRIrIRRIUUAV4.求输入电阻5.求输出电阻Ro=Rc=2KRbRcRLiVbIcIOVbIRiiIUiUo865//bebiiirRIUR等效电路法的步骤(归纳)1.首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点Q。2.求出静态工作点处的微变等效电路参数和rbe。3.画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交流通路。4.列出电路方程并求解。符号为“－”。反相，与给定uuAuuuuAuuiiuIOIOOCECBI)(2.图解法图解法能直观的显示输入信号作用下