第8章半導體三極管及其放大電路重點課件

基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點：集電區(qū)：面積最大1基區(qū)：最薄，發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP1.發(fā)射區(qū)高摻雜。2.基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。

三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。3.集電結(jié)面積大。NecNPb二氧化硅集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)2三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP1.發(fā)射區(qū)becRcRb三極管中載流子運動過程IEIB1.發(fā)射發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴散到發(fā)射區(qū)—形成發(fā)射極電流

IE

(基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略)。2.復合和擴散電子到達基區(qū)，少數(shù)與空穴復合形成基極電流Ibn。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴散，到達集電結(jié)的一側(cè)。圖三極管中載流子的運動3becRcRb三極管中載流子運動過程IEIB1.發(fā)射becIEIBRbRc三極管中載流子運動過程3.收集集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴散過來的電子而形成集電極電流

Icn。

IC

另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場的作用下將進行漂移運動而形成反向飽和電流，用ICBO表示。ICBO圖三極管中載流子的運動4becIEIBRbRc三極管中載流子運動過程3.收1.輸入特性特點:非線性開啟電壓：硅管0.5V，鍺管0.2V。IB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE＝0VOUCE1V51.輸入特性特點:非線性開啟電壓：硅管0.5V，鍺管0.2.輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個工作區(qū)：放大、飽和、截止(1)放大區(qū)在放大區(qū)有IC=

IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。62.輸出特性IB=020A40A60A80A10IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域為截止區(qū)，有IC0

。在截止區(qū)發(fā)射結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于截止狀態(tài)。飽和區(qū)截止區(qū)（3）飽和區(qū)發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。當UCE

UBE時，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，

IB

IC，7IB=020A40A60A80A100A36IC(小結(jié)：輸出特性三個區(qū)域的特點:(1)放大區(qū)BE結(jié)正偏，BC結(jié)反偏，IC=IB,且

IC=

IB(2)飽和區(qū)BE結(jié)正偏，BC結(jié)正偏，即UCEUBE

，

IB>IC，(3)截止區(qū)UBE<開啟電壓，IB=0，IC=ICEO0

8小結(jié)：輸出特性三個區(qū)域的特點:(1)放大區(qū)(2)飽和區(qū)(

測量三極管三個電極對地電位，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大Vc>Vb>Ve放大Vc<Vb<Ve發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反偏。發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。例1：9測量三極管三個電極對地電位，試判斷三極管的工作狀8.2.1基本放大電路的組成一基本放大電路各元件作用晶體管T--放大元件,iC=iB。要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使晶體管工作在放大區(qū)?；鶚O電源EB與基極電阻RB--使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當?shù)幕鶚O電流。共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE108.2.1基本放大電路的組成一基本放大電路各元件作用集電極電源EC--為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC--將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。耦合電容C1、C2--隔離直流信號放大電路與輸入/輸出的聯(lián)系，同時使交流信號順利輸入/輸出。信號源共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE負載11集電極電源EC--為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極ICUCEOIBUBEO結(jié)論：(1)無輸入信號電壓時，三極管各電極都是恒定的電壓和電流:IB、UBE和IC、UCE。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點，稱為靜態(tài)工作點。QIBUBEQUCEIC12ICUCEOIBUBEO結(jié)論：(1)無輸入信號電壓時，三UBEIB無輸入信號(ui

=0)時:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有輸入信號(ui

≠0)時uCE=UCC－iC

RCuo

0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoICui+–+UCCRBRCC1C2T++uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO有輸入信號(ui

0)時13UBEIB無輸入信號(ui=0)時:uo=0？有結(jié)論：(2)加上輸入信號電壓后，各電極電流和電壓的大小均發(fā)生了變化，都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個交流量，但方向始終不變。+集電極電流直流分量交流分量動態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析14結(jié)論：(2)加上輸入信號電壓后，各電極電流和電壓的大+集電放大電路工作原理：(1)ui直接加在三極管T的基極和發(fā)射極之間，引起基極電流iB作相應(yīng)的變化。(2)通過T的電流放大作用，T的集電極電流iC也將變化。(3)iC的變化引起T的集電極和發(fā)射極之間的電壓uCE變化。(4)uCE中的交流分量uce經(jīng)過C2暢通地傳送給負載RL，成為輸出交流電壓uo,，實現(xiàn)了電壓放大作用。

15放大電路工作原理：15將電路中的所有電容視為開路。直流通路：無信號時直流成分（直流電流）的通路，用來計算靜態(tài)工作點（IBQ、ICQ、UCEQ）。交流通路：有信號時交流成分（變化量）的通路，用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。將電路中的所有電容和直流電壓源視為短路。16將電路中的所有電容視為開路。直流通路：無信號時直流成分（+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE例：畫出下圖放大電路的直流通路直流通路直流通路用來計算靜態(tài)工作點Q(IBQ、ICQ、UCEQ)對直流信號電容C可看作開路（即將電容斷開）斷開斷開+UCCRBRCT++–UBEQUCEQ–ICQIBQIE17+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+RBRCuiuORLRSes++–+––對交流信號(有輸入信號ui時的交流分量)XC0，C可看作短路。直流電源對交流可看作短路。交流通路用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE短路短路對地短路18RBRCuiuORLRSes++–+––對交流信號(有輸入信硅管UBEQ=0.7V鍺管UBEQ=0.3VICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RC8.2.3靜態(tài)工作點的近似計算重點bceIBQICQUCEQ19硅管UBEQ=0.7VICQIBQUCEQ(二)圖解分析動態(tài)1.交流通路的輸出回路圖輸出回路的外電路是Rc和RL的并聯(lián)。2.交流負載線交流負載線交流負載線斜率為：OIBiC

/mAuCE

/VQ靜態(tài)工作點圖(b)20(二)圖解分析動態(tài)1.交流通路的輸出回路圖3.動態(tài)工作情況圖解分析圖(a)輸入回路工作情況0.680.72

uBE

iBtQ000.7t6040200uBE/ViB/μAuBE/ViBUBE根據(jù)輸入電壓的變化范圍確定輸入電流的變化范圍213.動態(tài)工作情況圖解分析圖(a)輸入回路工作情況0.68交流負載線直流負載線4.57.5

uCE912t0ICQiC

/mA0IB=40μA2060804Q260uCE/ViC

/mA0tuCE/VUCEQ

iC圖(b)

輸出回路工作情況分析根據(jù)輸入電流的變化范圍確定集電極電流和輸出電壓的變化范圍以及相應(yīng)的輸出波形22交流負載線直流負載線4.57.5uCE912t0ICQiC(一)用圖解法分析非線性失真1.靜態(tài)工作點過低，引起iB、iC、uCE的波形失真ibui結(jié)論：iB波形失真OQOttOuBE/ViB/μAuBE/ViB/μAIBQ——截止失真二、圖解法的應(yīng)用23(一)用圖解法分析非線性失真1.靜態(tài)工作點過低，引起iC

、uCE

(uo

)波形失真NPN管截止失真時的輸出uo波形。uo=

uceOiCtOOQ

tuCE/VuCE/ViC

/mAICQUCEQuo頂部失真24iC、uCE(uo)波形失真NPN管截止失真時的輸(二)用圖解法分析電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響1.改變Rb，保持VCC，Rc，

不變；OIBiCuCE

Q1Rb增大，Rb減小，Q點下移；Q點上移；Q2OIBiCuCE

Q1Q32.改變VCC，保持Rb，Rc，

不變；升高VCC，直流負載線平行右移，動態(tài)工作范圍增大，但管子的動態(tài)功耗也增大。Q2圖(a)圖(b)25(二)用圖解法分析電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響1.改變3.改變Rc，保持Rb，VCC，

不變；4.改變

，保持Rb，Rc，VCC

不變；增大Rc，直流負載線斜率改變，則Q點向飽和區(qū)移近。OIBiCuCE

Q1Q2OIBiCuCE

Q1Q2增大

，ICQ增大，UCEQ減小，則Q點移近飽和區(qū)。圖(c)圖(d)263.改變Rc，保持Rb，VCC，不變；4例：接有發(fā)射極電阻的單管放大電路，計算電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻。C1RcRb+VCCC2RL+

++VT+

Re圖

接有發(fā)射極電阻的放大電路微變等效電路法的應(yīng)用rbe

bcRcRLRb+

Ree+

27例：接有發(fā)射極電阻的單管放大電路，計算電壓放大倍數(shù)和輸入根據(jù)微變等效電路列方程引入發(fā)射極電阻后，降低了。重點rbe

bcRcRLRb+

Ree+

28根據(jù)微變等效電路列方程引入發(fā)射極電阻后，降低8.3.2靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路一、電路組成——分壓式偏置電路C1RcRb2+VCCC2RL+

+++

+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB

分壓式工作點穩(wěn)定電路由于UBQ不隨溫度變化，——電流負反饋式工作點穩(wěn)定電路

T

ICQ

IEQ

UEQ

UBEQ

(=UBQ–UEQ)

IBQ

ICQ

298.3.2靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路一、電路組成——分壓式偏置電路說明：1.Re愈大，同樣的

IEQ產(chǎn)生的

UEQ愈大，則溫度穩(wěn)定性愈好。但Re增大，UEQ增大，要保持輸出量不變，必須增大VCC。2.接入Re，電壓放大倍數(shù)將大大降低。在Re兩端并聯(lián)大電容Ce，交流電壓降可以忽略，則Au基本無影響。Ce稱旁路電容

C1RcRb2+VCCC2RL+

+++

+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB

分壓式工作點穩(wěn)定電路30說明：1.Re愈大，同樣的IEQ產(chǎn)生的UE二、靜態(tài)與動態(tài)分析靜態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+

+++

+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于IR>>IBQ，可得(估算)靜態(tài)基極電流Rb2Rb1IBQIRIEQICQ重點31二、靜態(tài)與動態(tài)分析靜態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL++動態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+

+++

+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiRcRb2+VCCRL+

+

uiuoRb1Re重點rbe

ebcRcRL+

+

Rb2Rb1微變等效電路：32動態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb2.放大電路的輸入電阻引入Re后，輸入電阻增大了。3.放大電路的輸出電阻重點rbe

bcRcRLRb+

Ree+

332.放大電路的輸入電阻引入Re后，輸入電阻增大了。8.5放大電路的負反饋凡是將放大電路輸出端的信號（電壓或電流）的一部分或全部引回到輸入端，與輸入信號迭加，就稱為反饋。若引回的信號削弱了輸入信號，就稱為負反饋。若引回的信號增強了輸入信號，就稱為正反饋。1、反饋：2、反饋的極性3、交流反饋和直流反饋

反饋信號只有交流成分時為交流反饋，反饋信號只有直流成分時為直流反饋，既有交流成分又有直流成分時為交直流反饋。8.5.1反饋的概念：348.5放大電路的負反饋凡是將放大電路輸出端的信號負反饋的類型(反饋組態(tài)）:一、電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反饋信號取自輸出電壓信號。8.5.2負反饋的類型及分析方法一般從后級放大器的集電極采樣。一般從后級放大器的發(fā)射極采樣。電流反饋：反饋信號取自輸出電流信號。重點35負反饋的類型(反饋組態(tài)）:一、電壓反饋和電流反饋電壓反饋：反RLuoRLuo電壓反饋采樣的兩種形式：采樣電阻很大一般從后級放大器的集電極采樣。36RLuoRLuo電壓反饋采樣的兩種形式：采樣電阻很大一般從后電流反饋采樣的兩種形式：RLioiERLio