电工电子技术基础（第2版）课件：晶体管放大电路分析

晶体管放大电路分析

目录分立元件放大电路二极管和三极管6.16.1二极管和三极管一、半导体概述1.导体分类2.本征半导体导体：电的良导体，如纯金属及其合金、酸碱盐水溶液等。

导电材料分类绝缘体：电的不良导体，如陶瓷、橡胶等。半导体：

导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，如硅、锗、砷化镓等。

纯净的（无杂质）晶体结构（稳定结构）的半导体。如硅、锗单晶体。Si28Ge28186.1二极管和三极管2.本征半导体纯净的（无杂质）晶体结构（稳定结构）的半导体。如硅、锗单晶体。+4+4+4+4自由电子空穴空穴本征半导体晶体共价键载流子：运载电荷的粒子，共价键：相邻原子共有价电子所形成的束缚。

本征激发（热激发）：受温度、光照等环境因素的影响，半导体共价键中的价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键上留下空位的现象，称之为本征激发。复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。自由电子：由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚空穴：自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，两种载流子

自由电子：在共价键以外运动空穴：在共价键以内相对运动6.1二极管和三极管本征半导体特点1.本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少；

2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；

3.本征半导体导电能力弱，并与温度、光照等外界条件有关。6.1二极管和三极管3.N型半导体载流子数

电子数磷原子自由电子+5+4+4+4+4+4自由电子：多数载流子空穴：少数载流子在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷。4.P型半导体+4+4+4+4+4+3硼原子空穴在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼。自由电子：少数载流子空穴：多数载流子载流子数

电子数6.1二极管和三极管5.PN结形成扩散运动：由电子和空穴浓度差引起的载流子运动。扩散运动形成空间电荷区——PN结漂移运动：载流子在电场力作用下引起的运动。内电场有利于少子运动扩散运动与漂移运动达到动态平衡。耗尽层6.1二极管和三极管6.PN结单向导电性PN外加正向电压(正向偏置)PN外加反向电压(反向偏置)PN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零6.1二极管和三极管二、二极管结构与类型PN结+引线+管壳=二极管

构成P区的引出线称为阳极，N区的引出线称为阴极。符号箭头符号表示PN结正偏时电流的流向

分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型+–6.1二极管和三极管三、二极管的伏安特性及主要参数iD

=0U

Uth0

U

Uth（死区电压）U（BR)

U

0iD<0.1

A(硅)几十

A

(锗)U<

（反向击穿电压）U（BR）反向电流急剧增大(反向击穿)OuD/ViD/mA正向特性Uth反向特性U(BR)Uth

0.1V(锗管)0.5V(硅管)iD急剧上升伏安特性反向击穿类型：电击穿热击穿—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。Uon导通电压Uon硅管约为0.6～0.8V;锗管约为0.1～0.3V;二极管最大特点：单向导电性6.1二极管和三极管二极管的主要参数2.

URM—

最高反向工作电压，为U(BR)/23.

IRM

—最大反向电流(二极管加最大反向电压时的电流，越小单向导电性越好)4.

fM—

最高工作频率(超过时单向导电性变差)iDuDU(BR)IFURMO1.

IF—

最大整流电流(最大正向平均电流)6.1二极管和三极管半导体二极管特性的测试用数字式万用表检测红表笔是(表内电源)正极，黑表笔是(表内电源)负极。2k20k200k2M20M200

在

挡进行测量，当PN结完好且正偏时，显示值为PN结两端的正向压降(V)。反偏时，显示•

。6.1二极管和三极管四、特殊二极管1.发光二极管工作条件：正向偏置符号发光类型：可见光：红、黄、绿不可见光：红外光6.1二极管和三极管2.光电二极管工作条件：反向偏置符号特性uiO暗电流E=200lxE=400lx3.稳压二极管符号工作条件：反向击穿

在反向击穿状态下，让流过管子的电流在一定的范围内变化，这时管子两端电压变化很小，利用这一点可以达到“稳压”的效果。6.1二极管和三极管五、三极管结构与类型1.结构基极BNNP发射极E集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区NPN型ECB各区主要作用及结构特点：发射区：作用：发射载流子

特点：掺杂浓度高基区：作用：传输载流子特点：薄、掺杂浓度低集电区：作用：接收载流子

特点：面积大PPNEBCPNP型ECB6.1二极管和三极管2.分类

NPN

小功率管<500mW中功率管0.5

1W大功率管>1W

按功率分：按材料分：

硅管锗管按结构分：PNP低频管

按使用频率分：高频管6.1二极管和三极管六、电流分配与放大原理1.晶体管放大的条件1.内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大2.外部条件发射结正偏集电结反偏2.晶体管的电流分配和放大作用实验电路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6

A电路条件:

EC>EB

发射结正偏

集电结反偏6.1二极管和三极管mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6

A测量结果IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.501.001.602.202.90IE/mA0.0010.511.021.632.242.95IC/IB5050535558

IC/

IB50606070(1)符合KCL定律(2)

IC和IE比IB大得多(3)

IB

很小的变化可以引起IC很大的变化。

即：基极电流对集电极电流具有小量控制大量的作用，这就是晶体管的放大作用。6.1二极管和三极管晶体管内部载流子的运动规律1、发射区向基区扩散电子的过程：由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。2、电子在基区的扩散和复合过程：由于基区很薄，其多数载流子空穴浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区空穴复合，剩下的绝大部分都能扩散到集电结边缘。ICEIEIBEI

CBOIBICIB=IBE

–

ICBOIBE

IB+ICBO3、集电区收集从发射区扩散过来的电子过程：

由于集电结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。IC=ICE+ICBO实验表明：

IC>>IB，IB对IC有控制作用，IC随IB的改变而改变6.1二极管和三极管晶体管的电流分配关系总结：

1.晶体管在发射结正向偏置、集电结反向偏置的条件下具有电流放大作用。

2.晶体管的电流放大作用，实质上是基极电流对集电极电流的控制作用。6.1二极管和三极管六三极管的伏安特性及主要参数1.伏安特性输入回路输出回路与二极管特性相似RCECiBIERB+uBE

+uCE

EBCEBiC+

+

+

O特性基本重合(电流分配关系确定)特性右移(因集电结开始吸引电子)导通电压

UBESi管:(0.6

0.8)VGe管:(0.2

0.3)V取0.7V取0.2ViBRB+uBE

EB+EB+

RB输入特性6.1二极管和三极管输出特性1.调整RB使基极电流为某一数值。2.基极电流不变，调整EC测量集电极电流和uCE

电压。输出特性曲线mAICECIBRBEBCEB3DG6

ARCV+uCE

50µA40µA30µA10µAIB=020µAuCE

/VO2468

4321iC

/mA6.1二极管和三极管（1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置。（2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置。（3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置iB>0，uBE>0，uCE≤uBEiC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321放大区截止区饱和区ICEO输出特性曲线深度饱和时：0.3V(硅管)UCE为：0.1V(锗管)6.1二极管和三极管共发射极电流放大系数（1）直流电流放大系数（2）交流电流放大系数

iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0024684321Q2.主要参数及使用常识5.1二极管和三极管极限参数（1）ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。（2）PCM—集电极最大允许功率损耗（3）U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBOiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区谢谢观看Thankyou晶体管放大电路分析目录contents放大电路联接方式及分析01放大电路应用02放大电路工作状态03相关标题文字

什么是放大？

放大——把微弱电信号u或i的幅度放大但随时间变化规律不能变（不失真）赴绎笋粮屁苟愧乞焊朋驴围敌豪田米庸墒罐窗批赤胳苍饮善钱鹏快吮签佩放大电路基本知识放大电路基本知识放大电路联接方式及分析三极管放大电路有三种形式共射放大器共基……共集……兼位肌夺坝虱赦栖评禹乎呆划奏狈螟苫英胆医浅啪花矿厨衔饺萌审装八砷放大电路基本知识放大电路基本知识共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；BJT的三种组态直流电路由于电抗元件的存在，直流信号和交流信号的流通路径不同交流电路直流电源对电路的作用电感短路电容开路信号源短路交流信号对电路的作用无内阻的直流电源相当于短路大电容短路静态动态放大电路的分析计算机仿真微变等效电路图解动态：加上ui,其技术指标：Au、Ri、Ro等

图解估算静态：Q点共射天蝎旦吱茄溢落去舌返令悯公砍的烙世猖纷隘颇闻澜海袜猎读刁鉴英绥盏放大电路基本知识放大电路基本知识1.Q点：ui=0时电路的工作状态ui=0时电路中存在一组直流量ICIB+UBE-+UCE-纯超绍薛胜圣暴螟夷峦振窘赋屎塔马琳花腑惊雅迎栓讯聋毒惶桓株运肿踞放大电路基本知识放大电路基本知识(IB,UBE)和(IC,UCE)

称为Q点IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置Q点？

为保证信号尽可能不失真开路

将交流电压源短路，电容开路直流通路：开路改烹绥胜表闷掩嫡文荷衍呐浆骑窜帖斩趟吠踩触明邓肉棉镑抱棺耶琳奉云放大电路基本知识放大电路基本知识由直通找Q点IC=

IB骋沦逾考斤缄地呼鸟咎伸振赚扦毕附旦掩住须轰遣翁梁诱崩滤渭芹辱戳猴放大电路基本知识放大电路基本知识短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路大连理工大学电气工程系40

例

在如图所示的固定偏置放大电路中，已知

UCC=6V，RB

=180kΩ，RC=2kΩ,

=50，晶体管为硅管。试求放大电路的静态工作点。RBRC+UCC

＋

uo－

＋

ui－C1C2＋＋[解]IC

=

IBUCE=UCC－RCICUCC－UBERBIB

=6－0.7180=mA

=0.0294mA

=50×0.0294mA=1.47mA=(6－2×1.47)V=3.06V放大电路应用截止区：发射结反偏，集电结反偏。IB=0

,uBE<0,uCE>uBE。IB=020A40A60A80A100AUCE(V)369121234IC(mA)放大区：发射结正偏，集电结反偏。uBE>0且uCE≥uBE。IC=IB，0<IB

<IBS饱和区：发射结正偏，集电结正偏。uBE

>0

，uCE

uBE。IC<IB。IB≥IBS放大电路工作状态V1NPPPNNV2V2V1ECBECB-

+

-

+

+

-

+

-

想一想：三个电极的电位大小关系如何？发射结）（扩散利于集电结）（漂移利于发射结集电结发射结集电结VC＞VB＞VEVE＞VB＞VC晶体管实现放大的外部条件发射区掺杂浓度大