三极管ppt课件

1、4 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管4.2 4.2 根本共射极放大电路根本共射极放大电路4.3 4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.4 4.4 放大电路任务点的稳定问题放大电路任务点的稳定问题4.5 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路4.6 4.6 组合放大电路组合放大电路4.7 4.7 放大电路的频率呼应放大电路的频率呼应4.8 4.8 单级放大电路的的瞬态呼应单级放大电路的的瞬态呼应4.9 SPICE4.9 SPICE仿真例题仿真例题11

2、4 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-4.1.1 BJT的构造简介的构造简介NPPN结结二极管二极管PPNPN结结PN结结三极管三极管1.常见三极管的外形常见三极管的外形24 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-2.BJT的分类的分类按频率分按频率分高频管高频管中频管中频管低频管低频管按功率分按功率分大功率管大功率管中功率管中功率管小功率管小功率管按资料分按资料分硅管硅管锗管锗管按构造分按构造分NPN型管型管PNP型管型管

3、4.1.1 BJT的构造简介的构造简介34 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-3.3.两种两种BJTBJT类型及其符号类型及其符号 发射区发射区 发射极(e)集电区集电区基区基区 基极(b)集电极集电极(c)发射结发射结(Je) 集电结(Jc)箭头代表发射结正偏时箭头代表发射结正偏时流过发射结电流的实践方向。流过发射结电流的实践方向。4.1.1 BJT的构造简介的构造简介44 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-4. 4.

4、 三个区的作用：三个区的作用： 发射区发射区: 集电区集电区: 基区基区:向基区发射向基区发射(注入注入)载流子载流子NPN型型:注入电子注入电子PNP型型:注入空穴注入空穴控制由发射区注入到基区的多数载流子的传输和分配控制由发射区注入到基区的多数载流子的传输和分配搜集由发射区注入到基区的载流子搜集由发射区注入到基区的载流子.即即:集电区在基区的控制下集电区在基区的控制下搜集由发射区发射的多数搜集由发射区发射的多数载流子。载流子。4.1.1 BJT的构造简介的构造简介54 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-

5、5.5.构造特点：构造特点： 三个区的杂质浓度、半导体厚度及三个区的杂质浓度、半导体厚度及PNPN结的结面结的结面积均不同。积均不同。非对称构造的特点：非对称构造的特点： 发射区的掺杂浓度最高，杂质数量最多；基区掺杂浓度最低，杂质数量最少；集电区掺杂发射区的掺杂浓度最高，杂质数量最多；基区掺杂浓度最低，杂质数量最少；集电区掺杂浓度介于两者之间。浓度介于两者之间。 集电结的结面积很大；集电结的结面积很大；集电区很厚而基区很薄，普通在几个微米至几十集电区很厚而基区很薄，普通在几个微米至几十 个微米。个微米。4.1.1 BJT的构造简介的构造简介64 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大

6、电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管4.1.2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理BJT的任务形状：的任务形状： 根据三极管两个根据三极管两个PN结的偏置情况不同，可分为结的偏置情况不同，可分为四种形状、三种任务形状：四种形状、三种任务形状：1.发射结和集电结均反偏发射结和集电结均反偏2.发射结和集电结均正偏发射结和集电结均正偏3.发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏4.发射结反偏，集电结正偏发射结反偏，集电结正偏截止形状截止形状饱和形状饱和形状放大形状放大形状倒置形状倒置形状倒置形状是一种非任务形状。倒置形状是一种非任务形状。 三极管的放大作用是在一定的外部条

7、件控制下，经过载流子传输表达出来的。三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，经过载流子传输表达出来的。 发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。外部条件：外部条件：1.1.处于放大形状的处于放大形状的BJTBJT与外电路的衔接与外电路的衔接发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。原那么：原那么：cbeRbVBBIB使发射结正偏的外电路使发射结正偏的外电路: 基极电源基极电源VBB和和RbVCCRC使集电结反偏的外电路使集电结反偏的外电路:集电极电源集电极电源VCC和和Rc， 且且: VCC VBBICIE774 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1

8、4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-a.发射区向基区注入电子发射区向基区注入电子 构成发射极电流构成发射极电流IEN：因发射结正偏因发射结正偏,空间电荷区变薄空间电荷区变薄,分散运动分散运动加强加强,漂移运动减弱漂移运动减弱.发射区的多数载流子电子向基区分散。发射区的多数载流子电子向基区分散。因发射区外接电源的负极因发射区外接电源的负极,所以电源负极所以电源负极不断向发射区提供电子不断向发射区提供电子,从而构成发射极从而构成发射极电流电流IEN。IEN1构成发射极电流构成发射极电流IEVCCRCRbVBBNPNecbb.基区向发射区分散空穴基区向发射区分散空穴 构成发射极

9、电流构成发射极电流IEP：基区的多数载流子空穴向发射区分散。基区的多数载流子空穴向发射区分散。分散到发射区后被电源负极拉走，构成分散到发射区后被电源负极拉走，构成发射极电流发射极电流IEP。IEP可见：可见： IE=IEN+IEP因发射区杂质浓度远远大于基区的杂质浓因发射区杂质浓度远远大于基区的杂质浓度故度故:IENIEP故故: IE=IEN+IEPIEN2.2.处于放大形状的处于放大形状的BJTBJT内部载流子的运动内部载流子的运动4.1.2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理84 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(

10、BJT)(BJT)32-IEa.a.电子在基区复合构成基极电流电子在基区复合构成基极电流IBNIBN(2) (2) 发射区的电子注入到基区后的情况发射区的电子注入到基区后的情况由发射区分散到由发射区分散到 基区的电子有很少一部分和基基区的电子有很少一部分和基区的多数载流子空穴相遇而复合掉区的多数载流子空穴相遇而复合掉, ,因基区外接因基区外接电源的正极电源的正极, ,故电源故电源VBBVBB不断向基区提供空穴而不断向基区提供空穴而构成基极电流构成基极电流IBNIBN。IBN因基区的杂质浓度很低，因基区的杂质浓度很低， 故故IBN很小。很小。b.b.绝大多数没有复合掉的绝大多数没有复合掉的 电子

11、继续向集电结靠拢电子继续向集电结靠拢 分散。分散。2.2.处于放大形状的处于放大形状的BJTBJT内部载流子的运动内部载流子的运动4.1.2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理94 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-IEIBN=IEN+IEP(3) (3) 集电区搜集从发射区分散到基区集电区搜集从发射区分散到基区的大部分电子构成集电极电流的大部分电子构成集电极电流ICNICN因集电结反偏，故有利于少数载流子的漂移运动。因集电结反偏，故有利于少数载流子的漂移运动。由发射区分散到基区的电子成为基区的

12、少数由发射区分散到基区的电子成为基区的少数载流子称非平衡载流子。载流子称非平衡载流子。基区的非平衡载流子在集电结的作用下漂移到基区的非平衡载流子在集电结的作用下漂移到集电区，因集电区外接电源的正极，故电子被集电区，因集电区外接电源的正极，故电子被电源正极拉走构成集电极电流电源正极拉走构成集电极电流ICN。ICN可见：可见： IEN= ICN+ IBN2.2.处于放大形状的处于放大形状的BJTBJT内部载流子的运动内部载流子的运动4.1.2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理104 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJ

13、T)(BJT)32-IEIBN=IEN+IEPICN(4) (4) 集电极的反向电流集电极的反向电流因集电结反偏，故基区本身的少数载流子因集电结反偏，故基区本身的少数载流子-电子电子和集电区本身的少数载流子和集电区本身的少数载流子-空穴也要发生漂移空穴也要发生漂移运动构成电流运动构成电流ICBOICBO可见：可见：IB=IBN-ICBO IC=ICN+ICBOIB+IC=IBN+ICN=IEN2.2.处于放大形状的处于放大形状的BJTBJT内部载流子的运动内部载流子的运动4.1.2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理114 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4

14、.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-小小 结结 三极管内有两种载流子三极管内有两种载流子(自在电子和空穴自在电子和空穴)都参与导都参与导电，故称为双极型三极管。电，故称为双极型三极管。发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：搜集载流子集电区：搜集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 因多数载流子的分散而构成因多数载流子的分散而构成IEN、 IEP、 IBN、ICN；因少数载流子的漂移而构成；因少数载流子的漂移而构成ICBO。 IE=IEN+IEPIENIB=IBN-ICBOIC=ICN+ICBOIE=IB + IC4.1.2 放大形状下放大形状下B

15、JT的任务原理的任务原理124 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32- 双极型三极管有三个电极，其中一个可以作为双极型三极管有三个电极，其中一个可以作为输入输入, , 一个可以作为输出，这样必然有一个电极是一个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态。公共电极。三种接法也称三种组态。3.BJT3.BJT的三种衔接方式的三种衔接方式( (三种电路组态三种电路组态) ) ： 共基极衔接方式：共基极衔接方式： 共发射极衔接方式：共发射极衔接方式： 共集电极衔接方式：共集电极衔接方式： 4.1.

16、2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理1)1)共发射极接法共发射极接法发射极作为公共电极；发射极作为公共电极；2)2)共基极衔接方式：共基极衔接方式： 基极作为公共电极基极作为公共电极;3)3)共集电极衔接方式：共集电极衔接方式： 集电极作为公共电极集电极作为公共电极;134 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-4.4.电流分配关系电流分配关系 传输到集电极的电流设发射极注入电流ecbIEICIBCNE II即通常通常 IC ICBOCE II则有 为电流放大系数，它只与管子的构造尺寸和掺杂浓度有

17、关，与外加电压无为电流放大系数，它只与管子的构造尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。普通关。普通 = (90 99)%IC= ICN+ ICBO ICN(1)(1)共基极放大电路的直流电流放大系数共基极放大电路的直流电流放大系数 IC IE4.1.2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理144 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-cbeIBICIECB II令由由CE II IEBCII和和 1可得可得 (1)BEII所以所以(2)(2)共射极放大电路直流电流放大系数共射极放大电路直流电流放大系数

18、是另一个直流电流放大系数，同样，它也与是另一个直流电流放大系数，同样，它也与管子的构造尺寸和掺杂浓度有关。普通管子的构造尺寸和掺杂浓度有关。普通 1 反映了三极管的基极电流对集电极电流反映了三极管的基极电流对集电极电流的控制才干。的控制才干。4.1.2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理4.4.电流分配关系电流分配关系154 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-cbeIBICIE4.1.2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理4.4.电流分配关系电流分配关系3 3共集电极放大电路的输出电

19、流共集电极放大电路的输出电流IEIEIB=IE-ICCB IIIE=IB+IC =(1+)IB164 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-ICIEIB+- vIiE=IE+iEiC=IC+iCiB=IB+iB+v0假设假设 vI = 20mV那么那么电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOV vvA iE = -1 mA， iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V， = 0.98 时，时，+VEB vBE +ebcVEERLVCCRe+-V01k输入输入回

20、路回路输出输出回路回路5.BJT5.BJT在电压放大电路中的运用举例在电压放大电路中的运用举例4.1.2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理174 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-bce+ iCRBVBBIBRLVCC1kICIE+VBE+- vI+ iB+ iE vO+- vBE + vI = 20mV 设设假设假设那么那么 iB = 20 uA = 0.98491使使CB0.98mAii vO = - iC RL = -0.98 V电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOVvv

21、A5.BJT5.BJT在电压放大电路中的运用举例在电压放大电路中的运用举例4.1.2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理184 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32- 三极管的放大作用，是依托它的发射极电流可以三极管的放大作用，是依托它的发射极电流可以经过基区传输，然后到达集电极而实现的。经过基区传输，然后到达集电极而实现的。发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。IE=IB+ IC , IC=iB ， IC=IE一组公式一组公式实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程

22、的两个条件是：1内部条件：由构造决议；由构造决议；2外部条件： 小小 结结4.1.2 放大形状下放大形状下BJT的任务原理的任务原理194 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-4.1.3 BJT的的V-I特性曲线。特性曲线。.。BJTBJT的特性曲线的特性曲线 从运用从运用BJTBJT的角度来讲，了解它的特性要比了解的角度来讲，了解它的特性要比了解它的内部载流子的运动显得更为重要。它的内部载流子的运动显得更为重要。 BJT BJT的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲

23、线，它是系曲线，它是BJTBJT内部载流子运动的外部表现。内部载流子运动的外部表现。输入特性曲线输入特性曲线输出特性曲线输出特性曲线204 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-+bceVBBVCCvBEiCiB+-vCE-RbRc+- A-+ A输入回路：由基极和发射极组成的回路。输入回路：由基极和发射极组成的回路。输出回路：由集电极和发射极组成的回路。输出回路：由集电极和发射极组成的回路。输输入入回回路路输输出出回回路路1丈量电路丈量电路1. 共射极衔接时的输入共射极衔接时的输入V-I曲线曲线 iB=f(v

24、BE) vCE=constU+-VCEU+-VBE4.1.3 BJT的的V-I特性曲线。特性曲线。.。214 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-+bceVBBVCCvBEiCiB+-vCE-RbRc+- A-+ AU+-VCEU+-VBE输输入入回回路路输输出出回回路路当当VCE=0VVCE=0V时，相当于时，相当于C C和和E E短接，表现为短接，表现为PNPN结的正向伏安特性曲线。结的正向伏安特性曲线。1丈量电路丈量电路1. 共射极衔接时的输入共射极衔接时的输入V-I曲线曲线 iB=f(vBE) vCE

25、=const4.1.3 BJT的的V-I特性曲线。特性曲线。.。2 2当当VCE=00.7VVCE=00.7V时，特性曲线右移时，特性曲线右移, ,阐明输出电压阐明输出电压 对输入特性的影响对输入特性的影响: :在同样的输入电压在同样的输入电压vBEvBE作作用下用下, ,输入电流减小了输入电流减小了. .(3) (3) 当当VCE1VVCE1V时，集电结进入反偏形状时，集电结进入反偏形状 VCB= VCEVBE 0 VCB= VCEVBE 0；构成稳定的电流分配，；构成稳定的电流分配，表现为特性曲线根本不变。这是正常运用形状表现为特性曲线根本不变。这是正常运用形状VCE1V 通常用通常用VC

26、E=1VVCE=1V的输入特性曲线替代的输入特性曲线替代VCEVCE1V1V的特性的特性曲线。曲线。224 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-2 2输入特性曲线的三个区输入特性曲线的三个区死区死区非线性区非线性区线性区线性区VBE0.5V,Je结反偏。结反偏。VBE0.50.6V， Je结接近正偏。结接近正偏。VBE0.6V， Je结正偏，结正偏， Jc结反偏结反偏1. 共射极衔接时的输入共射极衔接时的输入V-I曲线曲线 iB=f(vBE) vCE=const4.1.3 BJT的的V-I特性曲线。特性曲线。

27、.。VCE1VVBEIBE234 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-+bceVBBVCCvBEiCiB+-vCE-RbRc+- A-+ AU+-U+-VCEVBE2. 共射极衔接时的输出共射极衔接时的输出V-I曲线曲线1 1丈量电路丈量电路iC=f(vCE) iB=const当当IB=0AIB=0A时，两个时，两个PNPN结均反偏，结均反偏，iC=iCEOiC=iCEOiB=0(2)(2)当当IB=20AIB=20A时时(3)(3)当当IB=40AIB=40A时时(4)(4)当当IB=60AIB=60A时时

28、iB=20iB=40iB=60iB=804.1.3 BJT的的V-I特性曲线。特性曲线。.。244 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-2 2输出特性曲线的三个区输出特性曲线的三个区饱和区饱和区放放大大区区截止区截止区饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，该区域内，普通控制的区域，该区域内，普通vCE0.7V(硅管硅管)。此时，发射结正偏，集电。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。结正偏或反偏电压很小。截止区：截止区：iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。的曲线的下

29、方。此时，此时， vBE小于死区电压。发射结反偏，集小于死区电压。发射结反偏，集电结反偏。电结反偏。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲线根本平行等距。轴的区域，曲线根本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏，此时，发射结正偏，集电结反偏， IC=IB。2. 共射极衔接时的输出共射极衔接时的输出V-I曲线曲线4.1.3 BJT的的V-I特性曲线。特性曲线。.。254 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32- (1) (1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 4.1.4 BJT的主要参数

30、。的主要参数。.。1. 1. 电流放大系数电流放大系数 VCE=const=IC / IB (2) 共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 = IC/ IBvCE=const 显然，显然，和和的含义不同，的含义不同， 反映静态反映静态(直流直流形状形状)时的电流放大特性，时的电流放大特性， 反映动态反映动态(交流任务状交流任务状态态)时的电流特性。但时的电流特性。但 (3) (3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =IC/IE VCB=const (4) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = IC/IC/ IEIE VCB=const VCB=const当当

31、BJT任务于放大区时，任务于放大区时， 、 ，可以不，可以不加区分。加区分。264 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-2. 极间反向电流极间反向电流(1) 集基间反向饱和电流集基间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。 +bce-uAIe=0VCCICBO (2) 集射间反向饱和电流集射间反向饱和电流ICEO 基极开路时，晶体管的穿透电流。基极开路时，晶体管的穿透电流。 +bce-VCCICEOuA穿透电流在特性曲线上表现穿透电流在特性曲线上表现ICEO4.1.4 BJT的主要参数。的主

32、要参数。.。274 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32-ICMV(BR)CEOPCM(1) (1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICMICM(2) 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM留意：任何时候晶体管功耗留意：任何时候晶体管功耗 PCM= ICVCE 安安 全任务区全任务区过过损损耗耗区区(3) 晶体管平安任务区晶体管平安任务区 极限参数决议晶体管能否能平安任务极限参数决议晶体管能否能平安任务 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定在输出特性曲线上可以确定 晶体管平安任务区。晶体管平安任务区。过流区过流区过压区过压区3. 极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数。的主要参数。.。284 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础4.1 4.1 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)32- V(BR)CBO发射极开路时的集电结反向击穿电压发射极开路时的集电结反向击穿电压 V(BR) EBO集电极开路时发射结的反向击穿电压集电极开路时发射结的反向击穿电压 V(BR)CEO基极开路时集射间的击穿电压，它与穿透电流直接联络几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV