第03章 半导体三极管及其放大 电路基础

模拟电子技术基础电子教案 V1.0 第 3章3 半导体三极管及其放大电路基础3.1 半导体三极管3.2 共发射极放大电路3.3 放大电路的基本分析方法3.4 放大电路静态工作点的稳定问题3.5 共集电极放大电路和共基极放大电路3.6 放大电路的频率响应33.1 半导体三极管3.1.1 三极管的结构3.1.2 三极管的工作原理3.1.3 三极管的伏安特性曲线3.1.4 三极管的主要参数图 3.1.1 几种三极管的外形4图 3.1.2 NPN三极管的结构和符号3.1.1 三极管的结构3.1 半导体三极管1. NPN三极管(c) NPN管的符号(a) NPN管的结构示意图(b) NPN管的管芯结构剖面示意图5图 3.1.3 PNP三极管的结构和符号3.1 半导体三极管2. PNP三极管3.1.1 三极管的结构(a) PNP管的符号 (b) PNP管的结构示意图6图 3.1.4 三极管内部载流子的传输过程1. 三极管内部载流子的传输过程3.1.2 三极管的工作原理3.1 半导体三极管发射结加正偏电压集电结加反偏电压(1) 发射区向基区注入载流子(2) 载流子在基区扩散与复合 (3) 集电区收集载流子 ICN注意：少数载流子的漂移运动 ICBO 7(a)共基极 (b)共发射极 (c)共集电极图 3.1.5 BJT 的三种连接方式（或称为三种组态） 3.1.2 三极管的工作原理2. 三极管的电流分配关系注意：无论是哪种连接方式，要使三极管有 放大作用 ，都必须保证 发射结正偏 、 集电结反偏 ，则三极管内部载流子的运动和分配过程，以及各电极的电流将不随连接方式的变化而变化。 电流传输关系 : 输出端电流与输入端电流之间的关系。 8(1) 共基极组态的电流传输关系3.1.2 三极管的工作原理2. 三极管的电流分配关系定义 为共基极直流电流放大系数 图 3.1.5 BJT 的三种连接方式图 3.1.4 三极管内部载流子的传输过程注意 :的数值仅与三极管的几何尺寸和掺杂浓度有关。显然 1，一般在 0.90.99之间。9(2) 共发射极组态的电流传输关系3.1.2 三极管的工作原理2. 三极管的电流分配关系将 IE IC+IB代入式图 3.1.5 BJT 的三种连接方式令 为共射极直流电流放大系数 注意 :的数值也仅与三极管的几何尺寸和掺杂浓度有关。一般在 50300之间。ICEO称为穿透电流（为基极开路时，集电极与发射极之间的反向饱和电流）10图 3.1.7 共射极连接时的输入特性曲线1. 共发射极连接时的特性曲线(1) 输入特性曲线3.1.3 三极管的伏安特性曲线3.1 半导体三极管图 3.1.6 共发射极连接11图 3.1.8 共射极连接时的输出特性曲线1. 共发射极连接时的特性曲线(2) 输出特性曲线3.1 半导体三极管图 3.1.6 共发射极连接3.1.3 三极管的伏安特性曲线122. 温度对三极管特性的影响3.1 半导体三极管3.1.3 三极管的伏安特性曲线图 3.1.9 温度对三极管输出特性的影响(1) 温度对 VBE的影响 (2) 温度对 ICBO的影响 (3) 温度对 的影响 温度每升高 1 ， vBE减小 2mV2.5mV。 温度每升高 10 ， ICBO约增加一倍 温度每升高 1 ， 值约增大 0.5%1%。 当温度升高时， VBE将减小， ICBO、 ICEO、 都将增大，使输出特性曲线上移，而各条曲线间的距离加大，如图 3.1.9中的虚线所示。133.1.4 三极管的主要参数3.1 半导体三极管1. 电流放大系数 (1) 共发射极直流电流放大系数(2) 共发射极交流电流放大系数 (3) 共基极直流电流放大系数(4) 共基极直流电流放大系数 2. 极间反向电流(1)集电极基极反向饱和电流 ICBO(2) 集电极发射极反向饱和电流 ICEO3. 极限参数143.1.4 三极管的主要参数3.1 半导体三极管3. 极限参数(1) 集电极最大允许电流 ICM(2) 集电极最大允许耗散功率 PCM(3) 反向击穿电压 图 3.1.10 三极管的极限损耗线 V(BR)EBO V(BR)CBO V(BR)CEO 153.2 共发射极放大电路3.2.1 共射极放大电路的组成3.2.2 放大电路的两种工作状态1. 静态2. 动态 163.2.1 共射极放大电路的组成3.2 共发射极放大电路图 3.2.1 共射极放大电路1. 电路组成173.2.1 共射极放大电路的组成3.2 共发射极放大电路图 3.2.1 共射极放大电路2. 工作原理图 3.2.4 基本共射极放大电路的波形图18图 3.2.2 共射极放大电路习惯画法3.2.1 共射极放大电路的组成3.2 共发射极放大电路图 3.2.1 共射极放大电路3. 习惯画法19静态图 3.2.3 图 3.2.2电路的直流通路 3.2.2 放大电路的两种工作状态3.2 共发射极放大电路图 3.2.2 共射极放大电路习惯画法3.2.5 图 3.2.2电路的交流通路动态 1.静态 : 当 vi 0时，放大电路处于静态或直流工作状态 (静态工作点 Q)。 2.动态 : 当有正弦输入信号时，电路将处在动态工作情况。 201. 静态 近似计算法 求 静态工作点 Q： (1) 画出直流通路，标出各支路电流。 (2) 由基极 发射极回路求 IBQ 简化为 (3) 由三极管电流分配关系可得ICQ= IBQ (4) 由集电极 发射极回路求 VCEQVCEQ=VCC ICQRC 3.2.2 放大电路的两种工作状态3.2 共发射极放大电路图 3.2.2 共射极放大电路习惯画法图 3.2.3 图 3.2.2电路的直流通路 vi 0（短路），耦合电容开路 213.2.2 放大电路的两种工作状态3.2 共发射极放大电路图 3.2.2 共射极放大电路习惯画法2. 动态3.2.5 图 3.2.2电路的交流通路画交流通路的原则是： (1) 隔直电容可视为短路。(2) 直流电压源内阻很小可视为短路；直流电流源内阻很大可视为开路。放大电路的动态分析方法有： (1) 图解法(2) 微变等效电路法223.3 放大电路的基本分析方法3.3.1 图解法3.3.2 微变等效电路法233.3.1 图解法图 3.3.1 共射极放大电路原理图 图解法三极管非线性部分3.2 共发射极放大电路在三极管的伏安特性曲线上，通过作图对放大电路的静态及动态进行分析。 图解法分析思路 将电路分成三部分输入回路线性部分输出回路线性部分 输入回路求解 vBE、 iB 输出回路求解 iC 、 vCE直线 : 输入回路线性部分非线性曲线 : 三极管输入特性直线 : 输出回路线性部分非线性曲线 : 三极管输出特性交点交点241. 静态工作点的图解分析3.3.1 图解法 在输入回路中 :vBE = VBB iBRb (b)输出回路的图解分析 (a)输入回路的图解分析图 3.3.2 静态工作点的图解分析三极管输入特性曲线输入回路线性部分的方程交点 静态工作点 Q （ IBQ、 VBEQ）输入直流负载线253.3.1 图解法 在输出回路中 :vCE = VCC iCRc (b)输出回路的图解分析 (a)输入回路的图解分析图 3.3.2 静态工作点的图解分析三极管 一条 输出特性曲线输出回路线性部分的方程交点 静态工作点 Q（ ICQ、 VCEQ）直流负载线1. 静态工作点的图解分析262. 动态工作情况的图解分析3.3.1 图解法动态图解分析是在静态分析的基础上进行的，分析步骤如下： (1) 根据 vi的波形在三极管的输入特性曲线图上画出的 iB波形 vBE = VBEQ + vi = VBB iBRb + vi 图 3.3.3 动态工作情况的图解分析27图 3.3.3 动态工作情况的图解分析2. 动态工作情况的图解分析3.3.1 图解法(2) 根据 iB的变化在输出特性曲线图上画出 iC和 vCE的波形 注意 : 动态时工作点移动的轨迹是交流负载线， (3) 电压增益的确定 28图 3.3.3 动态工作情况的图解分析2. 动态工作情况的图解分析3.3.1 图解法关于 交流负载线 有两个特点： 图 3.3.3 交流通路 它必然通过静态工作点 Q ； 其斜率为 1/R L 由交流通路可得 :所以交流负载线方程为 :293. 波形非线性失真的图解分析图 3.3.5 共射极放大电路的截止失真(a) 输入回路的失