BJT的电流分配与放大原理

1、图313AX22低频锗3AD6低频大功率管3DG6高频硅http:/ 集电区N 发射区P 基区ebc集电结发射结集电极发射极基极三区两结三极下图是NPN管的结构及符号ebc图33P 集电区P 发射区N 基区ebc集电结发射结集电极发射极基极PNP管的结构及符号如下：符号中的箭头表示BJT导通时的电流方向bec放大的条件：内部条件：内部条件：发射区掺杂浓度高；基区薄且掺杂浓度低。外部条件：外部条件：发射结正偏；集电结反偏。NNPJeJcV0VEEV0+VCC1. BJT内部载流子的传输图34 bVEEIBeIEcVCCIC电子流复合图35 IBbVEEVCCecIEICNNP电子流BI ICBO

2、InC2. 电流分配关系一个三极管制定后，发射区发射的电子传输到集电结所占比例一定，这个比例系数用表示，称为共基极电流放大系数。EnCII发射极注入的电流传输到集电极的电流CBOnCCIII代入CBOECIII通常忽略 ICBOECII一般为 0.9 0.99假设 =0.99，则发射100个电子，扩散99个，复合1个。3. 共发射极连接方式 BJT的三种连接方式a. 共基极连接信号从e极输入，从集电极c输出。图36EICIEEVCCVb. 共发射极连接：信号从b极输入，从c极输出c. 共集电极连接：信号从b极输入，从e极输出 共射连接方式的电流放大作用a. 由于VBB、Rb的作用，发射结正偏。

3、由于VCC VBB ，调节Rc，使VCE VBE，则VC VB， 集电结反偏满足放大的外部条件。图37VBBRbVCCICRcIBPNNb. 下面推导IC和IB的关系IE = IB + ICCBOECIII代入CBOCBCIIII1 令CBOBC)1( III则整理式得11CBOBCIIICBOCEO)1( II令ICEO：基极开路，c流到e的电流，称穿透电流把 ICEO 代入，得CEOBCIII忽略ICEO BC IIc. 之实质BnCEE)1(1IIII共射电流放大系数为扩散电子数/复合电子数 为几十 几百倍若 = 0.99，则 = 99 共射电路具有电流放大作用归纳： BJT满足内部条件

4、和外部条件，具有放大作用； BJT的放大作用，按电流分配实现，称之为电流控制元件； 电流放大系数共基电路：共射电路：1ECIIBCII图38vBEvCEiCiBPNNvBE(V)iB(mA)C25802040600.8O1. 输入特性曲线常数CE)(BEBvvfi图39vCE=0VVCE 1V vCE = 0，相当于二极管的正向特性 vCE 1V后， vCE， iC基本不变， iB亦基本不变 vCE = 1V，曲线右移（原因是集电结反偏， iE 大部分被拉到集电区， iB ） 工程上vCE = 1V的曲线即可代表vCE 1V的情况。vCE(V)iC(A)C2543210 2

5、4 6 82. 输出特性曲线常数B)(CECivfi图310100806020iB=0ICE0iB=40(A) 先看iB=40A的一条曲线 要想改变iC ，得改变iB ，这样，得到一组曲线簇；vCE 很小时，集电结反偏小，收集载流子能力弱， vCE iC 当vCE 1V后， iC 大致与横轴平行；CE0BC Iii1. 电流放大系数共射：BCEOCIII为直流电流放大系数 若IC ICEO 则BCII交流放大系数用 表示BCII如图3115 .37A40A5 . 1m4040605 . 13 . 2vCE(V)iC(A)C2543210 2 4 6 8图3112.31.5ICIBQ100806

6、040iB=20(A) 若满足条件： ICEO很小时，可忽略； 管子工作在线性区。表示。，都用工程上则可以为共基：表示。，都用，同理，工程上不区别2. 集电极基极反向饱和电流 ICBO发射极开路，c、b间加上一定反向电压时的反向电流，（由少数载流子引起）硅管：1A小功率锗管：约为10A。图312VCCeA+cb ICBO3. 集电极发射极反向饱和电流ICE0（穿透电流）基极开路，c、e间加一定反向电压时的集电极电流图313VCCecb ICEOACBOCEO)1(II4. 极限参数a. 集电极最大允许电流 ICM。三极管的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。当电流超过ICM，管子性能下

7、降，甚至烧坏。b. 集电极最大允许功率 PCM。集电结上允许损耗功率的最大值。超过此值会使管子性能变坏或烧毁。c. 反向击穿电压 VBR。例例31 在晶体管放大电路中，测得三个晶体管的各个电极的电位如图。试判断各晶体管的类型（是NPN管还是PNP管，是硅管还锗管），并区分e、b、c三个电极。2V2.7V6V2.2V5.3V6V4V1.2V1.4V(a)(b)(c)(a) NPN硅， e，b，c(b) PNP硅管， c，b，e(c) PNP锗管， c，e，b解：解：(1)依|VBE|=0.7V(或|VBE|= 0.2V)确定硅还是锗。(2)找出c极：极间电压不是0.7V或0.2V的为c极。(3)

8、VB、VE、VC三个电位中，VC最低，是PNP管； VC最高，是NPN管。(4)PNP管： VC VBVBVE。以确定b, e极。 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 放大实质：实现能量转换与控制放大实质：实现能量转换与控制 放大对象：交流量放大对象：交流量(即变化量即变化量)+Cb1Cb2Vi300k12V4k12VVBBVCCRCRBV0图图314VCC, VBB ：直流电源RC, RB ：分别为集电极负载电阻、基极偏置电阻Cb1, Cb2 ：耦合电容。（隔直滤交）极性：把交流短路，直流电位高的端接电容之正极：“ 地”。vi . v0 . VBB . VCC之公共

9、端，又叫参考点，此点电位为0。+Cb1Cb2Vi300k12V4k12VVBBVCCRCRBV0图图314 取VBB = VCC。见图314(a) 省略电源VCC的符号，只标出VCC的非接地端的电压数值及极性。见图314(b)+Cb1Cb2300kVCCRcRb4k12V+IBviv0(a)Cb1Rb300kRc4kCb2+VCCIBICec+12V(b)v0vi图314静态：静态：当放大电路vi=0时，电路中各处的电压、电流都为直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。静态工作点静态工作点：静态下，IB、 IC、 VCE在管子特性曲线上有一确定的点，此点为静态工作点，又叫Q点。动态：动态：

10、当放大电路输入信号后（vi0），电路中各处的电压、电流处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。1. 估算法确定静态工作点见图314(b)bBECCBRVVIVBE：硅管约为0.7V。 锗管约为0.2V。一般 VCC VBEbCCB RVIBC IICCCCCERIVVCb1Rb300kRc4kCb2VCCIBICec12Vv0vi图314 (b)2. 图解法确定静态工作点图315 (a)+Cb1300kRbviVBB12VVCC12V4kRc+vCECb2+v0iBiC20F20F非线性电路部分线性电路部分显然， 既满足特性曲线，又要满足直线， 曲线和直线的交点即Q点。思路：左边为

11、IB= 40A的一条特性曲线。iC与 vCE是非线性关系。右边iC与 vCE是直线关系。 VCE = VCCiC RCvCE(V)0 2 4 6 8 10 12100iC(mA)8060201432直流负载线 步骤：a. 作三极管的输出特性曲线图315(b)b. 作直流负载线vCE =12 4 iCc. 计算IBA40bCCBRVId. 确定Q点IB =40A所对应的特性曲线和直流负载线的交点即Q点。 6v1.5mA A 40 CECBVIIQ点为：IB = 40(A)QIC=1.5MN图316+Cb1300kRbviVBB12VVCC12V4kRc+vCECb2+iBiC+vBEttv0t目

12、的：得出v0与vi的相位关系和动态范围。1. 放大电路接入正弦信号时的工作情况vCEtiCv0tviiBvi设 vi = 0.02sint (V) 依vi 在输入特性上求 iB。图317iB(A)OtiB(A)vBE(V)204060 0.8OIBQQQvBE(V)OtVBEv0 = 3sint (V) 依iB在输出特性上求iC 和vCEvCE(V)O 3 6 9 12100iC(mA)8060IB = 40Q201432MQQtiC(mA)ICtvCE(V)vceVCEOON图317总结：a. iB = IB + ib iC = IC + ic vCE = VCE + vc

13、e它们为脉动直流；（在直流量的基础上迭加了 一个交流量）b. v0是与vi同频率的正弦波；c. v0与vi反相，此为共射电路特有的倒相作用。2. 交流负载线输出端接负载，由于Cb2的隔直作用，不影响静态工作点，但动态工作情况会发生变化。 交流通路： 不考虑直流，交流信号通过的路径。原则：a. 隔直电容视为短路；b. VCC视为短路。+ VCC+12V4kRLCb2+iC20FCb120FRc4kRb300kiBviv0图318 (a)Rb+ibviRLRc+v0icRc和 RL并联，此并联值为交流负载电阻LRLcL/ RRR图318 (b) 作交流负载线由图318(b)可见交流 v0 = vc

14、evce = ic RL交流量等于脉动直流量减直流量。vCE VCE = (iC Ic ) LRvCELLcCE RRIVCi交流负载线，此交流负载线斜率为L1R此交流负载线一定过Q点。Q1.5。的直线即为交流负载线点作斜率为过L1RQ交流负载线直流负载线vCE(V)0 3 6 9 12100iC(mA)8060IB = 40A20143256图319斜率为 定出的负载线为直流负载线。C1R Q点的选择：Q点应选在交流负载线的中央点应选在交流负载线的中央Q点选得太低，出现截止失真；点选得太低，出现截止失真；Q点选得太高，出现饱和失真。点选得太高，出现饱和失真。3. BJT的三个工作区域图320

15、 截止区：IB= 0以下部分为截止区发射结零偏或反偏IC = ICEO = 0 VCE =VCC管子c、e间如同断开O 1 2 3 4 5 6 12 3 4vCE(V)iC(mA)40(A)080120160200Q2QQ1NM饱和区放大区截止区 放大区：(线性区)平坦部分发射结正偏，集电结反偏IC = IB VCE = VCC IC RC图320O 1 2 3 4 5 6 12 3 4vCE(V)iC(mA)40(A)080120160200Q2QQ1NM饱和区放大区截止区 饱和区：输出特性的上升和弯曲部分发射结正偏，集电结正偏 IB IC VCE = VCES = 0.3V(硅)VCE = VCES = 0.1V(锗)管子c、e间如同短接图320O 1 2 3 4 5 6 12 3 4vCE(V)i