電工電子技術(shù)基礎(chǔ)（第2版）課件：晶體管放大電路分析

晶體管放大電路分析

目錄分立元件放大電路二極管和三極管6.16.1二極管和三極管一、半導(dǎo)體概述1.導(dǎo)體分類2.本征半導(dǎo)體導(dǎo)體：電的良導(dǎo)體，如純金屬及其合金、酸堿鹽水溶液等。

導(dǎo)電材料分類絕緣體：電的不良導(dǎo)體，如陶瓷、橡膠等。半導(dǎo)體：

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅、鍺、砷化鎵等。

純凈的（無雜質(zhì)）晶體結(jié)構(gòu)（穩(wěn)定結(jié)構(gòu)）的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。Si28Ge28186.1二極管和三極管2.本征半導(dǎo)體純凈的（無雜質(zhì)）晶體結(jié)構(gòu)（穩(wěn)定結(jié)構(gòu)）的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。+4+4+4+4自由電子空穴空穴本征半導(dǎo)體晶體共價鍵載流子：運(yùn)載電荷的粒子，共價鍵：相鄰原子共有價電子所形成的束縛。

本征激發(fā)（熱激發(fā)）：受溫度、光照等環(huán)境因素的影響，半導(dǎo)體共價鍵中的價電子獲得足夠的能量而掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，同時在共價鍵上留下空位的現(xiàn)象，稱之為本征激發(fā)。復(fù)合：自由電子和空穴在運(yùn)動中相遇重新結(jié)合成對消失的過程。自由電子：由于熱運(yùn)動，具有足夠能量的價電子掙脫共價鍵的束縛空穴：自由電子的產(chǎn)生使共價鍵中留有一個空位置，兩種載流子

自由電子：在共價鍵以外運(yùn)動空穴：在共價鍵以內(nèi)相對運(yùn)動6.1二極管和三極管本征半導(dǎo)體特點(diǎn)1.本征半導(dǎo)體中電子空穴成對出現(xiàn),且數(shù)量少；

2.半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；

3.本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱，并與溫度、光照等外界條件有關(guān)。6.1二極管和三極管3.N型半導(dǎo)體載流子數(shù)

電子數(shù)磷原子自由電子+5+4+4+4+4+4自由電子：多數(shù)載流子空穴：少數(shù)載流子在硅或鍺的晶體中摻入五價元素磷。4.P型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+3硼原子空穴在硅或鍺的晶體中摻入三價元素硼。自由電子：少數(shù)載流子空穴：多數(shù)載流子載流子數(shù)

電子數(shù)6.1二極管和三極管5.PN結(jié)形成擴(kuò)散運(yùn)動：由電子和空穴濃度差引起的載流子運(yùn)動。擴(kuò)散運(yùn)動形成空間電荷區(qū)——PN結(jié)漂移運(yùn)動：載流子在電場力作用下引起的運(yùn)動。內(nèi)電場有利于少子運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動與漂移運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡。耗盡層6.1二極管和三極管6.PN結(jié)單向?qū)щ娦訮N外加正向電壓(正向偏置)PN外加反向電壓(反向偏置)PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大;反偏截止，電阻很大，電流近似為零6.1二極管和三極管二、二極管結(jié)構(gòu)與類型PN結(jié)+引線+管殼=二極管

構(gòu)成P區(qū)的引出線稱為陽極，N區(qū)的引出線稱為陰極。符號箭頭符號表示PN結(jié)正偏時電流的流向

分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型面接觸型平面型+–6.1二極管和三極管三、二極管的伏安特性及主要參數(shù)iD

=0U

Uth0

U

Uth（死區(qū)電壓）U（BR)

U

0iD<0.1

A(硅)幾十

A

(鍺)U<

（反向擊穿電壓）U（BR）反向電流急劇增大(反向擊穿)OuD/ViD/mA正向特性Uth反向特性U(BR)Uth

0.1V(鍺管)0.5V(硅管)iD急劇上升伏安特性反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿—PN結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)?！狿N結(jié)燒毀。Uon導(dǎo)通電壓Uon硅管約為0.6～0.8V;鍺管約為0.1～0.3V;二極管最大特點(diǎn)：單向?qū)щ娦?.1二極管和三極管二極管的主要參數(shù)2.

URM—

最高反向工作電壓，為U(BR)/23.

IRM

—最大反向電流(二極管加最大反向電壓時的電流，越小單向?qū)щ娦栽胶?4.

fM—

最高工作頻率(超過時單向?qū)щ娦宰儾?iDuDU(BR)IFURMO1.

IF—

最大整流電流(最大正向平均電流)6.1二極管和三極管半導(dǎo)體二極管特性的測試用數(shù)字式萬用表檢測紅表筆是(表內(nèi)電源)正極，黑表筆是(表內(nèi)電源)負(fù)極。2k20k200k2M20M200

在

擋進(jìn)行測量，當(dāng)PN結(jié)完好且正偏時，顯示值為PN結(jié)兩端的正向壓降(V)。反偏時，顯示?

。6.1二極管和三極管四、特殊二極管1.發(fā)光二極管工作條件：正向偏置符號發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠不可見光：紅外光6.1二極管和三極管2.光電二極管工作條件：反向偏置符號特性uiO暗電流E=200lxE=400lx3.穩(wěn)壓二極管符號工作條件：反向擊穿

在反向擊穿狀態(tài)下，讓流過管子的電流在一定的范圍內(nèi)變化，這時管子兩端電壓變化很小，利用這一點(diǎn)可以達(dá)到“穩(wěn)壓”的效果。6.1二極管和三極管五、三極管結(jié)構(gòu)與類型1.結(jié)構(gòu)基極BNNP發(fā)射極E集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)NPN型ECB各區(qū)主要作用及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：發(fā)射區(qū)：作用：發(fā)射載流子

特點(diǎn)：摻雜濃度高基區(qū)：作用：傳輸載流子特點(diǎn)：薄、摻雜濃度低集電區(qū)：作用：接收載流子

特點(diǎn)：面積大PPNEBCPNP型ECB6.1二極管和三極管2.分類

NPN

小功率管<500mW中功率管0.5

1W大功率管>1W

按功率分：按材料分：

硅管鍺管按結(jié)構(gòu)分：PNP低頻管

按使用頻率分：高頻管6.1二極管和三極管六、電流分配與放大原理1.晶體管放大的條件1.內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大2.外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏2.晶體管的電流分配和放大作用實(shí)驗(yàn)電路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6

A電路條件:

EC>EB

發(fā)射結(jié)正偏

集電結(jié)反偏6.1二極管和三極管mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6

A測量結(jié)果IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.501.001.602.202.90IE/mA0.0010.511.021.632.242.95IC/IB5050535558

IC/

IB50606070(1)符合KCL定律(2)

IC和IE比IB大得多(3)

IB

很小的變化可以引起IC很大的變化。

即：基極電流對集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是晶體管的放大作用。6.1二極管和三極管晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動規(guī)律1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的過程：由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴(kuò)散到基區(qū)，并不斷從電源補(bǔ)充進(jìn)電子，形成發(fā)射極電流IE。2、電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合過程：由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子空穴濃度很低，所以從發(fā)射極擴(kuò)散過來的電子只有很少一部分和基區(qū)空穴復(fù)合，剩下的絕大部分都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣。ICEIEIBEI

CBOIBICIB=IBE

–

ICBOIBE

IB+ICBO3、集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子過程：

由于集電結(jié)反向偏置，可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流IC。IC=ICE+ICBO實(shí)驗(yàn)表明：

IC>>IB，IB對IC有控制作用，IC隨IB的改變而改變6.1二極管和三極管晶體管的電流分配關(guān)系總結(jié)：

1.晶體管在發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置的條件下具有電流放大作用。

2.晶體管的電流放大作用，實(shí)質(zhì)上是基極電流對集電極電流的控制作用。6.1二極管和三極管六三極管的伏安特性及主要參數(shù)1.伏安特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似RCECiBIERB+uBE

+uCE

EBCEBiC+

+

+

O特性基本重合(電流分配關(guān)系確定)特性右移(因集電結(jié)開始吸引電子)導(dǎo)通電壓

UBESi管:(0.6

0.8)VGe管:(0.2

0.3)V取0.7V取0.2ViBRB+uBE

EB+EB+

RB輸入特性6.1二極管和三極管輸出特性1.調(diào)整RB使基極電流為某一數(shù)值。2.基極電流不變，調(diào)整EC測量集電極電流和uCE

電壓。輸出特性曲線mAICECIBRBEBCEB3DG6

ARCV+uCE

50μA40μA30μA10μAIB=020μAuCE

/VO2468

4321iC

/mA6.1二極管和三極管（1）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置。（2）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置。（3）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置iB>0，uBE>0，uCE≤uBEiC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEO輸出特性曲線深度飽和時：0.3V(硅管)UCE為：0.1V(鍺管)6.1二極管和三極管共發(fā)射極電流放大系數(shù)（1）直流電流放大系數(shù)（2）交流電流放大系數(shù)

iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0024684321Q2.主要參數(shù)及使用常識5.1二極管和三極管極限參數(shù)（1）ICM

—集電極最大允許電流，超過時

值明顯降低。U(BR)CBO

—發(fā)射極開路時C、B極間反向擊穿電壓。（2）PCM—集電極最大允許功率損耗（3）U(BR)CEO

—基極開路時C、E極間反向擊穿電壓。U(BR)EBO

—集電極極開路時E、B極間反向擊穿電壓。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBOiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區(qū)謝謝觀看Thankyou晶體管放大電路分析目錄contents放大電路聯(lián)接方式及分析01放大電路應(yīng)用02放大電路工作狀態(tài)03相關(guān)標(biāo)題文字

什么是放大？

放大——把微弱電信號u或i的幅度放大但隨時間變化規(guī)律不能變（不失真）赴繹筍糧屁茍愧乞焊朋驢圍敵豪田米庸墑罐窗批赤胳蒼飲善錢鵬快吮簽佩放大電路基本知識放大電路基本知識放大電路聯(lián)接方式及分析三極管放大電路有三種形式共射放大器共基……共集……兼位肌奪壩虱赦棲評禹乎呆劃奏狽螟苫英膽醫(yī)淺啪花礦廚銜餃萌審裝八砷放大電路基本知識放大電路基本知識共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示。共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示；共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；BJT的三種組態(tài)直流電路由于電抗元件的存在，直流信號和交流信號的流通路徑不同交流電路直流電源對電路的作用電感短路電容開路信號源短路交流信號對電路的作用無內(nèi)阻的直流電源相當(dāng)于短路大電容短路靜態(tài)動態(tài)放大電路的分析計(jì)算機(jī)仿真微變等效電路圖解動態(tài)：加上ui,其技術(shù)指標(biāo)：Au、Ri、Ro等

圖解估算靜態(tài)：Q點(diǎn)共射天蝎旦吱茄溢落去舌返令憫公砍的烙世猖紛隘頗聞瀾海襪獵讀刁鑒英綏盞放大電路基本知識放大電路基本知識1.Q點(diǎn)：ui=0時電路的工作狀態(tài)ui=0時電路中存在一組直流量ICIB+UBE-+UCE-純超紹薛勝圣暴螟夷巒振窘賦屎塔馬琳花腑驚雅迎栓訊聾毒惶桓株運(yùn)腫踞放大電路基本知識放大電路基本知識(IB,UBE)和(IC,UCE)

稱為Q點(diǎn)IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設(shè)置Q點(diǎn)？

為保證信號盡可能不失真開路

將交流電壓源短路，電容開路直流通路：開路改烹綏勝表悶掩嫡文荷衍吶漿騎竄帖斬趟吠踩觸明鄧肉棉鎊抱棺耶琳奉云放大電路基本知識放大電路基本知識由直通找Q點(diǎn)IC=

IB騁淪逾考斤緘地呼鳥咎伸振賺扦畢附旦掩住須轟遣翁梁誘崩濾渭芹辱戳猴放大電路基本知識放大電路基本知識短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路大連理工大學(xué)電氣工程系40

例

在如圖所示的固定偏置放大電路中，已知

UCC=6V，RB

=180kΩ，RC=2kΩ,

=50，晶體管為硅管。試求放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。RBRC+UCC

＋

uo－

＋

ui－C1C2＋＋[解]IC

=

IBUCE=UCC－RCICUCC－UBERBIB

=6－0.7180=mA

=0.0294mA

=50×0.0294mA=1.47mA=(6－2×1.47)V=3.06V放大電路應(yīng)用截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。IB=0

,uBE<0,uCE>uBE。IB=020A40A60A80A100AUCE(V)369121234IC(mA)放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。uBE>0且uCE≥uBE。IC=IB，0<IB

<IBS飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。uBE

>0

，uCE

uBE。IC<IB。IB≥IBS放大電路工作狀態(tài)V1NPPPNNV2V2V1ECBECB-

+

-

+

+

-

+

-

想一想：三個電極的電位大小關(guān)系如何？發(fā)射結(jié)）（擴(kuò)散利于集電結(jié)）（漂移利于發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)VC＞VB＞VEVE＞VB＞VC晶體管實(shí)現(xiàn)放大的外部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度大