半导体三极管及其基本放大电路

1、第2章 半导体三极管及其基本放大电路教学基本要求掌握: 双极型三极管的外特性；共射、共集放大电路的工作原理，静态工作点的估算及用简化小信号模型电路分析电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。 熟悉:双极型三极管的工作原理，主要参数及使用方法；共射、共集放大电路的主要特点和主要用途；共集放大电路的的静态工作点及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。了解: 温度对静态工作点的影响，图解分析法，共基放大电路的主要特点和主要用途；光电三极管、光电耦合器的工作原理及使用方法。 单 元 课 时 计 划（100分钟） 编号 课程名称模拟电子技术授课班级讲次4授课日期计划在 年 月 日星期 第 讲实际在 年 月 日星期

2、 第 讲章目第2章半导体三极管及其基本放大电路节目要求掌握晶体三极管特性，理解其电流放大机理。教具POWERPOINT课件教学方式多媒体教学重点三极管的电流分配关系 特性曲线教学难点载流子的运动机理教学主要内容2. BJT的放大原理3. BJT的特性曲线备注唐山工业职业技术学院教 案 副 页共基极电路共集电极电路2.1 双极型三极管2.1.1 BJT的结构双极型三极管是半导体三极管的一种类型，它有空穴和电子两种载流子参与导电，故称双极型，又称半导体三极管，有两种类型:NPN型和PNP型。BJT制作工艺的的特点：Ø1集电极结面积大Ø发射区的掺杂浓度高2基区很薄且掺杂浓度底&#

3、216;3集电极结面积大2.1.2 BJT的放大原理一、BJT处于放大状态的工作条件Ø外部条件：发射极正偏，集电极反偏共发射极电路 Ø第 1 页教 案 副 页IBIC+_IEUBEUCE+二、BJT内部载流子运动规律1. 发射区向基区发射电子2. 电子在基区的扩散与复合3. 集电区收集电子三、BJT的电流分配关系1. 电流IE、IC、IB之间的关系2.集电极电流IC与基极电流IB的关系IE与基极IB的关系四、BJT的放大作用在下图所示的共发射极电路中,若在基极的输入端接入一个小的输入信号电压UI, 使基极电流产生一个随规律变化的IB,通过基极电流对集电极电流的控制作用,集电

4、极电流也将产生相应的变化量IC。IC IB ，这种以较小的输入电流变化控制较大输出电流变化的作用，就是BJT的电流放大作用。例：在共发射极放大电路的输入端接入信号电压UI=30mV，相应有输入电流IB=30A，若BJT的交流电流放大系数=40，集电极电阻RC=1K，试求输出电流IC和电压放大倍数Au。解：输出电流 IC 输出电压U0电压放大倍数Au第 2 页教 案 副 页213 BJT的特性曲线1.共发射极输入特性曲线:IB=f(UBE )UCE = 常数，如果是硅管，当UCE超过1V时，集电结已经达到足够反偏，可以把从发射区扩散到基区的电子中的绝大部分拉入集电区。此时再增大UCE ，只要UB

5、E保持不变（从发射区发射到基区的电子数就一定）， IB也就基本不变。所以，当UCE超过1V后的输入特性曲线基本上是重合的。2.共发射极输出特性曲线: IC=f(UCE)IB = 常数饱和区：q输出特性曲线的陡直部分是饱和区。qIB的变化对 IC的影响较小。q UCEUBE，发射结和集电结均处于正向偏置。放大区：q输出特性曲线的近于水平部分是放大区。q IC IB ×放大区也称为线性区。q发射结必须正向偏置，集电结则应反向偏置。截止区：q IB 0的曲线以下的区域称为截止区。q对NPN硅管使三极管可靠截止，常使UBE0V。发射结和集电结均处于反向偏置。3PNP的BJT的共发射极特性曲线

6、2.1.4 BJT的使用常识BJT的型号命名方法按国家标准（GB249-74）规定第 3 页教 案 副 页2.BJT的主要参数 1.性能参数共发射极直流电流放大系数共发射极交流电流放大系数2.极间反向电流集电极-基极反向电流ICBO集电极-发射极反向电流ICEOICEOCBEµAICBOCEBµAO过压区过流区安全工作区过损区PCM=ICUCEU(BR)CEOICMØ集电极最大允许电流 ICMØ集-射反向击穿电压 U(BR)CEOØ集电极最大允许规功率损耗PCM集-基反向击穿电压 U(BR)CBO射-基反向击穿电压 U(BR)EBO第 4页单

7、元 课 时 计 划（100分钟） 编号 课程名称模拟电子技术授课班级讲次5、6授课日期计划在 年 月 日星期 第 讲实际在 年 月 日星期 第 讲章目第2章半导体三极管及其基本放大电路节目要求掌握共射极放大电路的工作原理，静态及动态分析教具POWERPOINT课件教学方式多媒体教学重点共射放大原理、静态工作点估算，小信号模型分析动态教学难点动态分析教学主要内容2. 共发射极放大电路的静态分析5. 用小信号模型法分析动态工作情况备注唐山工业职业技术学院教 案 副 页2.2 共发射极基本放大电路2.2.1 共发射极基本放大电路的组成1.放大电路的组成原则:必须有直流电源,使三极管的发射结正向偏置,

8、集电结反向偏置，处于放大状态。Rb+VCCRCC1C2TRL+_ui+_u0信号传输通畅,能从放大电路的输入端加到BJT上经放大后又能从输出端输出信号能不失真放大,并能满足放大电路的性能指标要求。2.各元件作用：三极管T：放大作用，整个电路的核心。直流电源VCC：为三极管提供偏置电压提供信号放大的能源。基极偏置电阻Rb：与VCC一起为发射结提供正偏电压。集电极负载电阻Rc：将放大了的集电极电流转化为信号电压输出。耦合电容C1 ，C2 ：隔离直流，传送交流2.2.2 共发射极放大电路的静态分析静态：当输入信号为0（ui=0） ，放大电路只有直流电源VCC作用，各处的电压和电流都是直流量。直流通路

9、：电容相当于开路,电感相当于短路1.共发射极放大电路的直流通路和静态工作点。静态时IB、 UBE 、 IC 、UCE代表着输入输出特性曲线上的一点，称为静态工作点，记为Q。+VCCUBEUCE静态工作点的分析有两种方法 ：第 1 页教 案 副 页估算法和图解法输入回路BJT的电流分配关系0M点N点IB Q输出回路2图解法确定静态工作点第一步：作直流负载线由uCE=VCC-iCRC 令 iC=0时，uCE=VCC，得M点(VCC，0) 令 uCE=0时，ic= VCC/RC，得N点(0，VCC/RC)连接MN即为直流负载线。第二步：求静态工作点直流负载线与 i B = I B 对应的那条输出特性

10、曲线的交 点 Q，即为静态工作点。例：试用估算法和图解法求共发射极放大电路的静态工作点，已知电路中的三极管 =37.5 ， 直流通路，输出特性曲线如图所示。TT解：(1) 用估算法第 2 页教 案 副 页(2)用图解法 icmAuce/v0M点N点40AQ直流负载线方程uCE = VCC - iC RC = 12 - 4 iC 得 M 点 (12 ， 0) N 点 (0 ， 3)连接连接 MN即直流负载线直流负载线与 i B = I B 对应的那条输出特性曲线的交 点 Q，即为静态工作点。3电路参数对静工作点的影响直流负载线方程uCE=VCC-iCRC静态基极电流IB=(VCC-UBE)/Rb

11、RB增大时，IB减小，Q点降低，三极管趋向于截止RB减小时，IB增大，Q点抬高，三极管趋向于饱和。此时三极管均会失去放大作用RC增大时，IB不变，直流负载斜率减小，直流负载线以M点为中心逆时针旋转。2.2.3 用图解法分析动态工作情况动态动态:放大电路的输入端接入输入信号ui后的工作状态v放大电路在输入电压ui和直流电源VCC共同作用下工作，电路中既有直流分量，又有交流分量。RbRCRLuiuo特点：交、直流共存于同一电路中，各极的电流和各极间电压都在静态值的基础上叠加一个随输入信号ui作相应变化的交流分量。分析方法：图解法和小信号模型法。交流通路的画法：电容短路，电感开路，直流电源对公共端短

12、路 教 案 副 页uiibiBuBEQ静态工作点1根据ui波形在输入特性曲线上求iBQIBVCCiCuCEI C R LCD交流量ic和uce有如下关系：交流负载线的作法：uCE与iC的关系经过Q。方法：先作出直流负载线 MN ，确定 Q 点。在 u CE 坐标轴上，以 U CE 为起点向正方向取一段 I C R L 的电压值，得到 C 点。过 CQ 作直线 CD ，即为交流负载线。例：如图所示电路，试判断U1=1V，3V和5V时，BJT的工作状态。教 案 副 页基极电路用戴维宁等效电路替代当UI=1V时，VBB=0.4V,即UBE<0.5V ,所以BJT截止当UI=1V时，VBB=1.

13、2V，发射结正偏,集电结反偏,BJT放大状态。当UI=1V时，VBB=2V，因为IC不会大于VCC/RC=4mA，所以BJT必工作于饱和状态。2放大电路的非线性失真三极管进入截止区而引起的失真。通过减小基极偏置电阻RB的阻值来消除。三极管进入饱和区而引起的失真。通过增大基极偏置电阻RB的阻值来 消除。3最大输出电压幅值的计算取Usat和Ucut中较小值，则为U0（max）例：已知电路BJT为硅管，=40,电容C1,C2,C3的容量足够大.(1)用图解法求静态工作点Q;(2)估算最大不失真输出电压幅值U0(max)。教 案 副 页解：(1)求静态工作点得M(12V,0)，N(0,3mA)(2)估

14、算U0(max)作交流负载线2.2.5 用小信号模型法分析动态工作情况根据三极管的输入输出特性可知，三极管是非线性放大元件，但当三极管工作在小信号（微变量）情况下，静态工作点附近的输入输出特性曲线就可以用直线段近似代替，这就是所谓对三极管的线性化，这样也就可以像处理线性电路那样来处理三极管放大电路。1BJT的简化小信号模型当输入信号很小时，在静态工作点附近的曲线可认为是直线输入特性直线可以用电阻rbe表示 rbeube / iB电阻rbe数值较小，其估算公式为：rbe 300（）（1）× 26（mv）IE（mA）在静态工作点附近,ic的变化基本与uce无关,主要受iB的控制输出回路等

15、效受控电流源。三极管微变等效模型:输入端等效为输入电阻rbe，输出端等效为可控电流源放大电路的微变等效电路教 案 副 页2用小信号模型法分析共射放大电路电压放大倍数输入电阻Ri：输出电阻R0：考虑信号源内阻RS时的电压放大倍数计算电压放大倍数减小例：用小信号模型法求放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。已知VCC=12V，BJT为硅管， =40，电容C1和C2足够大。解：先求IE单 元 课 时 计 划（100分钟） 编号 课程名称模拟电子技术授课班级讲次7授课日期计划在 年 月 日星期 第 讲实际在 年 月 日星期 第 讲章目第2章半导体三极管及其基本放大电路节目要求对前面所学知识加以巩

16、固、加深理解。教具POWERPOINT课件教学方式多媒体教学重点基本放大电路的静态、动态分析教学难点电路动态分析教学主要内容1.讲解作业中的出现的错误。2.结合作业，讲2.19、2.24等有代表性的题。3.针对问题对本节内容做一小结。备注唐山工业职业技术学院教 案 副 页1.讲解作业中的出现的错误。2.结合作业，讲2.19、2.24等有代表性的题。2. 针对问题对本节内容做一小结。单 元 课 时 计 划（100分钟） 编号 课程名称模拟电子技术授课班级讲次8授课日期计划在 年 月 日星期 第 讲实际在 年 月 日星期 第 讲章目第2章半导体三极管及其基本放大电路节目要求掌握共集电极电路原理，熟

17、悉静态工作点对电路的影响和改进措施教具POWERPOINT课件教学方式多媒体教学重点稳定静态工作点原理教学难点电路原理教学主要内容备注唐山工业职业技术学院教 案 副 页2.3 稳定静态工作点的放大电-射极偏置电路2.3.1 温度对静态工作点的影响晶体管是一个温度敏感器件温度UBE，ICEO IC饱和失真2.3.2 发射极偏置电路1稳定静态工作点的原理利用Rb1和Rb2的分压作用固定基极电压UB。固定利用发射极电阻Re产生反映IC变化的UE，再引回到输入回路去控制UBE，实现IC基本不变。 TICIEUEUBEIBICIC和IE不受温度的影响;与管子的参数几乎无关;可以更换不同的管子。2静态工作

18、点估算第 1 页教 案 副 页动态分析：电压放大倍数（无Ce）输入电阻Ri：输入电阻R0=Rc例：电路中BJT的=50，求（1）静态工作点；（2）电压放大倍数、输入电阻、输出电阻；（3）不接Ce时的电压放大倍数；（4）若换用=100的BJT，重新计算静态工作点和电压放大倍数。解（1）求静态工作点第 2 页教 案 副 页（2）电压放大倍数下降了（3）Q点基本不变与=50时相差不多第 3 页2.4 共集电极放大电路2.4.1 电路与静态分析1电路结构2静态工作点的估算2.4.2 动态分析1求电压放大倍数输出信号电压和输入信号电压数值相近,相位相同_电压跟随器2求输入电阻第 4 页3求输出电阻4特点和应用特点：输入电阻大。输出电阻小。电压放大倍数接近1，但恒小于1，适于作放大电路的输入级。输出电压与输入电压相位相同。无电压放大作用，有电流和功率放大作用。应用：作多级放大电路的输入级。作多级放大电路的输出级。作多级放大电路的缓冲级。第 5 页单 元 课 时 计 划（100分钟） 编号 课程名称模拟电子技术授课班级讲次9授课日期