模拟电子技术模电之三极管和基本放大电路课件

线性
非线性
线性
(1) 输入回路 线性部分：
vBE VBB iB Rb
称为输入直流负 载线
非线性部分：
iB f (vBE ) V
C EC
(2) 输出回路 非线性部分：
iC f (vCE ) iB I BQ
线性部分：
vCE VCC iC RC
称为输出直流负 载线
得出Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ）
2. 动态工作情况的图解分析
vs Vsm sinωt
vCE VCC iC Rc
2. 动态工作情况的图解分析
共射极放大电路中的电压、 电流波形
1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反；
3. 可测量出放大电路的电压增益。
3. 静态工作点对波形失真的影响
Q点过低——截止失真
Q点过高——饱和失真
最大不失真输出幅度的获取：
Q点较高 Q点不允许动 Q点较低 上取到饱和区，下取等长度 下取到截止区，上取等长度
Q点允许动
把Q点取到负载线的中间
例1 一个实际的单管放大电路
C1 、C2：耦合电容 RL：负载电阻
Rb=300K RC=4K
VCC=12V
基极直流电源和集电极直流电源合并 耦合电容，阻容耦合共射放大电路
1. NPN型
NPN管的电路符号
2.PNP型
PNP管的电路符号
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
正常放大时外加偏 置电压的要求
发射区向基区注入载流子
集电区从基区接受载流子
发射结应加正向电压 （正向偏置） 集电结应加反向电压 （反向偏置）
1.三极管内载流子的传输过程
三极管内有两种载流子参与导电，故称此种三极管 1., 发射区向基区注入电子（ II 、 IEP小） 2. 电子在基区中的扩散与复合（ ） 另外 基区集电区本身存在的少子， EN 3. 集电区收集扩散过来的电子（ ） BN CN 为双极型三极管，记为 BJT (Bipolar Junction Transistor) 在集电结上存在漂移运动，由此形成电流 ICBO
4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
1. 温度对BJT参数的影响 (1) 温度对ICBO的影响 温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。 (2) 温度对 的影响 温度每升高1℃， 值约增大0.5%~1%。 (3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响 温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。 2. 温度对BJT特性曲线的影响
4.1 双极型三极管BJT
一个PN结
二个PN结
二极管
三极管
单向导电性
电流放大（控制）
4.1.1 BJT的结构简介
(a) 小功率管
(b) 小功率管
(c) 大功率管
(d) 中功率管
三极管的不同封装形式
金属封装
塑料封装
大功率管
中功率管
4.1.1 BJT的结构简介
半导体三极管的结构有两种类型:NPN型和PNP型。
1. 静态工作点的图解分析
2. 动态工作情况的图解分析 3. 静态工作点对波形失真的影响 4. 图解分析法的适用范围
4.3.2 小信号模型分析法
1. BJT的H参数及小信号模型 2. 用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路
3. 小信号模型分析法的适用范围
4.3.1 图解分析法
1. 静态工作点的图解分析 vS=0，求Q（ IBQ、ICQ和VCEQ ）
பைடு நூலகம்
vs
控制
vBE VBEQ vbe
iB I BQ ib
iC I CQ ic
Rc
且
vCE VCEQ vce
vs
ib
ic
vce
分析动态参数时，使用交流通路 画交流通路原则：
VBB ， VCC 短路
电容短路 所有电量小写
交流通路
4.3 放大电路的分析方法
4.3.1 图解分析法
1. 静态(直流工作状态) 输入信号vs＝0时，放大
电路的工作状态称为静 态或直流工作状态。
画直流通路原则：
v s 短路，i s 开路
电容开路 所有电量大写 直流通路
分析动态参数时，使用交流通路 画交流通路原则：
VBB ， VCC 短路
电容短路 所有电量小写
交流通路
(a)直流通路 (b)交流通路
发射区：发射载流子 集电区：收集载流子
基区：传送和控制载流子
放大状态下BJT中载流子的传输过程
2. 电流分配关系
根据传输过程可知
IE =IB + IC
IC= ICN+ ICBO
传输到集电极的电流 设 发射极注入电流
即
I CN IE
所以 IC= IE+ ICBO 通常
IC >> ICBO
图解法 小信号模型分析法 静态工作点Q（IB，IC，VCE） 电压增益Av
输入电阻Ri
输出电阻Ro
4.2.1 基本共射极放大电路的组成 T集电极反偏
VBB , Rb:使发 射极正偏， 并提供合适的 基极偏置电流
VCC :通过Rc使
三极管 T
起放大作用。
RC: 将集电极电流信号
转换为电压信号， 限流
4.1.3
BJT的V-I 特性曲线 输入特性曲线
特性曲线是指各电 极之间的电压与电 流之间的关系曲线。 将BJT看作一双口网 络，我们主要考察：
输出特性曲线
1. 输入特性曲线 （以共射极放大电路为例） iB=f(vBE) vCE=const.
(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，
共基极放大电路只实现电压放大，电流不放大（控制作用）
两个要点
三极管的放大作用,主要是依靠它的IE 输入电压的变化 是通过其改变输入电 能通过基区传输,, 然后顺利到达集电极 而实现的。故要保证此传输 , 一方面要 流 , 再通过输入电流的传输去控制输出 满足内部条件,即发射区掺杂浓度要远 电压的变化 ,所以BJT 是一种电流控制器 大于基区掺杂浓度 ,基区要薄 ;另一方 面要满足外部条件 ,即发射结正偏,集 件。 电结要反偏。
vBE 再次注意：管子正常工作时，
0.7V(硅管） －0.2V(锗管）
4.1.4 BJT的主要参数
1. 电流放大系数 (1) 共射极直流电流放大系数 =（IC－ICEO）/IB≈IC / IB vCE=const. (2) 共射极交流电流放大系数 =iC/iBvCE=const.
则 I C I B I CEO
当 I C I CEO 时，I C I B
是另一个电流放大系数。同样，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 >> 1 。
3. 三极管的三种组态
BJT的三种组态
(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示； (b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； (c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。
end
1、测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图P1.9所示。 在圆圈中画出管子，并说明它们是硅管还是锗管。
4.2 基本共射极放大电路
4.2.1 基本共射极放大电路的组成 4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理
基本放大电路： 共射极放大电路
共集电极放大电路 共基极放大电路
分析方法： 待求量：
分析方法：叠加 前提：BJT工作在线性放大区
4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理
1. 静态(直流工作状态) 输入信号vs＝0时，放大
电路的工作状态称为静 态或直流工作状态。
画直流通路原则：
v s 短路，i s 开路
电容开路 所有电量大写 直流通路
电流关系：
硅:VBEQ=0.7V 锗:VBEQ=0.2V
PCM 值与环境温度有关， 温度愈高，则 PCM 值愈小。 当超过此值时 ，管子性 能将变坏或烧毁。 结温：硅管 150°C ，锗 管70°C
(3) 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) EBO——集电极开路时发射结的反 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。 几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR) EBO
发射结应加正向电压 集电结应加反向电压 （正向偏置） （反向偏置）
4. 放大作用
共基极放大电路
若 vI = 20mV 使 iE = -1 mA， 当 = 0.98 时， 则 iC = iE = -0.98 mA，vO = -iC• RL = 0.98 V， 电压放大倍数
vO 0.98V Av 49 vI 20mV
开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下iB减小，特性曲线右移。 当vCE≥1V时，保持vBE不变，发射区扩散到基区电子数目不变，曲线 基本重合。
共射极连接
管子正常工作时，vBE
0.7V(硅管） - 0.2V(锗管）
2. 输出特性曲线 iC=f(vCE) iB=const.
输出特性曲线的三个区域:
(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO
ICEO=（1+ ）ICBO
小功率硅管几微安以下 ICEO越小越好
小功率锗管几十微安以上 温度变化大的场合宜选用硅管
3. 极限参数
(1) 集电极最大允许电流ICM——三极管正常工作时集电 极所允许的最大工作电流，β不宜过小
(2) 集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE