模擬電子電路基礎1.2課件

返回第三章、半導體三極管及放大電路基礎

§3.2共射極放大電路§3.5小信號模型分析法§3.6共集電極電路和共基極電路

§3.4圖解分析法

§3.1半導體BJT2022/12/511§3.1半導體BJT3.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡介3.1.2BJT的電流分配與放大作用3.1.3BJT的特性曲線返回3.1.3BJT的主要參數(shù)2022/12/521

§3.1半導體三極管（BJT）

一、什么是BJT？

半導體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，因此，還被稱為雙極型晶體管（簡稱BJT）。返回3.1.1BJT結(jié)構(gòu)簡介BJT通常是指通過一定工藝將兩個PN結(jié)結(jié)合在一起從而具有電流放大作用的一種器件

。

1947年誕生于美國貝爾實驗室。2022/12/531集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)三、結(jié)構(gòu)：三個區(qū)、兩個PN結(jié)、三個電極，簡稱“三、二、三”?；鶇^(qū)（B區(qū)）三個電極：發(fā)射極（Emitter）:E(e)

基極（Base）:B(b)

集電極（Collctor）:C(c)集電區(qū)（C區(qū)）E發(fā)射極B基極C集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)1．NPN

型

三個區(qū)域：

發(fā)射區(qū)（E區(qū)）兩個PN結(jié)：發(fā)射結(jié)（BE結(jié)）

集電結(jié)（CB結(jié)）E發(fā)射極B基極C集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)NPN+2.PNP型NPP+返回2022/12/551四、結(jié)構(gòu)特點：1、發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；2、集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；3、基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖2022/12/561常見BJT實物圖2022/12/571一．BJT的偏置方式：1、發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，BJT處于放大狀態(tài)2、發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)正偏，BJT處于反向應用狀態(tài)。3、二個PN結(jié)均正偏，晶體管處于飽合狀態(tài)4、二個PN結(jié)均反偏，晶體管處于截至狀態(tài)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)E發(fā)射極B基極C集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)NPN+E發(fā)射極B基極C集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)NPP+返回3.1.2BJT的電流分配與放大作用2022/12/581ECEBEBECRCbRbce●●●●

三、BJT的電流分配與放大作用1.載流子的傳輸過程：將NPNBJT接成共射極型：以射極為輸入和輸出回路的公共端即：uBE>>UT,發(fā)射結(jié)正偏→易于E區(qū)多子擴散

uCB＞0，集中結(jié)反偏→易于B區(qū)少子漂移bceiEiBiCiEPib1icn1●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●○○

○○

○○

○○

○○

○○

ieniCiEiBien=icn1+ib1iE=ien+iEP≈ienICBO=icn2+icpiEiEiEiEiCiCiCiCiBiBiBiBiC=

ICBO+icn1;iB=ib1

+iEP-ICBOicn2icp返回2022/12/5101(2)由濃度差引起基區(qū)非平衡少數(shù)載流子的擴散與復合。EBECRCbRbceib1icn1●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●○○

○○

○○

○○

○○

○○

ien返回2022/12/5121ECEBEBECRCbRbce●●●●

載流子的傳輸過程小結(jié)：將NPNBJT接成共射極型：以射極為輸入和輸出回路的公共端即：VBE>>VT,發(fā)射結(jié)正偏→易于E區(qū)多子擴散

VCB＞0，集中結(jié)反偏→易于B區(qū)少子漂移bceiEiBiCiEPib1icn1●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●○○

○○

○○

○○

○○

○○

ieniCiEiBien=icn1+ib1iE=ien+iEP≈ienICBO=icn2+icpiEiEiEiEiCiCiCiCiBiBiBiBiC=

ICBO+icn1;iB=ib1+iEP-ICBOicn2icp127345返回2022/12/5141

對于集電極電流IC和發(fā)射極電流IE之間的關系可以用系數(shù)來說明，定義:

稱為共基極直流電流放大系數(shù)。它表示最后達到集電極的電子電流ICN與總發(fā)射極電流IE的比值。ICN與IE相比，值小于1,但接近1，一般為0.98~0.999。由此可得:IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=IC+IB+ICBO2、電流分配關系：2022/12/5151在忽略ICBO情況下，IC

、IE

和IB之間的關系可近似表示為：式中：稱為共發(fā)射極接法直流電流放大倍數(shù)。2022/12/51613.共發(fā)射極BJT電流分配關系小結(jié)：（1）共發(fā)射極電流放大倍數(shù)：（2）共發(fā)射極電流分配關系：ICEO=ICBO/(1-α)=（1+）ICBO≈

ICBOBJT的穿透電流

127345返回2022/12/51713.1.3BJT的靜態(tài)特性曲線iB=iB2iB=iB3飽和區(qū)擊穿區(qū)截止區(qū)臨界飽和線uCEiCU（BR）CEOiB=-ICBOiB=iB1iB=iB4iB=iB5ib(μA)uBEU（BR）EBOICBO＋ICEOUCE=0UCE=1UCE=10127345返回2022/12/51811、共射BJT的輸入特性曲線iB(μA)uBEUCE=0UCE=1UCE=10127345返回2022/12/52011、共射BJT的輸入特性曲線ICEOU(BR)EBOib(μA)uBEUCE=0UCE=1UCE=10ICBO＋ICEO127345返回2022/12/5211EC2、共射BJT的輸出特性曲線：

ICBOiB=-ICBOU（BR）CEO擊穿區(qū)截止區(qū)uCEiCiB=iB5iB=iB4iB=iB3iB=iB2iB=iB1返回2022/12/52312、共射BJT的輸出特性曲線：iB=-ICBOU（BR）CEO擊穿區(qū)截止區(qū)uCEiCiB=iB5iB=iB4iB=iB3iB=iB2iB=iB1臨界飽和線飽和區(qū)返回2022/12/52413.1.3BJT的主要參數(shù)127345返回2022/12/5261ECEC

ICBO3.1.3BJT的主要參數(shù)ICEO127345返回2022/12/52713.1.3BJT的主要參數(shù)iB=-ICBOU（BR）CEO擊穿區(qū)截止區(qū)uCEiCiB=iB5iB=iB4iB=iB3iB=iB2iB=iB1127345返回2022/12/5281反向擊穿電壓測試時的原理電路如圖所示。BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭。幾個擊穿電壓在大小上有如下關系：

V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO2022/12/5301

4）特征頻率fT

三極管的值不僅與工作電流有關，而且與工作頻率有關。由于結(jié)電容的影響，當信號頻率增加時，三極管的將會下降。當下降到1時所對應的頻率稱為特征頻率，用fT表示。βf1fT2022/12/5311國家標準對半導體三極管的命名如下:3

D

G

110B

第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關管用字母表示材料用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管2022/12/5321§3.2共射極放大電路2022/12/53313.2.共射極放大電路

1.放大電路概念：基本放大電路一般是指由一個三極管與相應元件組成的三種基本組態(tài)放大電路。a.放大電路主要用于放大微弱信號，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，輸出信號的能量得到了加強。b.輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，經(jīng)過三極管的控制，使之轉(zhuǎn)換成信號能量，提供給負載。2022/12/53412.基本共射放大電路電路組成:(1)三極管T;(3)RC：將iC的變化轉(zhuǎn)換為vo的變化，一般幾K~幾十K。

VCE=VCC-ICRCRC，VCC同屬集電極回路。(2)VCC：為JC提供反偏電壓，一般幾

~幾十伏;(4)VBB：為發(fā)射結(jié)提供正偏。ceRbRCVCCb+_+_VBBCb2++TvivoCb12022/12/5351(5)Rb：一般為幾十K~幾千K，

Rb,VBB屬基極回路一般，硅管VBE=0.7V

鍺管VBE=0.2V當VBB>>VBE時：ceRbRCVCCb+_+_VBBCb2++TvivoCb12022/12/5361(7)vi：輸入信號(8)vo：輸出信號公共地或共同端，電路中每一點的電位實際上都是該點與公共端之間的電位差。圖中各電壓的極性是參考極性，電流的參考方向如圖所示。(6)Cb1，Cb2：耦合電容或隔直電容，其作用是通交流隔直流。ceRbRCVCCb+_+_VBBCb2++TvivoCb12022/12/5371RL:負載電阻ceRbRCVCCb+_+_VBBCb2++TvivoCb1RLT++vivoRLTCb1VCCCb2+_+_RbRC2022/12/53813.共射電路放大原理++vivoCb1VCCCb2+_+_RbRC12V300K4K=40vi變化——iB變化————iC變化——————vCE變化——vo變化Cb1iC=iBvCE=VCC-iCRC2022/12/53913.3放大電路的圖解分析法3.3.1直流通路與交流通路3.3.2靜態(tài)工作情況分析近似估算法圖解分析電路參數(shù)變化對Q點的影響3.3.3動態(tài)分析放大工作情況交流負載線三個工作區(qū)域2022/12/54013.3.1.直流通路與交流通路靜態(tài)：只考慮直流信號，即vi=0，各點電位不變（直流工作狀態(tài)）。直流通路：電路中無變化量，電容相當于開路，電感相當于短路交流通路：電路中電容短路，電感開路，直流 電源對公共端短路放大電路建立正確的靜態(tài)，是保證動態(tài)工作的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動態(tài)，正確地區(qū)分直流通道和交流通道。動態(tài)：只考慮交流信號，即vi不為0，各點電位變化（交流工作狀態(tài)）。2022/12/5411直流通路TRRVb1b2bCCCCC++vovi電容Cb1和Cb2斷開TRRVbCCC直流通路即能通過直流的通道。從C、B、E向外看，有直流負載電阻，Rc

、Rb

。2022/12/5421交流通路TRRVvvb1b2bCCCCCio++vovi直流電源和耦合電容對交流相當于短路TRRbC+_+_vovi若直流電源內(nèi)阻為零，交流電流流過直流電源時，沒有壓降。設C1、C2足夠大，對信號而言，其上的交流壓降近似為零。在交流通道中，可將直流電源和耦合電容短路。交流通路：能通過交流的電路通道。從C、B、E向外看，有等效的交流負載電阻，Rc//RL和偏置電阻Rb

。2022/12/54313.3.2靜態(tài)工作情況分析(1)近似估算靜態(tài)工作點已知硅管導通時VBE≈0.7V，鍺管VBE≈0.2V以及=40，根據(jù)直流通路則有：Q:（40uA，1.6mA，5.6V）RRbVCCC12V300K4K=40固定偏流電路2022/12/5441(2)圖解法求靜態(tài)工作點I求VBE、IB的方法同二極管圖解分析輸入特性VBE=VBB-IBRb輸出特性VCE=VCC-ICRCb、e回路c、e回路(a)畫直流通路(b)把基極回路和集電極回路電路分為線性和非線性兩部分如圖IB=40uA、RC=4K、VCC=12V2022/12/5451vCE(v)iC(mA)32124680101220uA40uA60uA80uAIB=100uA(c)作非線性部分的伏安特性曲線=40uA(d)作線性部分的伏安特性曲線—直流負載線

VCE=12-4IC(VCC=12V,RC=4K)

用兩點法做直線M(12V,0)，N(0,3mA)MN(e)直線MN與IB=40uA曲線的交點(5.6V,1.6mA)

就是靜態(tài)工作點Q（5.6V，1.6mA）Q直流負載線IB=40uA、RC=4K、VCC=12V2022/12/5461iC(mA)32124680101220uA40uA60uA80uA100uA040vivoiB(uA)6020vi=0.02sint(V)vBE(V)vCE(V)3.3.3動態(tài)分析vi=0.02sint(V)ib=20sint(uA)iB=20uA~60uARRVb1b2bCCCCC++voviβ=40iC=iB=0.8~2.4(mA)vCE=8.8V~2.4Vvo=vce=-3.2sintRRVb1b2bCCCCC++voviβ=404K2022/12/5471TRRbC+_+_voviRL交流通路交流負載線TRRVvvb1b2bCCCCCio+++vo-viRLRL’=RC//RL2022/12/5481交流負載線交流負載線確定方法：通過輸出特性曲線上的Q點做一條直線，其斜率為-1/R'L

。

R‘L=RL∥Rc

是交流負載電阻。c.交流負載線和直流負載線相交與

Q點。b.交流負載線是有交流輸入信號時

Q點的運動軌跡。2022/12/5491BJT三個工作區(qū)域放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：1.工作點Q要設置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；2.要有合適的交流負載線。Q位于交流負載線中間時，Vom≈ICQ×RL’2022/12/5501截止失真截止失真：由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。2022/12/5511飽和失真飽和失真：由于放大電路的工作點達到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。注意：對于PNP管，由于是負電源供電，失真的表現(xiàn)形式，與NPN管正好相反。2022/12/5521I1I2V1V2雙端口網(wǎng)絡12223.5小信號模型分析法2022/12/5531共射極電路H參數(shù)等效電路共射接法等效的雙端口網(wǎng)絡：輸入特性表達式：vBE=f1(iB,vCE)輸出特性表達式：iC=f2