BJT的電流分配與放大原理

1、圖313AX22低頻鍺3AD6低頻大功率管3DG6高頻硅http:/ 集電區(qū)N 發(fā)射區(qū)P 基區(qū)ebc集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電極發(fā)射極基極三區(qū)兩結(jié)三極下圖是NPN管的結(jié)構(gòu)及符號ebc圖33P 集電區(qū)P 發(fā)射區(qū)N 基區(qū)ebc集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電極發(fā)射極基極PNP管的結(jié)構(gòu)及符號如下：符號中的箭頭表示BJT導(dǎo)通時的電流方向bec放大的條件：內(nèi)部條件：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：外部條件：發(fā)射結(jié)正偏；集電結(jié)反偏。NNPJeJcV0VEEV0+VCC1. BJT內(nèi)部載流子的傳輸圖34 bVEEIBeIEcVCCIC電子流復(fù)合圖35 IBbVEEVCCecIEICNNP電子流BI ICBO

2、InC2. 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)。EnCII發(fā)射極注入的電流傳輸?shù)郊姌O的電流CBOnCCIII代入CBOECIII通常忽略 ICBOECII一般為 0.9 0.99假設(shè) =0.99，則發(fā)射100個電子，擴(kuò)散99個，復(fù)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。圖36EICIEEVCCVb. 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。

3、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。圖37VBBRbVCCICRcIBPNNb. 下面推導(dǎo)IC和IB的關(guān)系IE = IB + ICCBOECIII代入CBOCBCIIII1 令CBOBC)1( III則整理式得11CBOBCIIICBOCEO)1( II令I(lǐng)CEO：基極開路，c流到e的電流，稱穿透電流把 ICEO 代入，得CEOBCIII忽略ICEO BC IIc. 之實質(zhì)BnCEE)1(1IIII共射電流放大系數(shù)為擴(kuò)散電子數(shù)/復(fù)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

4、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：1ECIIBCII圖38vBEvCEiCiBPNNvBE(V)iB(mA)C25802040600.8O1. 輸入特性曲線常數(shù)CE)(BEBvvfi圖39vCE=0VVCE 1V vCE = 0，相當(dāng)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。vCE(V)iC(A)C2543210 2

5、4 6 82. 輸出特性曲線常數(shù)B)(CECivfi圖310100806020iB=0ICE0iB=40(A) 先看iB=40A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(dāng)vCE 1V后， iC 大致與橫軸平行；CE0BC Iii1. 電流放大系數(shù)共射：BCEOCIII為直流電流放大系數(shù) 若IC ICEO 則BCII交流放大系數(shù)用 表示BCII如圖3115 .37A40A5 . 1m4040605 . 13 . 2vCE(V)iC(A)C2543210 2 4 6 8圖3112.31.5ICIBQ100806

6、040iB=20(A) 若滿足條件： ICEO很小時，可忽略； 管子工作在線性區(qū)。表示。，都用工程上則可以為共基：表示。，都用，同理，工程上不區(qū)別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：1A小功率鍺管：約為10A。圖312VCCeA+cb ICBO3. 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圖313VCCecb ICEOACBOCEO)1(II4. 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(dāng)電流超過ICM，管子性能下

7、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。例例31 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。2V2.7V6V2.2V5.3V6V4V1.2V1.4V(a)(b)(c)(a) NPN硅， e，b，c(b) PNP硅管， c，b，e(c) PNP鍺管， c，e，b解：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)

8、VB、VE、VC三個電位中，VC最低，是PNP管； VC最高，是NPN管。(4)PNP管： VC VBVBVE。以確定b, e極。 放大要求：幅度放大，波形不失真放大要求：幅度放大，波形不失真 放大實質(zhì)：實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換與控制放大實質(zhì)：實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換與控制 放大對象：交流量放大對象：交流量(即變化量即變化量)+Cb1Cb2Vi300k12V4k12VVBBVCCRCRBV0圖圖314VCC, VBB ：直流電源RC, RB ：分別為集電極負(fù)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

9、端，又叫參考點，此點電位為0。+Cb1Cb2Vi300k12V4k12VVBBVCCRCRBV0圖圖314 取VBB = VCC。見圖314(a) 省略電源VCC的符號，只標(biāo)出VCC的非接地端的電壓數(shù)值及極性。見圖314(b)+Cb1Cb2300kVCCRcRb4k12V+IBviv0(a)Cb1Rb300kRc4kCb2+VCCIBICec+12V(b)v0vi圖314靜態(tài)：靜態(tài)：當(dāng)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?fàn)顟B(tài)，簡稱靜態(tài)。靜態(tài)工作點靜態(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)：動態(tài)：

10、當(dāng)放大電路輸入信號后（vi0），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314(b)bBECCBRVVIVBE：硅管約為0.7V。 鍺管約為0.2V。一般 VCC VBEbCCB RVIBC IICCCCCERIVVCb1Rb300kRc4kCb2VCCIBICec12Vv0vi圖314 (b)2. 圖解法確定靜態(tài)工作點圖315 (a)+Cb1300kRbviVBB12VVCC12V4kRc+vCECb2+v0iBiC20F20F非線性電路部分線性電路部分顯然， 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

11、IB= 40A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 = VCCiC RCvCE(V)0 2 4 6 8 10 12100iC(mA)8060201432直流負(fù)載線 步驟：a. 作三極管的輸出特性曲線圖315(b)b. 作直流負(fù)載線vCE =12 4 iCc. 計算IBA40bCCBRVId. 確定Q點IB =40A所對應(yīng)的特性曲線和直流負(fù)載線的交點即Q點。 6v1.5mA A 40 CECBVIIQ點為：IB = 40(A)QIC=1.5MN圖316+Cb1300kRbviVBB12VVCC12V4kRc+vCECb2+iBiC+vBEttv0t目

12、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vCEtiCv0tviiBvi設(shè) vi = 0.02sint (V) 依vi 在輸入特性上求 iB。圖317iB(A)OtiB(A)vBE(V)204060 0.8OIBQQQvBE(V)OtVBEv0 = 3sint (V) 依iB在輸出特性上求iC 和vCEvCE(V)O 3 6 9 12100iC(mA)8060IB = 40Q201432MQQtiC(mA)ICtvCE(V)vceVCEOON圖317總結(jié)：a. iB = IB + ib iC = IC + ic vCE = VCE + vc

13、e它們?yōu)槊}動直流；（在直流量的基礎(chǔ)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(fù)載線輸出端接負(fù)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。+ VCC+12V4kRLCb2+iC20FCb120FRc4kRb300kiBviv0圖318 (a)Rb+ibviRLRc+v0icRc和 RL并聯(lián)，此并聯(lián)值為交流負(fù)載電阻LRLcL/ RRR圖318 (b) 作交流負(fù)載線由圖318(b)可見交流 v0 = vc

14、evce = ic RL交流量等于脈動直流量減直流量。vCE VCE = (iC Ic ) LRvCELLcCE RRIVCi交流負(fù)載線，此交流負(fù)載線斜率為L1R此交流負(fù)載線一定過Q點。Q1.5。的直線即為交流負(fù)載線點作斜率為過L1RQ交流負(fù)載線直流負(fù)載線vCE(V)0 3 6 9 12100iC(mA)8060IB = 40A20143256圖319斜率為 定出的負(fù)載線為直流負(fù)載線。C1R Q點的選擇：Q點應(yīng)選在交流負(fù)載線的中央點應(yīng)選在交流負(fù)載線的中央Q點選得太低，出現(xiàn)截止失真；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。點選得太高，出現(xiàn)飽和失真。3. BJT的三個工作區(qū)域圖320

15、 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I(xiàn)C = ICEO = 0 VCE =VCC管子c、e間如同斷開O 1 2 3 4 5 6 12 3 4vCE(V)iC(mA)40(A)080120160200Q2QQ1NM飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū) 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I(xiàn)C = IB VCE = VCC IC RC圖320O 1 2 3 4 5 6 12 3 4vCE(V)iC(mA)40(A)080120160200Q2QQ1NM飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū) 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 IC VCE = VCES = 0.3V(硅)VCE = VCES = 0.1V(鍺)管子c、e間如同短接圖320O 1 2 3 4 5 6 12 3 4vCE(V)i