三極管放大原理

1、三極管放大原理第1頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日國產(chǎn)三極管的命名方式3 D G 6三極管表示器件材料和極性高頻管設(shè)計(jì)序號A：PNP鍺材料B：NPN鍺材料D：NPN硅材料C：PNP硅材料第2頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日三極管的不同封裝形式金屬封裝塑料封裝大功率管中功率管第3頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。兩種類型的三極管發(fā)射結(jié)(Je) 集電結(jié)(Jc) 基極，用B或b表示（Base） 發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；集電極，用C或c表示（Colle

2、ctor）。 發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)三極管符號三極管的結(jié)構(gòu)第4頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 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； 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。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖第5頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日三極管的電流分配與放大作用正常放大時(shí)外加偏置電壓的要求bc結(jié)反偏be結(jié)正偏問：若為PNP管，圖中電源極性如何？發(fā)射結(jié)應(yīng)加正向電壓（正向偏置）集電結(jié)應(yīng)加反向電壓（反向偏置）第6頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日三極管內(nèi)載流子的傳輸過程動(dòng)畫21第7頁，共38頁，2022年

3、，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日三極管內(nèi)載流子的傳輸過程2.電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合3.集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的電子另外,基區(qū)集電區(qū)本身存在的少子，在集電結(jié)上存在漂移運(yùn)動(dòng)，由此形成電流ICBO三極管內(nèi)有兩種載流子參與導(dǎo)電，故稱此種三極管為雙極型三極管，記為BJT1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子第8頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日IE=IBIC三極管三個(gè)電極間的分配關(guān)系IE=IBNICNIB=IBNICBOIC=ICNICBO第9頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日較大的iE如(1mA)VO= iCRL(較大)iC(較大)如(0.98mA)較小VI如(20mV)三極管的

4、放大作用正向時(shí)PN結(jié)電流與電壓成指數(shù)關(guān)系VO iB=IB+iBiC=iE=IC+iCiE=IE+iE+-+_ecbRLVI電壓放大倍數(shù)三極管基區(qū)的電流傳遞作用第10頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日三極管的放大作用,主要是依靠它的IE能通過基區(qū)傳輸,然后順利到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。故要保證此傳輸,一方面要滿足內(nèi)部條件,即發(fā)射區(qū)摻雜濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)摻雜濃度,基區(qū)要薄;另一方面要滿足外部條件,即發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)要反偏。輸入電壓的變化,是通過其改變輸入電流,再通過輸入電流的傳輸去控制輸出電壓的變化,所以是一種電流控制器件。兩個(gè)要點(diǎn)第11頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分

5、，星期日2.2.2 三極管的特性三極管在電路中的連接方式共基極連接共集電極連接共發(fā)射極連接第12頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日三極管的特性曲線特性曲線是指各電極之間的電壓與電流之間的關(guān)系曲線概念輸入特性曲線輸出特性曲線第13頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日vCE = 0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) 當(dāng)集電結(jié)進(jìn)入反偏狀態(tài)時(shí)， vCB= vCE - vBE隨著 vCE的增大而增大，集電結(jié)的反偏加強(qiáng)。由于基區(qū)的寬度調(diào)制效應(yīng)，基區(qū)變窄，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下 IB減小，特

6、性曲線右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 當(dāng)vCE=0V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 BJT的特性曲線（以共射極放大電路為例）輸入電流與輸入電壓間的關(guān)系曲線當(dāng) vCE1V以后，由于集電結(jié)的反偏電壓可以在單位時(shí)間內(nèi)將所有到達(dá)集電結(jié)邊上的載流子拉到集電極，故iC不隨vCE變化，所以同樣的vBE下的 iB不變，特性曲線幾乎重疊。第14頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日iC=f(vCE) iB=const2. 輸出特性曲線 BJT的特性曲線輸出電流與輸出電壓間的關(guān)系曲線+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域

7、:飽和區(qū)： 的區(qū)域，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 iC明顯受vCE控制的區(qū)域，但不隨iB的增加而增大。在飽和區(qū)，可近似認(rèn)為 vCE保持不變。對于小功率硅管，一般vCES0.2V。放大區(qū)：此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。iC不隨vCE變化，但隨iB的增大而線性增大，且截止區(qū)：iB=0的輸出曲線以下的區(qū)域。此時(shí)， 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏。iC只有很小的反向電流。第15頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日如何判斷三極管的電極、管型和材料 發(fā)射結(jié)處于正向偏置，且對于硅管|VBE|=0.7V，鍺管|VBE|=0.2V；集電結(jié)處于反向偏置，且|VCB|1V；NPN管集電極電位比發(fā)射極電位高，PN

8、P管集電極電位比發(fā)射極電位低。當(dāng)三極管在電路中處于放大狀態(tài)時(shí)第16頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日例題一個(gè)BJT在電路中處于正常放大狀態(tài)，測得A、B和C三個(gè)管腳對地的直流電位分別為6V，0.6V，1.3V。試判別三個(gè)管腳的極名、是硅管還是鍺管？NPN型還是PNP型？集電極管子為NPN管C基極，B發(fā)射極另一例題參見P30第17頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日2.2.3 三極管的主要參數(shù)三極管的參數(shù)是用來表征管子性能優(yōu)劣適應(yīng)范圍的，是選管的依據(jù)，共有以下三大類參數(shù)。電流放大系數(shù)極間反向電流極限參數(shù)第18頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期

9、日電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù) bb=DIC/DIBvCE=constb=IC / IB | vCE =const直流電流放大系數(shù) b共射電流放大系數(shù)+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE第19頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù) =iC/iE=IC/IE共基電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)第20頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日與間的關(guān)系第21頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日 (2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 極間反向電流ICEO (1) 集電極

10、基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。 即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。 ICEO也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。第22頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日極限參數(shù)集電極最大允許電流ICM集電極最大允許功率損耗PCM 三極管正常工作時(shí)集電極所允許的最大工作電流PCM值與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度愈高，則PCM值愈小。當(dāng)超過此值時(shí)，管子性能將變壞或燒毀。第23頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日反向擊穿電壓V(BR)EBO：集電極開路時(shí)發(fā)射極-基極間的反向擊穿電壓。V(BR)CBO：發(fā)射極開路時(shí)集電極-基極間的反向擊穿電壓。

11、V(BR)CEO：基極開路時(shí)集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓第24頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日安全工作區(qū)由ICM、V(BR)CEO、及PCM三個(gè)極限參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū)圖。第25頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日2.2.4 三極管的模型三極管的簡化直流模型截止模型飽和模型放大模型第26頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日建立小信號模型的意義建立小信號模型的思路 當(dāng)放大電路的輸入信號電壓很小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來處理。 由于三極管是非線性

12、器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。三極管的小信號模型第27頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日三極管的小信號模型H參數(shù)的引出將共射連接三極管看成一雙端口網(wǎng)絡(luò)輸入輸出端口的函數(shù)表達(dá)式ebc第28頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日對輸入輸出端口的兩函數(shù)表達(dá)式求微分用相關(guān)符號取代上式中的微分量后得微分量用交流量取代，偏微分量用H參數(shù)取代第29頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日H參數(shù)物理含義輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻，即 rbe。 輸入端交流開路時(shí)的反向電壓傳輸系

13、數(shù)，即 輸出端交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)，即。輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)，即1 / rce。第30頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日根據(jù)可得小信號模型BJT的H參數(shù)模型vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)H參數(shù)等效電路第31頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日H參數(shù)等效電路中需注意的幾點(diǎn)h參數(shù)小信號模型是用于交流分析的，不能用于直流分析。h參數(shù)是在某個(gè)靜態(tài)工作點(diǎn)測得的，其數(shù)值與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)。h參數(shù)中的電流源和電壓源都是受控源，其方向不能隨意假定。第32頁，共38頁，2022年，5月2

14、0日，0點(diǎn)6分，星期日hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即 rbe= hie = hfe ur = hre rce= 1/hoe一般采用習(xí)慣符號則BJT的H參數(shù)模型為 ur很小，一般為10-310-4 ， rce很大，約為100k。故一般可忽略它們的影響，得到簡化電路 ib 是受控源 ，且為電流控制電流源(CCCS)。 電流方向與ib的方向是關(guān)聯(lián)的。 H參數(shù)簡化等效電路 ibicvceibvbeuT vcerbercer第33頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日 H參數(shù)的確定 一般用測試儀測出； rbe 與Q點(diǎn)有關(guān)，可用圖示儀測出。一般也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ ) re其中對于低頻小功率管 rb200 則 而 (T=300K) 第34頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日跨導(dǎo)gm衡量晶體管輸出電流隨輸入電壓變化的物理量概念：對于共射電路ebc第35頁，共38頁，2022年，5月20日，0點(diǎn)6分，星期日厄利電壓VA概念：反映iCvCE曲線在