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模电 第四章20双极结型三极管及其放大电路

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第4章 双极型三极管及放大电路

第4章 双极型三极管及放大电路

(3)极限参数
①集电极最大允许电流ICM 如图所示，当集电极电流增加时， 就 要下降，当值下降到线性放大区值的70～30％ 时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电 流ICM。至于值下降多少，不同型号的三极管， 不同的厂家的规定有 所差别。可见，当 IC＞ICM时，并不表 示三极管会损坏。
两电极取出。
2013-12-5
4.1.3 特性曲线
iB
iC mA
A
RB V vBE V
VCC
vCE
VB
实验线路
16
一、输入特性
i B f (v BE ) vCE 常数
vCE =0.5V
vCE=0V
iB(A)
80
vCE 1V
静态工作压降： 硅 管VBE0.6~0.7V,锗 管VBE0.2~0.3V。
20
三、BJT的三个工作区域:
reverse bias Cut off region 截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。 条件：射结、集结均反偏。BJT无放大作用。此时IB≈0，IC ≈ 0。 UCE=VCC-ICRC=VCC，CE间承受的电压较高，管中流过的电流 很小，即C-E间阻抗很大，如同断开的开关。 2.放大区——iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。 条件：射结正偏，集电结反偏。特点：IB>0，IC= IB， active region UCE=VCC-ICRC forward bias
图 在输出特性曲线上求β
31
2.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。

②特征频率fT
β0

模电Chapter4

模电Chapter4

模拟电子技术
放大电路各点的波形
+VCC iC
RB
C1 vi iB
RC
C2
vCE
vo
Tan Yueheng
Department of P.&E.I.S
Hengyang normal university
模拟电子技术
电压放大的基本原理
1、晶体管必须工作在放大区。发射结正偏， 集电结反偏。 2、正确设置静态工作点，使整个波形处于放 大区。 3、输入回路将变化较小的电压信号转化成变 化的基极电流。 4、输出回路将放大后的集电极电流转化成变 化的集电极电压，经电容耦合输出交流电 压信号。
rbe RC

ro
Uo

Rc
Uo
Io
Tan Yueheng
Department of P.&E.I.S
Hengyang normal university
模拟电子技术
（4）接RL＝2K 后的Av

Ii


Ib
Ic
＋
U i RB

＋
rbe
IB
RC

R A u L rbe

Uo
模拟电子技术
交 流 负 载 线
100
IC(mA ) 4
VCC
RC
3 2
交流负 载线 Q点
80
60 40
过Q点，斜 率为-1/R’L的 直线为交流负 载线
ICQ 1
0
Tan Yueheng
3
6 UCEQ9
动态分析作 20 mA 图应在交流负 IB = 0 载线上进行！ 12 VCE(V)
VCC

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。

模电双极结型三极管及放大电路

模电双极结型三极管及放大电路

iC/mA 4 2
O
放大区 IB2 80m
IB1 40m
25 / 105
IB 0
UCE
4.1 BJT: 双极结晶体三极管
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
iC/mA E
500m
iC/mA E
30
D
400m
C
300m
20
B
200m
10
A IB 100m
IB 0
D
C
B VCE 7V
A
IC IB
O 5 10 15 UCE
O 200 400 600 IB/μ 26 / 105
4.1 BJT: 双极结晶体三极管
4.1.4 BJT的主要参数
1. 电流放大系数 (2) 共射极交流电流放大系数
C
IE VCB const
(4) 共基极交流电流放大系数
IC IE VCBconst
28 / 105
4.1 BJT: 双极结晶体三极管
4.1.4 BJT的主要参数
2. 极间反向电流
(1) 集-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。
I CBO
I CBO
c
be
mA
IE 0
从基区扩散来的
C
电子作为集电结
的少子，漂移进
入集电结而被收 集，形成ICN
B
N P
N+
E
10 / 105
4.1 BJT: 双极结晶体三极管
4.1.2 BJT电流分配与放大原理

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

《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

《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
❖ 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。

模电 第四章20双极结型三极管及其放大电路

与管子的结构尺寸和掺杂浓度 有关，与外加电压无关。一般 = 0.90.99 。
22:07:16
放大状态下BJT中载流子的传输过程
8
2. 电流分配关系 又设 1
根据 且令 IE=IB+ IC
IC= ICN+ ICBO
I CN IE
ICEO= (1+ ) ICBO （穿透电流）
20
4.1.4 BJT的主要参数
3. 极限参数
(1) 集电极最大允许电流ICM
(2) 集电极最大允许功率损耗PCM
(3) 反向击穿电压
PCM= ICVCE
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。
与iC的关系曲线
22:07:16 17
4.1.4 BJT的主要参数
1. 电流放大系数
(3) 共基极直流电流放大系数
=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE
(4) 共基极交流电流放大系数α
α=IC/IEvCB=const
当ICBO和ICEO很小时， ≈、 ≈，可以不 加区分。
半导体三极管 共射极放大电路的工作原理 放大电路的分析方法 放大电路静态工作点的稳定问题 共集电极放大电路和共基极放大电路 组合放大电路 放大电路的频率响应
1
4.1 半导体三极管
4.1.1 BJT的结构简介
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理 4.1.3 BJT的V－I特性曲线 4.1.4 BJT的主要参数
22:07:16
交流通路
31
4.3 放大电路的分析方法

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 )

第四章双极结型三极管及放大电路基础


+C2 ++
uBE = UBE
u+B–E
T
uCE –
uo
iE
–
uCE = UCE uo = 0
无输入信号(ui = 0)时:
iC
uCE
uBE
iB
UBE
IB
IC
UCE
O
tO
tO
tO
t
RB C1
+ + ui –
+UCC
RC iB iC
+C2 ++
u+B–E
T
uCE –
uo
iE
–
uBE = UBE+ ui uCE = UCE+ uo
4、 半导体三极管的参数
半导体三极管的参数分为三大类:
直流参数 交流参数 极限参数
(1)直流参数
①直流电流放大系数
◈ 共发射极直流电流放大系数
◈ 共基极直流电流放大系数
1
1
②极间反向电流
温度的函数
◈ 集电极基极间反向饱和电流ICBO
图4.11反向饱和电流ICBO 图4.12 集--射反向饱和电流ICEO ◈ 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO
合电容加在三极管的 发射结于是有下列过 程：
三极管放大作用
变化的 ic通过 Rc转变为
变化的输出
v C v i i β i i R v C v i 1 be b c (
b ) c c c 2 o
v v 当
o
时，信号得到放大！
i
共射放大电路的电压放大作用
RB C1
+ + ui –

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。
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(2) U B和U E的电位哪个高？U BE是正还是负？
(3) U C和U E的电位哪个高？U CE是正还是负？
解：先就NPN 管来分析。
(1) U C >U B,U CB为正。
(2) U B >U E ,U BE为正。
(3) U C >U E,U CE为正。 PNP管的各项结论同NPN 管的各项结论相反。
(d) PNP管的电路符号
22:07:16
4
结构特点：
集电区： 面积最大 集电结 集电极 C N P N 发射结
基区：最薄， 掺杂浓度最低
基极 B
E 发射极
发射区：掺 杂浓度最高
5
22:07:16
4.1.1 BJT的结构简介
集成电路中典型NPN型BJT的截面图
22:07:16
6
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
22:07:16
交流通路
31
4.3 放大电路的分析方法
4.3.1 图解分析法
1. 静态工作点的图解分析
2. 动态工作情况的图解分析 3. 非线性失真的图解分析 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
例5：在放大电路中，若测得某管的三个极电位分别为–2.5V、-3.2V、
–9V，则分别代表管子的三个极是（ ）。 （1）e 、c、b （2）e、b、c （3）b、c、e （4）c、b、e
例6：在放大电路中，若测得某管的三个极电位分别为 1V、1.2V、6V，
这三极管的类型是（ ）。 （1）PN P型Ge管（2）PN P型Si管 （3）NP N型Ge管（4）NP N型 Si管
三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载 流子传输体现出来的。 由于三极管内有两种载流子(自 外部条件：发射结正偏 由电子和空穴)参与导电，故称为双 集电结反偏 极型三极管或BJT (Bipolar Junction
1. 内部载流子的传输过程 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 （以NPN为例） IE=IEN+IEP =ICN+IBN+IB+ICBO-IBN =IB+ IC IC= ICN+ ICBO
2. 温度对BJT特性曲线的影响
输入特性曲线左移，vBE将减小； 输出曲线上移，ICBO、ICEO、 都将大增。
22:07:16 23
例1：晶体管工作在放大区时，要求发射结上加正向电压，集电
结上加反向电压。试就NPN 型和PNP两种情况讨论。 (1) U C和U B的电位哪个高？U CB是正还是负？
I C I CEO 则 IB
IC 当 I C I CEO 时， IB
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 。
22:07:16 9
3. 三极管的三种组态
BJT的三种组态
共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示； 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。
与iC的关系曲线
22:07:16 17
4.1.4 BJT的主要参数
1. 电流放大系数
(3) 共基极直流电流放大系数
=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE
(4) 共基极交流电流放大系数α
α=IC/IEvCB=const
当ICBO和ICEO很小时， ≈、 ≈，可以不 加区分。
(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，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。
共射极连接
22:07:16 14
4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
2. 输出特性曲线 iC=f(vCE) iB=const
与管子的结构尺寸和掺杂浓度 有关，与外加电压无关。一般 = 0.90.99 。
22:07:16
放大状态下BJT中载流子的传输过程
8
2. 电流分配关系 又设 1
根据 且令 IE=IB+ IC
IC= ICN+ ICBO
I CN IE
ICEO= (1+ ) ICBO （穿透电流）
22:07:16
Transistor)。
放大状态下BJT中载流子的传输过程
7
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
通常 IC >> ICBO
IC 则有 IE
为电流放大系数。它只
22:07:16 10
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
22:07:16
vO 0.98V Av 49 vI 20mV
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7
22:07:16
半导体三极管 共射极放大电路的工作原理 放大电路的分析方法 放大电路静态工作点的稳定问题 共集电极放大电路和共基极放大电路 组合放大电路 放大电路的频率响应
1
4.1 半导体三极管
4.1.1 BJT的结构简介
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理 4.1.3 BJT的V－I特性曲线 4.1.4 BJT的主要参数
22:07:16
2
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
22:07:16
3
4.1.1 BJT的结构简介
半导体三极管的结 构示意图如图所示。 它有两种类型:NPN型 和PNP型。
(a) NPN型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图
(c) NPN管的电路符号
例9：一个NPN管在电路中正常工作，现测得U BE >0,U BC <0,U CE >0，
则此管工作区为（ ）。 （1）饱和区 （2）截止区 （3）放大区
例10： 一个NPN管在电路中正常工作，现测得U BE <0,U BC <0,U EC >0，
则此管工作区为（ ）。 （1）饱和区 （2）截止区 （3）放大区
直流通路
解： T1管：①为B极，②为C极，③为E极。 T 2管：①为E极，②为B极，③为C极。 T3 管：①为C 极，②为E 极，③为 B 极。
22:07:16 26
例4： 在放大电路中，若测得某管的三个极电位分别为–2.5V、-3.2V、
–9V，这三极管的类型是（ ）。 （1）PN P型Ge管 （2）PN P型Si管 （3）NP N型Ge管 （4）NP N型 Si管
例7： 在放大电路中，若测得某管的三个极电位分别为 1V、1.2V、
6V，则分别代表管子的三个极是（ ）。 （1）e 、c、b （2）e、b、c （3）b、c、e （4）c、b、e
22:07:16
27
例8： 一个NP N管在电路中正常工作，现测得：
U BE >0,U BC >0,U CE>0，则此管工作区为（ ）。 （1）饱和区 （2）截止区 （3）放大区
20
4.1.4 BJT的主要参数
3. 极限参数
(1) 集电极最大允许电流ICM
(2) 集电极最大允许功率损耗PCM
(3) 反向击穿电压
PCM= ICVCE
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。
输出特性曲线的三个区域:
饱和区：iC明显受vCE控制的区域， 该区域内，一般vCE＜0.7V (硅管)。 此时，发射结正偏，集电结正偏或 反偏电压很小。 截止区：iC接近零的区域，相当iB=0 的曲线的下方。此时， vBE小于死区 电压，发射结反偏，集电结反偏。
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放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲 线基本平行等距。此时，发射结正 偏，集电结反偏。
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例2：用直流电压表测某电路三只晶体管的三个电极对地的 电压分别如图所示。试指出每只晶体管的C、B、E 极。
解： T1管：①为C极，②为B极，③为E极。 T 2管：①为B极，②为E极，③为C极。 T 3管：①为E极，②为B极，③为C极。
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例3：在下图中，晶体管T 1 、T 2 、T 3的三个电极上的电流分 别为： (1) I 1 =0.01mA， I 2 =2mA， I 3=-2.01mA ； (2) I 1 =2mA， I 2 =-0.02mA， I 3=-1.98mA ； (3) I 1 = -3mA ，I 2 =3.03mA， I 3 = -0.03mA ； 试指出每只晶体管的B、C、E极。
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4.2 共射极放大电路的工作原理
4.2.1 基本共射极放大电路的组成
基本共射极放大电路
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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vi＝0时， 放大电路的工作状态称 为静态或直流工作状态。
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