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《模拟电子技术》大学课件第四章(双极型三极管及放大电路基础).ppt

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模电课件.CH04双极型三极管共123页PPT

模电课件.CH04双极型三极管共123页PPT
敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
模电课件.CH04双极型三极管
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿

电子电工学——模拟电子技术 第四章 双极结型三极管及发达电路基础

电子电工学——模拟电子技术 第四章 双极结型三极管及发达电路基础

4.1 双极结型三极管BJT
(Bipolar Junction Transistor)
又称半导体三极管、晶 体管，或简称为三极管。
分类： 按材料分：硅管、锗管 按结构分：NPN型、PNP型 按频率分：高频管、低频管 按功率分：小功率、大功率
半导体三极管的型号
国家标准对半导体三极管的命名如下:
3 D G 110 B
c
e V VCE
VCC
V
VBE
也是一组特性曲线
实验电路
1.共射极电路的特性曲线
输入特性 :iB=f(vBE)|vCE=const
(1)VCE=0V时，发射结和集电结均正偏，输入特性相当于两个PN结并联
(2)VCE=1V时，发射结正偏，集电结反偏，收集电子能力增强，发射极发
射到基区的电子大部分被集电极收集，从而使得同样的VBE时iB减小。
ICEO (1 )ICBO 值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。
３．极限参数
(1) 集电极最大允许电流 ICM
过流区
当IC过大时，三极管的值要 iC
减小。在IC=ICM时，值下降 ICM
到额定值的三分之二。
PCM = iCvCE
(2) 集电极最大允许耗散功率 PCM
将 iC 与 vCE 乘 积 等 于 规 定 的 PCM 值各点连接起来，可得 一条双曲线。
利用IE的变化去控制IC，而表征三极管电流控制作用的参 数就是电流放大系数 。
共射极组态连接方式
IE UBE
+ Uo
-
49 IC 0.98(mA)
IB
20( A)
共射极接法应用我们得到的结论：
１、从三极管的输入电流控制输出电流这一点看来，这两 种电路的基本区别是共射极电路以基极电流作为输入控制 电流。 ２、共基极电路是以发射极电流作为输入控制电流。

模拟电子技术第四章双极结型三极管及放大电路基础

模拟电子技术第四章双极结型三极管及放大电路基础

称为基极电流放大系数。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。
由于，
，因而一般 >> 1 。三极管的
集电极电流对基极电流具有很好的放大作用
4. 三极管的三种基本连接电路 (a) 共基极接法； (b) 共发射极接法；
(c) 共集电极接法。
输出
输出
输入
输出 输入
输入
基极作为 公共电极
（是NPN管还是PNP管，是硅管还锗管）， 并区分e、b、c三个电极。
(a)
(b)
(c)
2V 2.7V 6V 2.2V 5.3V 6V 4V 1.2V 1.4V
(a)
NPN
eb
C
2V 2.7V 6V
硅
(b)
PNP
e Cb 2.2V 5.3V 6V
硅
(c)
PNP
b Ce 4V 1.2V 1.4V
锗
解：(1)依|VBE|=0.7V(或|VBE|= 0.2V)确定硅还是锗。
uo
iE
–
uo uo0= 0 uBEu=BEU=BUE+BEui uCEuC=EU=CUE+CEuo
无 有uC输E =入U信CC号－(uiiC=≠R0C)时:
iC
uCE
uo
ui
uBE
iB
O
t
O
t
UBE
IB
？ IC
UCE
O
tO
tO
tO
t
结论：
(2) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大 小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了 一个交流量，但方向始终不变。 直流分量 交流分量
改变iB ，得到一组曲线簇

4-模拟电子技术第四章双极结型三极管及放大电路基础2

4-模拟电子技术第四章双极结型三极管及放大电路基础2

例题
放大电路如图所示。
已知BJT的 ß=40， rbb’=200 ， VBEQ=0.7V， 求：
（1）电压放大倍数
Av
vo vi
（2）输入电阻Ri，输出电阻Ro
（3）若信号源内阻Rs=500 ，Av如何变化。
4.4 放大电路静态工作点 的稳定问题
4.4.1 温度对静态工作点的影响
4.4.2 射极偏置电路
4.3.1 图解1.分vi析 v法BE iB⑵动iC态工v作CE情况|-v的o| 图解分析
2. 输入交流信23.. 号v可o与以时v测i相的量位图出相放解反大；分电路析的电压放大倍数；
4. 可以确定最大不失真输出幅度。
iB/uA
iB/uA
60 40
20 IBQ
Q` Q Q``
iC/mA
iC/mA 交流负载线
IB
VCC Rb
12V 100k
120uA
IC IB 80 120uA 9.6mA
VCE VCC Rc IC 12V - 2k 9.6mA 7.2V
VCE不可能为负值，
其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：
ICM
VCC
VCES Rc
12V 2k
6mA
此时，Q（120uA，6mA，0V）， 由于 IB ICM 所以BJT工作在饱和区。
电压增益
根据
vi ib (Rb rbe )
ic β ib
vo ic (Rc // RL )
H参数小信号等效电路
则电压增益为
Av
vo vi
ic ( Rc // RL ) ib ( Rb rbe )
β ib ( Rc // RL ) β ( Rc // RL )

模拟电子技术PPT课件

模拟电子技术PPT课件
处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。
1.4 放大电路模型
信号的放大是最基本的模拟信号处理 功能。
这里研究的是线性放大，即放大电路 输出信号中包含的信息与输入信号完全相 同。输出波形的任何变形，都被认为是产 生了失真。
1、放大电路的符号及模拟信号放大
• 电压放大模型
• 电流放大模型
• 互阻放大模型
电压增益
+ Vs
–
Ri ——输入电阻
+
+
+
Vi
Ri
AVOVi
Vo RL
–
–
–
Ro ——输出电阻
由输出回路得 则电压增益为
Vo AV
AVVVoOi ViRAoVROLRRLo RLRL
由此可见 RL
AV 即负载的大小会影响增益的大小
要想减小负载的影响，则希望 Ro RL 理想情况 Ro 0
（考虑改变放大电路的参数）
由输入回路得
Ii
Is
Rs Rs Ri
要想减小对信号源的衰减，则希望…？
Ri Rs
理想 Ri 0
3. 互阻放大模型（自学） 4. 互导放大模型（自学） 5. 隔离放大电路模型
Ro
+
+
+
Vi
Ri
AV Vi
Vo
–
–O
–
输入输出回路没有公共端
1.5 放大电路的主要性能指标
放大电路的性能指标是衡量它的品质优劣 的标准，并决定其适用范围。
Vs 0
另一方法
+ Vs=0
–
放大电路
IT
+ VT
–
Vo AVOVi

模拟电子线路第四章双极结型三极管及放大电路基础

模拟电子线路第四章双极结型三极管及放大电路基础
第四章
双极结型三极管及放大电路基础
第四章 双极结型三极管及放大电路基础 §4.1 半导体三极管(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 共集电极放大电路和共基极电路 §4.6 组合放大电路 §4.7 放大电路的频率响应
07:52
交流通道：只考虑交流信号的分电路。
直流通道：只考虑直流信号的分电路。
信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。
iC vCE 常数
iB ②共基极交流电流放大系数
iC vCB 常数
iE
07:52
例：VCE=6V时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。
___
IC IB
1.5 0.04
37.5
IC 2.3 1.5 40
IB 0.06 0.04
1.温度对 BJT参数的影响
(1).温度对ICBO的影响 对温度非常敏感，温度每升高10℃，ICBO增加一倍
(2).温度对β的影响
温度升高， β增加
(3).温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响 温度升高， V(BR)CBO、V(BR)CEO增加
07:52
2.温度对 BJT特性曲线的影响
fT MHz *≥ 8 *≥ 8 100
300 8
07:52
§ 4.2 基本共射极放大电路
放大的概念
电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大 成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。
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：
vi
Av
vo
放大的实质：在小信号的作用下，将直流能变为交流能。

模拟电子技术第四章01PPT课件

= 0.90.99 。
放大状态下BJT中载流子的传输过程
第 11 页
武汉大学电气工程学院
又设 根据 且令
1
IE=IB+ IC
IC= ICN+ ICBO
I CN
IE
ICEO= (1+ ) ICBO （穿透电流）
模拟电子技术
则
IC
ICEO IB
当ICICEO 时
IC IB
是另一个电流放大系数。同样，它也只与管
第 10 页
武汉大学电气工程学院
模拟电子技术
3. 电流分配关系
根据传输过程可知 IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO流
即 I CN
IE
通常 IC >> ICBO
因此 I C
IE
为电流放大系数。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
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。
第 14 页
武汉大学电气工程学院
模拟电子技术
重要提示：
1) 对于给定三极管而言（以NPN为例），其电压vBE,vCE 和vBC中自由的有2个。但无论是哪两个作为控制量，决定 三极管工作状态的最终还要看发射结电压vBE和集电结电压 vBC 。因此，无论哪种接法，牢牢把握住这两个量，就能 正确分析三极管的状态。
电子技术基础－模拟部分 第四章 双极结型三极管
及放大电路基础
2011.01
武汉大学电气工程学院
模拟电子技术
整体概况
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模电课件 CH04双极型三极管共127页

60ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
模电课件 CH04双极型三极管
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
Thank you

双极型三极管及其放大电路ppt课件

iE
RL uo
uBE
uBE波形图
ui
U BEQ
O
t .
放大电路的交流通路
VCC
RB
Cb1
RC
iCCb2
ui
iBu+BE
-
T
iE
RL uo
交流通路画法
耦合电容短路 直流电压源短路
.
VCC
RB
Cb1
RC
iCCb2
由于 uCEUCEQ uce
uceicRc
ui
iBu+BE
-
T
iE
RL uo
iCICQic
uBE 不变iB时 ，即 iB不变uB时 E
.
主要参数
• 直流参数： 、 、ICBO、 ICEO
• 交流参数：β、α
• 极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO
最大集电 极电流
c-e间击穿电压
最大集电极耗散功 率，PCM＝iCuCE
安全工作区
.
三极管的选型
❖ 半导体三极管（BJT、晶体管）分类： ▪ 按频率分：高频管、低频管； ▪ 按功率分：小、中、大功率管； ▪ 按半导体材料分：硅管、锗管等； ▪ 按结构分：NPN型、PNP型;
发射区向基区发射多子空穴集电区收集载流子空穴基区作用作用作用传输载流子空穴为保证bjt能放大需满足内部和外部条件bjt放大的内部条件集电区掺杂浓度低集电结面积很大虽然发射区和集电区都型半导体但发射区比集电区掺的杂质多因此它们并不是对称发射区基区bjt放大的外部条件发射结正偏集电结反偏这是安排放大电路的基本原则发射结正偏放大的条件cecb载流子的传输过程扩散运动形成发射极电流i少数载流子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低使极少数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴的扩散enepepenepencbocnenepcbobnepcbocn漂移运动形成的电流cboceo穿透电流集电结反向电流直流电流放大系数交流电流放大系数为什么基极开路集电极回路会有穿透电流
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❖ 综合考虑电路的静态分析结果与动态 分析结果，即得电路的实际工作情况
25
放大电路为什么要建立合适的的静态工作点？
1. 静态工作点Q合适
2. 静态工作点 Q 偏高 可能导致饱和失真 3. 静态工作点 Q 偏低 可能导致截止失真
26
5. 直流通路和交流通路
耦合电容：隔直流， 可看做为开路。
信号源：不加考虑 去掉所在支路。
C
N
B
B
P
B
N
E
E
NPN型三极管
C
C
P
B
N
P
E
E
PNP型三极管
由于PN结之间的相互影响，使BJT表现出不
同于单个PN结的特性而具有电流放大作用。
5
结构特点
集电区： 面积较大
B 基极
C 集电极
N P N
E 发射极
基区：较薄， 掺杂浓度最低
发射区：掺杂 浓度最高
6
BJT放大的 内部条件
管芯结构剖面示意图
O
C
D
B
iB = 0
E uCE/V
Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ = QB，CD = DE
40
(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响
1. 改变 Rb，保持
VCC ，Rc ， 不变；
iC
Q3 Q1
IB
Q2
O
uCE
Rb 增大， Q 点下移； Rb 减小， Q 点上移；
2. 改变 VCC，保持 Rb，
根据直流通路可知：
共射极放大电路
29
2. 用图解法确定静态工作点 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输出特性曲线。
• 列输出回路方程（直流负载线）：vCE=VCC－iCRC
• 由直流回路求出 IB (即 IBQ)
• 在输出特性曲线上，
iC
i 直流负载线 vCE=VCC－ CRC， VCC
Rc
➢ 发射区的掺杂浓度最高； ➢ 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； ➢ 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，
且掺杂浓度最低。
7
BJT放大的外部条件：发射结正偏，集电结反偏
进入P区的电子少部 分与基区的空穴复合， 形成电流IB ，多数 扩散到集电结。
B
RB
EB
C
N
P
IB
N
E IE
发射结正偏， 发射区电子 不断向基区 扩散，形成 发射极电流
状态，也称直流工作状态；可用估算法和图解法进行分析。
电路处于静态时，三极管各电极的电流、电压在特性曲线上
确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、 IC、 和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。
动态：输入信号不为零时放大电路的工作状态，也称交流工 作状态；可用图解法和小信号模型法分析。其主要性能指标为 Av 、 Ri、 Ro 。
(12 0.7)mA 40 μA 280
做直流负载线，确定 Q 点
根据 vCE = VCC – iC Rc
iC = 0，vCE = 12 V ； vCE = 0，iC = 4 mA .
31
iC /mA
4
80 µA
3
60 µA
静态工作点
40 µA
2
Q
20 µA
1
M iB = 0 µA
0
2
4
6
8
Q2
IB
Q1
O
uCE
增大 ，ICQ 增大，
UCEQ 减小，则 Q 点移近饱 和区。
即为α与的关系
对NPN管，放大时 VC > VB > VE 对PNP管，放大时 VC < VB < VE
11
二、 BJT的特性曲线
（以共射极放大电路为例）
1. 输入特性曲线 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，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。
直流通路
直流电源：内阻为零， 相当于对地短路
耦合电容：通交流， 相当于短路
end
交流通路
27
4.3 放大电路的分析法
4.3.1 静态工作情况分析 4.3.2 动态工作情况分析 4.3.3 小信号模型分析法
28
4.3.1 静态工作情况分析
1. 近似估算静态工作点
采用该方法，必须已知三极管的值。
• 首先，画出直流通路
=（IC－ICEO）/IB≈IC / IB vCE=const
(2) 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const
15
三、BJT的主要参数
1. 电流放大系数
(4) 共基极交流电流放大系数α
α=IC/IE VCB=const 当ICBO和ICEO很小时， ≈、 ≈，可以不
加区分。
➢ 放大电路的基本概念
➢ 共射电路组成 ➢ 简单工作原理 ➢ 放大电路的静态和放大电路的基本概念
放大电路的作用：
将微弱的电信号放大到一定的数值去驱动负载，使之 正常工作。
放大电路的分类：
分类1：连接方式不同(组态不同）
共射极放大电路
共集电极放大电路
共基极放大电路
交流负载电阻。
O
斜率
1
Rc// RL
斜率 - 1
Q
IBBQQ
Rcc
VCCEEQQ
VCCCC vCCEE
共射极放大电路
交流负载线是 有交流输入信号时 工作点Q的运动轨迹
过输出特ic 性曲线上
的1/RQL点直做线一，v+条该-ce 直斜线率即为为-
交流负载线。
交流通路 33
2. 输入交流信号时的图解分析
iB/uA
iB/uA
60 40
20 IBQ t
Q` Q Q``
vBE/V vBE/V
iC/mA
iC/mA 交流负载线
Q`
60uA
Q
40uA
ICQ
Q`` 20uA
t
vC E/V
vC E/V
VBEQ t
VC EQ t
通过图解分析，可得如下结论：
1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；
分类2：放大元件的个数的不同
单级放大电路
多级放大电路
分类3：所放大的信号不同
直流放大电路
交流放大电路
21
二、 共射极放大电路
1. 电路组成
输入回路（基极回路） 输出回路（集电极回路）
22
2.习惯画法
BJT: 放大电路的核心
Vcc: 电路的能源
Rb: 基极电阻，用于设置偏压
Rc: 集电极电阻，用于实现集电
4 双极型三极管及放大电路基础
4.1 半导体BJT 4.2 共射极放大电路 4.3 图解分析法 4.4 小信号模型分析法 4.5 放大电路的工作点稳定问题 4.6 共集电极电路和共基极电路 4.7 放大电路的频率响应
1
4.1 双极型三极管(BJT)
(Bipolar Junction Transistor) 又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。 三极管的外形如下图所示。
与IBQ曲线的交点即为Q点，
从而得到VCEQ 和ICQ。
ICQ
O
斜率 - 1
Q
IBQ
Rc
VC EQ
VCC vCE
30
【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知
Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集电极直流电源 VCC = 12 V， 试用图解法确定静态工作点。
解：首先估算 IBQ
I BQ
VCC VBE Rb
三极管的外形
三极管有两种类型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型为例进行讨论。
2
3
一、 BJT的结构、符号及放大条件
结构与分类 两个PN结、三个引脚，两种类型：NPN和PNP型。
NPN型 C 集电极
集电极 C PNP型
N
B
P
基极
N
集电结
P
B
N
基极
P
E 发射极
发射结
E
发射极
4
BJT符号
C
10 12
uCE /V
由 Q 点确定静态值为：
IBQ = 40 µA ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.
32
4.3.2 动态工作情况分析
1. 交流通路及交流负载线
iCC
VCCCC
由交流通路得纯交流负载线： Rcc
vce= -ic (Rc //RL) ICCQQ
R'L= RL∥Rc， 是
此时，曲线基本相同，为一般常用曲线。
vvCCEE == 00VV vCE 1V
iC
iB
c+ b
+ vCE
vBE e -
VCC
VBB
-
共射极放大电路
12
1. 输入特性曲线
(3) 输入特性曲线的三个部分 ①死区 ②非线性区 ③线性区
13
2.输出特性曲线
iC=f(vCE) iB=const
输出特性曲线的三个区域
16
三、BJT的主要参数
2. 极间反向电流
(1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO
发射极开路时，集电结的反向饱和电流。
(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO
ICEO=（1+ ）ICBIOCBO c