第四章三极管及放大电路4.1-4.2.

1、4.1 半导体三极管（半导体三极管（BJT）4.2 共射极放大电路共射极放大电路4.3 图解分析法图解分析法4.4 小信号模型分析法小信号模型分析法4.5 放大电路的工作点稳定问题放大电路的工作点稳定问题4.6 共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应4.1.1 BJT的结构简介的结构简介4.1 半导体三极管（半导体三极管（BJT）4.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理4.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线4.1.4 BJT的主要参数的主要参数4.1.1 BJT的结构简介的结构简介 半导体三极管的结构示意图如图半导体三极管

2、的结构示意图如图04.1.01所示。它有所示。它有两种类型两种类型:NPN型和型和PNP型。型。两种类型的三极管两种类型的三极管发射结发射结(Je) 集电结集电结(Jc) 基极基极，用B或b表示（Base） 发射极发射极，用E或e表示（Emitter）；集电极集电极，用C或c表示（Collector）。 发射区发射区集电区集电区基区基区三极管符号三极管符号 结构特点：结构特点： 发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高； 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。掺杂

3、浓度最低。管芯结构剖面图管芯结构剖面图4.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理1. 内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。过载流子传输体现出来的。 外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以（以NPN为例）为例） 以上看出，三极管内有两种载流子以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴自由电子和空穴)参与导电，故

4、称为双参与导电，故称为双极型三极管或极型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 载流子的传输过程载流子的传输过程 IC= InC+ ICBOIE=IB+ IC载流子的传输过程载流子的传输过程(1) 发射。 (2) 扩散和复合。 (3) 收集。 IBRbUBBeIENPNICRcUCCcb图 三极管中载流子的传输过程电流分配电流分配 IBRbUBBeIENPNICRcUCCcICnICBObIBn图 三极管电流分配 2. 电流分配关系电流分配关系发射极注入电流发射极注入电流传输到集电极的电流传输到集电极的电流设设 EnCII 即即根据传输过程可知根据传输过程

5、可知 IC= InC+ ICBO通常通常 IC ICBOECII 则有则有 为电流放大系数。为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电掺杂浓度有关，与外加电压无关压无关。一般。一般 = 0.9 0.99 。IE=IB+ IC载流子的传输过程载流子的传输过程 1 又设又设根据根据BCEOCIII 则则 是另一个电流放大系数。是另一个电流放大系数。同样，它也只与管同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般一般 1 。IE=IB+ IC IC= InC+ ICBOEnCII 且令且令BCCEOC

6、IIII 时，时，当当ICEO= (1+ ) ICBO（穿透电流）（穿透电流）2. 电流分配关系电流分配关系3. 三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示；表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态RLecb1k共基极放大电路共基极放大电路4. 放大作用放大作用若若 vI = 20mV使使当则则电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IO vvAVVEEVCCV

7、EBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iB iE = -1 mA， iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V， = 0.98 时，时，+-bceRL1k共射极放大电路共射极放大电路共射极放大电路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB vI = 20mV 设设若若则则电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IO vvAV iB = 20 A vO = - iC RL = -0.98 V， = 0.98使使4. 放大作用放大作用 综上所述，三极管的放大作用，主要是依综上所述，三极管的放大作用，主要是

8、依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。4.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理vCE = 0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) 当当vCE1V时，时， vCB=

9、 vCE - - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线输入特性曲线4.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）(3) 输入特性曲线的三个部分输入特性曲线的三个部分死区死区非线性区非线性区线性区线性区1. 输入特性曲线输入特性曲线4.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线饱和

10、区：饱和区：iC明显受明显受vCE控控制的区域，该区域内，制的区域，该区域内，一般一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很电结正偏或反偏电压很小小。iC=f(vCE) iB=const2. 2. 输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:4.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线截止区：截止区：iC接近零的接近零的区域，相当区域，相当iB=0的曲的曲线的下方。此时，线的下方。此时， vBE小于死区电压小于死区电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的轴的区域，曲线基本平行等距。区域，曲线基本平行等距。此时，此时，

11、发射结正偏，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏。4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 ( (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 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const1. 电流放大系数电流放大系数 (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/ IB vCE=const4.1.4 BJT的主要参数的主要参数1. 电流放大系数电流放大系数 (3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = IC/ IE VCB=const 当当ICBO和

12、和ICEO很小时，很小时， 、 ，可以不，可以不加区分。加区分。4.1.4 BJT的主要参数的主要参数1. 电流放大系数电流放大系数 (2) 集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 2. 极间反向电流极间反向电流ICEO (1) 集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开发射极开路时，集电结的反向饱和电流。路时，集电结的反向饱和电流。 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 即输出特性曲即输出特性曲线线IB=0那条曲线所那条曲线所对应的对应的Y坐标的数值。坐标的数值。 ICEO也称为集电极也称为集电极发射极间穿透电

13、流。发射极间穿透电流。 + b c e - A IE=0 VCC ICBO + b c e - VCC ICEO mA (1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(2) 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE 4. 极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数(3) 反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。 V(BR) EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。 V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压

14、。极间的击穿电压。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(BR)CEOV(BR) EBO 4. 极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。确定过损耗区、过电流区和击穿区。 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区输出特性曲线上的过损耗区和击穿区4.1 BJT1. 既然既然BJT具有两个具有两个PN结，可否用两个二极管相结，可否用两个二极管相串联以构成一只串联以构成一只BJT，试说明其理由。，试说明其理由。2. 能否将能否将BJT的的e、c两个电极交换使

15、用，为什么？两个电极交换使用，为什么？4. BJT是电流控制器件，还是电压控制器件？是电流控制器件，还是电压控制器件？4. 放大电路输出端增加的能量是从哪里来的？放大电路输出端增加的能量是从哪里来的？4.2 共射极放大电路共射极放大电路 电路组成电路组成 简化电路及习惯画法简化电路及习惯画法 简单工作原理简单工作原理 放大电路的放大电路的静态和动态静态和动态 直流通路和交流通路直流通路和交流通路4.2 共射极放大电路共射极放大电路1. 电路组成电路组成输入回路（基极回路）输入回路（基极回路） VBB VCC vBE + c e b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 1

16、2V 4k Cb1 + A O T Cb2 + O B vo + 输出回路（集电极回路）输出回路（集电极回路） VBB VCC vBE + c e b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 12V 4k Cb1 + A O T Cb2 + O B vo + 2. 简化电路及习惯画法简化电路及习惯画法习惯画法习惯画法 共射极基本放大电路共射极基本放大电路4.2 共共射极放射极放大电路大电路4. 简单工作原理简单工作原理Vi=0Vi=Vsin t4.2 共共射极放射极放大电路大电路电容的阻抗：设电容的阻抗：设Cb1=10uF，f=1kHz。 161010102121163b1

17、b1Cb1 fCCjZ O t iB O t iC O t vCE O t vo O t vi VBB VCC vBE vi + c e + b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 12V 4k Cb1 + A O T Cb2 + O B vo + O t iB O t iC O t vCE O t vo O t vi VBB VCC vBE vi + c e + b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 12V 4k Cb1 + A O T Cb2 + O B vo + 4. 放大电路的放大电路的静态和动态静态和动态 静态：静态：输入信号为零（输

18、入信号为零（v vi i= 0 = 0 或或 i ii i= 0= 0）时，）时，放大电路的工作状态，也称放大电路的工作状态，也称直流工作状态直流工作状态。 动态：动态：输入信号不为零时，放大电路的工作输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称状态，也称交流工作状态交流工作状态。 电路处于静态时，三极管各个电极的电压、电路处于静态时，三极管各个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点静态工作点，常称为常称为Q点。一般用点。一般用IB、 IC和和VCE （或（或IBQ、ICQ和和VCEQ ）表示。）表示。4.2 共共射极放射极放大电路大电路 O t iB O t iC O t vCE O t vo O t vi VBB VCC vBE vi + c e + b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 12V 4k Cb1 + A O T Cb2 + O B vo + O t iB O t iC O t vCE O t vo O t vi VBB VCC vBE vi + c e + b iE RL vBE + iB iC Rb 300k 12V 12V 4k Cb1 + A O T C