BJT的電流分配與放大原理.ppt

3 1半導體BJT 一 BJT結(jié)構(gòu) 圖3 1 3AX22低頻鍺 3AD6低頻大功率管 3DG6高頻硅 圖3 2 三區(qū)兩結(jié)三極 下圖是NPN管的結(jié)構(gòu)及符號 圖3 3 PNP管的結(jié)構(gòu)及符號如下 符號中的箭頭表示BJT導通時的電流方向 二 BJT的電流分配與放大原理 放大的條件 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 外部條件 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 1 BJT內(nèi)部載流子的傳輸 圖3 4 2 電流分配關(guān)系 一個三極管制定后 發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子傳輸?shù)郊娊Y(jié)所占比例一定 這個比例系數(shù)用 表示 稱為共基極電流放大系數(shù) 代入 通常忽略ICBO 一般為0 9 0 99 假設 0 99 則發(fā)射100個電子 擴散99個 復合1個 3 共發(fā)射極連接方式 BJT的三種連接方式 a 共基極連接 信號從e極輸入 從集電極c輸出 b 共發(fā)射極連接 信號從b極輸入 從c極輸出 c 共集電極連接 信號從b極輸入 從e極輸出 共射連接方式的電流放大作用 a 由于VBB Rb的作用 發(fā)射結(jié)正偏 由于VCC VBB 調(diào)節(jié)Rc 使VCE VBE 則VC VB 集電結(jié)反偏 滿足放大的外部條件 b 下面推導IC和IB的關(guān)系 IE IB IC 代入 整理 式得 ICEO 基極開路 c流到e的電流 稱穿透電流 把ICEO代入 得 忽略ICEO c 之實質(zhì) 共射電流放大系數(shù)為擴散電子數(shù) 復合電子數(shù) 為幾十 幾百倍 若 0 99 則 99 共射電路具有電流放大作用 歸納 BJT滿足內(nèi)部條件和外部條件 具有放大作用 BJT的放大作用 按電流分配實現(xiàn) 稱之為電流控制元件 電流放大系數(shù) 共基電路 共射電路 三 BJT的特性曲線 共射連接 1 輸入特性曲線 圖3 9 vCE 0V VCE 1V vCE 0 相當于二極管的正向特性 vCE 1V后 vCE iC基本不變 iB亦基本不變 vCE 1V 曲線右移 原因是集電結(jié)反偏 iE大部分被拉到集電區(qū) iB 工程上vCE 1V的曲線即可代表vCE 1V的情況 2 輸出特性曲線 圖3 10 100 80 60 20 iB 0 ICE0 iB 40 A 先看iB 40 A的一條曲線 要想改變iC 得改變iB 這樣 得到一組曲線簇 vCE很小時 集電結(jié)反偏小 收集載流子能力弱 vCE iC 當vCE 1V后 iC大致與橫軸平行 四 BJT的主要參數(shù) 1 電流放大系數(shù) 共射 若IC ICEO則 交流放大系數(shù)用 表示 如圖3 11 若滿足條件 ICEO很小時 可忽略 管子工作在線性區(qū) 共基 2 集電極 基極反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路 c b間加上一定反向電壓時的反向電流 由少數(shù)載流子引起 硅管 1 A 小功率鍺管 約為10 A 3 集電極 發(fā)射極反向飽和電流ICE0 穿透電流 基極開路 c e間加一定反向電壓時的集電極電流 4 極限參數(shù) a 集電極最大允許電流ICM 三極管的參數(shù)變化不超過允許值時集電極允許的最大電流 當電流超過ICM 管子性能下降 甚至燒壞 b 集電極最大允許功率PCM 集電結(jié)上允許損耗功率的最大值 超過此值會使管子性能變壞或燒毀 c 反向擊穿電壓VBR 例3 1在晶體管放大電路中 測得三個晶體管的各個電極的電位如圖 試判斷各晶體管的類型 是NPN管還是PNP管 是硅管還鍺管 并區(qū)分e b c三個電極 a NPN硅 e b c b PNP硅管 c b e c PNP鍺管 c e b 解 1 依 VBE 0 7V 或 VBE 0 2V 確定硅還是鍺 2 找出c極 極間電壓不是0 7V或0 2V的為c極 3 VB VE VC三個電位中 VC最低 是PNP管 VC最高 是NPN管 4 PNP管 VCVB VE 以確定b e極 3 2共射極放大電路 放大要求 幅度放大 波形不失真 放大實質(zhì) 實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換與控制 放大對象 交流量 即變化量 一 電路 VCC VBB 直流電源 RC RB 分別為集電極負載電阻 基極偏置電阻 Cb1 Cb2 耦合電容 隔直濾交 極性 把交流短路 直流電位高的端接電容之正極 地 vi v0 VBB VCC之公共端 又叫參考點 此點電位為0 二 簡化電路 取VBB VCC 見圖3 14 a 省略電源VCC的符號 只標出VCC的非接地端的電壓數(shù)值及極性 見圖3 14 b 圖3 14 3 3圖解分析法 一 靜態(tài)工作情況分析 靜態(tài) 當放大電路vi 0時 電路中各處的電壓 電流都為直流 稱為直流工作狀態(tài)或靜止狀態(tài) 簡稱靜態(tài) 靜態(tài)工作點 靜態(tài)下 IB IC VCE在管子特性曲線上有一確定的點 此點為靜態(tài)工作點 又叫Q點 動態(tài) 當放大電路輸入信號后 vi 0 電路中各處的電壓 電流處于變動狀態(tài) 這時電路處于動態(tài)工作情況 簡稱動態(tài) 1 估算法確定靜態(tài)工作點 見圖3 14 b VBE 硅管約為0 7V 鍺管約為0 2V 一般VCC VBE 圖3 14 b 2 圖解法確定靜態(tài)工作點 圖3 15 a 顯然 既滿足特性曲線 又要滿足直線 曲線和直線的交點即Q點 思路 左邊為IB 40 A的一條特性曲線 iC與vCE是非線性關(guān)系 右邊iC與vCE是直線關(guān)系 VCE VCC iC RC 直流負載線 步驟 a 作三極管的輸出特性曲線 圖3 15 b b 作直流負載線 vCE 12 4iC c 計算IB d 確定Q點 IB 40 A所對應的特性曲線和直流負載線的交點即Q點 IB 40 A Q IC 1 5 二 動態(tài)工作情況分析 目的 得出v0與vi的相位關(guān)系和動態(tài)范圍 1 放大電路接入正弦信號時的工作情況 設vi 0 02sin t V 依vi在輸入特性上求iB 圖3 17 Q Q Q v0 3sin t V 依iB在輸出特性上求iC和vCE 圖3 17 總結(jié) a iB IB ibiC IC icvCE VCE vce 它們?yōu)槊}動直流 在直流量的基礎上迭加了一個交流量 b v0是與vi同頻率的正弦波 c v0與vi反相 此為共射電路特有的倒相作用 2 交流負載線 輸出端接負載 由于Cb2的隔直作用 不影響靜態(tài)工作點 但動態(tài)工作情況會發(fā)生變化 交流通路 不考慮直流 交流信號通過的路徑 原則 a 隔直電容視為短路 b VCC視為短路 圖3 18 a Rc和RL并聯(lián) 此并聯(lián)值為交流負載電阻 圖3 18 b 作交流負載線 由圖3 18 b 可見交流v0 vce vce ic RL 交流量等于脈動直流量減直流量 vCE VCE iC Ic 此交流負載線一定過Q點 Q 1 5 交流負載線 直流負載線 圖3 19 斜率為定出的負載線為直流負載線 Q點的選擇 Q點應選在交流負載線的中央 Q點選得太低 出現(xiàn)截止失真 Q點選得太高 出現(xiàn)飽和失真 3 BJT的三個工作區(qū)域 圖3 20 截止區(qū) IB 0以下部分為截止區(qū) 發(fā)射結(jié)零偏或反偏 IC ICEO 0VCE VCC 管子c e間如同斷開 放大區(qū) 線性區(qū) 平坦部分 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 IC IBVCE VCC ICRC 圖3 20 飽和區(qū) 輸出特性的上升和彎曲部分 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)正偏 IB ICVCE VCES 0 3V 硅 VCE VCES 0 1V 鍺 管子c e間如同短接 圖3 20 例3 2判斷下列管子的工作狀態(tài) 0 2V 3V a 0 0 7V 3V b 2 3V 3V 2 6