第四章三極管及放大電路4.1-4.2

1、4.1 半導(dǎo)體三極管（半導(dǎo)體三極管（BJT）4.2 共射極放大電路共射極放大電路4.3 圖解分析法圖解分析法4.4 小信號模型分析法小信號模型分析法4.5 放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題放大電路的工作點(diǎn)穩(wěn)定問題4.6 共集電極電路和共基極電路共集電極電路和共基極電路4.7 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)4.1.1 BJT的結(jié)構(gòu)簡介的結(jié)構(gòu)簡介4.1 半導(dǎo)體三極管（半導(dǎo)體三極管（BJT）4.1.2 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理4.1.3 BJT的特性曲線的特性曲線4.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)4.1.1 BJT的結(jié)構(gòu)簡介的結(jié)構(gòu)簡介 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖半導(dǎo)體三極管

2、的結(jié)構(gòu)示意圖如圖04.1.01所示。它有所示。它有兩種類型兩種類型:NPN型和型和PNP型。型。兩種類型的三極管兩種類型的三極管發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)(Je) 集電結(jié)集電結(jié)(Jc) 基極基極，用B或b表示（Base） 發(fā)射極發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；集電極集電極，用C或c表示（Collector）。 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)三極管符號三極管符號 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大； 基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且摻雜濃度最低。摻雜

3、濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖管芯結(jié)構(gòu)剖面圖4.1.2 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理1. 內(nèi)部載流子的傳輸過程內(nèi)部載流子的傳輸過程 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。 外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子基區(qū)：傳送和控制載流子 （以（以NPN為例）為例） 以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故

4、稱為雙參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管或極型三極管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 載流子的傳輸過程載流子的傳輸過程 IC= InC+ ICBOIE=IB+ IC載流子的傳輸過程載流子的傳輸過程發(fā)射。 (2) 擴(kuò)散和復(fù)合。 (1) (3) 收集。 IBRbUBBeIENPNICRcUCCcb圖 三極管中載流子的傳輸過程電流分配電流分配 IBRbUBBeIENPNICRcUCCcICnICBObIBn圖 三極管電流分配 2. 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系發(fā)射極注入電流發(fā)射極注入電流傳輸?shù)郊姌O的電流傳輸?shù)郊姌O的電流設(shè)設(shè) EnCII 即即根據(jù)傳輸過程可知根據(jù)傳輸過程

5、可知 IC= InC+ ICBO通常通常 IC ICBOECII 則則有有 為電流放大系數(shù)。為電流放大系數(shù)。它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)壓無關(guān)。一般。一般 = 0.9 0.99 。IE=IB+ IC載流子的傳輸過程載流子的傳輸過程 1 又設(shè)又設(shè)根據(jù)根據(jù)BCEOCIII 則則 是另一個(gè)電流放大系數(shù)。是另一個(gè)電流放大系數(shù)。同樣，它也只與管同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般一般 1 。IE=IB+ IC IC= InC+ ICBOEnCII 且令且令BCCEOC

6、IIII 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)ICEO= (1+ ) ICBO（穿透電流）（穿透電流）2. 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系3. 三極管的三種組態(tài)三極管的三種組態(tài)共集電極接法共集電極接法，集電極作為公共電極，用，集電極作為公共電極，用CC表示。表示。共基極接法共基極接法，基極作為公共電極，用基極作為公共電極，用CB表示；表示；共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；表示；BJT的三種組態(tài)的三種組態(tài)RLecb1k共基極放大電路共基極放大電路4. 放大作用放大作用若若 vI = 20mV使使當(dāng)則則電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)4920mVV98. 0IO vvAVVEEVCCVE

7、BIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iB iE = -1 mA， iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V， = 0.98 時(shí)，時(shí)，+-bceRL1k共射極放大電路共射極放大電路共射極放大電路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB vI = 20mV 設(shè)設(shè)若若則則電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)4920mVV98. 0IO vvAV iB = 20 A vO = - iC RL = -0.98 V， = 0.98使使4. 放大作用放大作用 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依綜上所述，三極管的放大作用，主要是依

8、靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是：實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是：（1）內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。向偏置。4.1.2 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理vCE = 0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) 當(dāng)當(dāng)vCE1V時(shí)，時(shí)， vCB=

9、vCE - - vBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收 集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 當(dāng)當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1. 輸入特性曲線輸入特性曲線4.1.3 BJT的特性曲線的特性曲線（以共射極放大電路為例）（以共射極放大電路為例）(3) 輸入特性曲線的三個(gè)部分輸入特性曲線的三個(gè)部分死區(qū)死區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)線性區(qū)1. 輸入特性曲線輸入特性曲線4.1.3 BJT的特性曲線的特性曲線飽和區(qū)

10、：飽和區(qū)：iC明顯受明顯受vCE控控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般一般vCE0.7V(硅管硅管)。此時(shí)，此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很電結(jié)正偏或反偏電壓很小小。iC=f(vCE) iB=const2. 2. 輸出特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域:4.1.3 BJT的特性曲線的特性曲線截止區(qū)：截止區(qū)：iC接近零的接近零的區(qū)域，相當(dāng)區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲的曲線的下方。此時(shí)，線的下方。此時(shí)， vBE小于死區(qū)電壓小于死區(qū)電壓。放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于vCE軸的軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，此時(shí)，發(fā)

11、射結(jié)正偏，集電發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏結(jié)反偏。4.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) ( (1)1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) (2) 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) = IC/ IB vCE=const4.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) (3) 共基極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基極交流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù) = IC/ IE VCB=const 當(dāng)當(dāng)ICBO和和

12、ICEO很小時(shí)，很小時(shí)， 、 ，可以不，可以不加區(qū)分。加區(qū)分。4.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) (2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 2. 極間反向電流極間反向電流ICEO (1) 集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。 4.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) 即輸出特性曲即輸出特性曲線線IB=0那條曲線所那條曲線所對應(yīng)的對應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。坐標(biāo)的數(shù)值。 ICEO也稱為集電極也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流

13、。發(fā)射極間穿透電流。 + b c e - A IE=0 VCC ICBO + b c e - VCC ICEO mA (1) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM(2) 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM PCM= ICVCE 4. 極限參數(shù)極限參數(shù)4.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)(3) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 V(BR)CBO發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR) EBO集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR)CEO基極開路時(shí)集電極和發(fā)射基極開路時(shí)集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。

14、極間的擊穿電壓。幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO 4. 極限參數(shù)極限參數(shù)4.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。 輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)4.1 BJT1. 既然既然BJT具有兩個(gè)具有兩個(gè)PN結(jié)，可否用兩個(gè)二極管相結(jié)，可否用兩個(gè)二極管相串聯(lián)以構(gòu)成一只串聯(lián)以構(gòu)成一只BJT，試說明其理由。，試說明其理由。2. 能否將能否將BJT的的e、c兩個(gè)電極交換使用

15、，為什么？兩個(gè)電極交換使用，為什么？4. BJT是電流控制器件，還是電壓控制器件？是電流控制器件，還是電壓控制器件？4. 放大電路輸出端增加的能量是從哪里來的？放大電路輸出端增加的能量是從哪里來的？4.2 共射極放大電路共射極放大電路 電路組成電路組成 簡化電路及習(xí)慣畫法簡化電路及習(xí)慣畫法 簡單工作原理簡單工作原理 放大電路的靜態(tài)和動態(tài)放大電路的靜態(tài)和動態(tài) 直流通路和交流通路直流通路和交流通路4.2 共射極放大電路共射極放大電路1. 電路組成電路組成輸入回路（基極回路）輸入回路（基極回路） VBB VCC vBE + c e b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 12

16、V 4k Cb1 + A O T Cb2 + O B vo + 輸出回路（集電極回路）輸出回路（集電極回路） VBB VCC vBE + c e b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 12V 4k Cb1 + A O T Cb2 + O B vo + 2. 簡化電路及習(xí)慣畫法簡化電路及習(xí)慣畫法習(xí)慣畫法習(xí)慣畫法 共射極基本放大電路共射極基本放大電路4.2 共共射極放射極放大電路大電路4. 簡單工作原理簡單工作原理Vi=0Vi=Vsin t4.2 共共射極放射極放大電路大電路電容的阻抗：設(shè)電容的阻抗：設(shè)Cb1=10uF，f=1kHz。 161010102121163b1b

17、1Cb1 fCCjZ O t iB O t iC O t vCE O t vo O t vi VBB VCC vBE vi + c e + b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 12V 4k Cb1 + A O T Cb2 + O B vo + O t iB O t iC O t vCE O t vo O t vi VBB VCC vBE vi + c e + b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 12V 4k Cb1 + A O T Cb2 + O B vo + 4. 放大電路的放大電路的靜態(tài)和動態(tài)靜態(tài)和動態(tài) 靜態(tài)：靜態(tài)：輸入信號為零（輸入

18、信號為零（v vi i= 0 = 0 或或 i ii i= 0= 0）時(shí)，）時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)直流工作狀態(tài)。 動態(tài)：動態(tài)：輸入信號不為零時(shí)，放大電路的工作輸入信號不為零時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)交流工作狀態(tài)。 電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管各個(gè)電極的電壓、電路處于靜態(tài)時(shí)，三極管各個(gè)電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點(diǎn)，稱為電流在特性曲線上確定為一點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)，常稱為常稱為Q點(diǎn)。一般用點(diǎn)。一般用IB、 IC和和VCE （或（或IBQ、ICQ和和VCEQ ）表示。）表示。4.2 共共射極放射極放大電路大電路 O t iB O t iC O t vCE O t vo O t vi VBB VCC vBE vi + c e + b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 12V 4k Cb1 + A O T Cb2 + O B vo + O t iB O t iC O t vCE O t vo O t vi VBB VCC vBE vi + c e + b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 12V 4k Cb1 + A O T C