半导体三极管及放大电路课件

半导体三极管及放大电路1.NPN型三极管集电区集电结基区发射结发射区NN集电极C基极B发射极E

一、三极管的结构分类和符号PECB符号第一节半导体三极管集电区集电结基区发射结发射区

CBEN集电极C发射极E基极BNPPN2.PNP型三极管三极管的型号例：3DG6A--锗PNPB--锗NPNC--硅PNPD--硅NPNG高频小功率；A高频大功率X低频小功率D低频大功率K开关管三极管材料功能序号ECRCIC

UCECEBUBE共发射极接法放大电路二、三极管的电流控制作用1.三极管具有电流控制作用的外部条件

（1）发射结正向偏置；（2）集电结反向偏置。以NPN型三极管为例应满足:UBE

>0UBC

<

0即

VC>

VB>

VE输出回路输入回路公共端EBRBIB发射区向基区扩散电子IEIB电子在基区扩散与复合集电区收集电子

电子流向电源正极形成ICICNPN电源负极向发射区补充电子形成

发射极电流IE

2.三极管的电流控制原理EB正极拉走电子，补充被复合的空穴，形成IBVCCRCVBBRB在工艺上保证：a、基区很薄,掺杂浓度又很小。因此电子在基区扩散的数量远远大于复合的数量。所以：IC>>IB同样有:

IC>>

IB所以说三极管具有电流控制作用,也称之为电流放大作用。1.三极管的输入特性IB

=f(UBE)UCE=常数三、三极管的特性曲线b、发射区的杂质浓度>集电区的杂质浓度。因此两个区不能互换。输入特性类似二极管的特性IB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V

死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。（以硅管为例）IB

=40µAIB

=60µAUCE

0IC

IB增加IB

减小IB

=20µAIB=

常数IC

=f

(UCE)2.三极管的输出特性IC

/mAUCE

/V0放大区三极管输出特性上的三个工作区

IB=

0µA20µA40µA截止区饱和区60µA80µA1.放大区（工作区）IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A特点：满足IC=IB；IC受IB的控制；IC和UCE无关，呈现恒流特性。称为线性区（放大区）。条件：发射结正偏，集电结反偏。IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A特点：此区域中UCEUBE,集电结正偏，IC不再受IB的控制;IB>IC,IC饱和;UCES0.3V称为饱和压降。2.饱和区条件:发射结和集电结均为正偏.IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中特点:IB=0,IC=ICEO,UBE<死区电压，称为截止区。3.截止区条件:发射结和集电结均为反偏.电流放大系数：1.电流放大系数

电流放大系数

随着温度的变化会变化。温度增高、

变大。四、主要参数60µA0

20µA1.52.3在输出特性上求

IC

=IB

=1.5mA40µA=37.5

=IC

IB

=2.3–1.5(mA)60–40(µA)=40设UCE=6V,IB由40µA加为60µA

。IC

/mAUCE

/VIB

=40µA62.集-基极反向截止电流ICBO

AICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。3.集-射极反向截止电流ICEO

AICEOBECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO=（

+1）ICBOIBE

IBEICBO进入集电区，形成IBE。根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流

IBE。集电结反偏有ICBOIBE=ICBO4.集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的

值的下降，当

值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。所以集电极电流应为：IC=

IB+ICEO而ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。5.集-射极反向击穿电压当集---射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25

C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。6.集电极最大允许功耗PCMPC=ICUCE集电极电流IC流过三极管，所发出的焦耳热，必定导致结温上升，所以PC有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区第二节交流放大电路

放大的概念电子技术中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。uiuoAu一、基本交流放大电路的组成RCC1C2VRLRB2RE+CE++1.电路组成RB1RSus信号源直流电源提供偏置和能量集电极电阻保证交变电压的输出基极偏置电阻保证发射结正偏EC

C1、C2

为耦合电容，用来隔断放大电路与信号源及负载之间的直流通路，同时又起耦合交流的作用。其电容值应足够大，以保证在一定的频率范围内，耦合电容上的交流压降小到可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。CE为旁路电容，对直流开路，对交流短路。2.电容的作用：负载RCC1C2VRLRB2RE+CE++RB1RS信号源uouiusEC+UCC3.基本交流放大电路的电位画法RCC1C2VRLRB2RE+CE++RB1RSus信号源uiuo

二、放大电路的静态分析

静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静态值（直流值）UBE、IB、IC

和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。ICC1C2+++UCCUBEIBUCE直流通路1.静态工作点的确定对于设计好的电路均能满足I1>>IB

,I2

>>IB,可以认为I1≈

I2

则RB1VB

=UCCRB2RB2+直流通路BRCIC

UCERB1IBUCCIEI1I2RB2REuo当输入信号为时ui=0，电路中只有直流电源UCC作用时，电容相当于断路，交流放大电路的直流通路如图所示可用估算法求静态值VB

=UCCRB1RB2RB2+IC≈IE=VB–UBERE

IB=

ICUCE=VCC–ICRC–ICRE直流通路UCE、IC、IB称为直流静态工作点Q。BRCICRB1IBUCCIERB2REUCEUBE

=VB

–

VEIB

温度升高

IC

IE

VE

UBE

IC

该电路的温度性能好因此被广泛应用，称为分压式偏置电路。

UCEBRCICRB1IBUCCIERB2RE其中VB由温度稳定性好的UCC、RB1、RB2分压决定，因此不随温度变化而变化。当0IB

=0µA20µA40µA60µA80µA121.5UCCRC+REN24681012VCCMQ直流负载线静态工作点IC

/mAUCE

/Vtan

=-1/(RC+RE)2.工作点Q示意图将方程UCE

=UCC-IC

RC-ICRE所表示的直线画在三极管输出特性曲线的坐标平面上N点:IC

=UCC/RC+RE,UCE=0M点:IC=0,UCE=UCC

直线和三极管输出特性中相对于IB的曲线的交点就是工作点Q。三、放大电路的动态分析放大电路有输入信号时的工作状态称为动态。动态分析是在静态值确定后,分析信号的传输情况。加入输入信号后，三极管的各个电压和电流都含有直流分量和交流分量。

1.输出端开路输入信号ui

=Uim

sint=0.02sint(v)以图解法来看放大电路的工作原理RCC1C2VRB2RE+CE++RB1uoUCCRSuius0iBµAuBE/VQ1QQ260402000604020IB0.680.70.72UBEttµAiBiBibiB=ibIB

+在输入特性上作图ubeuBE/V

uBE=UBEUim

sint+=0.7+0.02sint(V)ube

0IB=40µA206080Q1.56N0Mt00Q12.250.752.251.50.75ICicUCEUcemuce

(uo)39uCE

/VuCE

/Vt369在输出特性上作图iC=

iB这时交流负载线和上面直流负载线的斜率不同,但也过Q点Q2iC

/mAiC

/mAtan’=-1/RCib=电压放大倍数Au=UomUimUoUivUCC

对交流可视为短路C1,C2,CE对交流可视为短路++从交流通路来解释一下负载线C1RCRB1UCCC2usuoRSRLRB2RECE交流通路中：vRCRB2RB1uo交流通路VUCC

对交流可视为短路C1,C2,CE对交流可视为短路2.接入RL的交流通道++画出交流通路C1RCRB1UCCC2usuoRSRLRB2RECEvRCRB2RB1uo交流通路RL

由基本放大电路的交流通路可以得出:=

–icuo(RC//RL)=

–icRL,与不接RL的电路uce=-icRc相比，uo幅值显然减小，即电路的电压放大倍数降低。

vRCRB2RB1uo交流通路RL0IB=40µA2060803Q1.5612N0Mt00Q22.250.752.251.50.75ICicUCE39369Q1uce

(uo)接负载后，Uom减小,Au下降。

uCE

/VuCE

/VtQ1作图示意如下：Q2空载输出电压iC

/mAiC

/mA接入负载,tan=-1/RL’ICUCE020A40A80A123IB=0Qt00uce

(uo)1、静态工作点偏高引起饱和失真ic正半周变平Q2Q1uCE

/V

IB=60A

四、用图解法分析非线性失真uo波形tuce负半周变平饱和失真uCE

/ViC

/mAiC

/mAuBE/V0Q5ibube0tt0iB

/µA(a)工作点偏低引起ib失真iB

/µAuBE/V2、工作点偏低引起截止失真t1t2t1t2在ube负半周t1~t2时间内，uBE小于死区电压，iB=0设静态值IB=5µAQ2Q10IB=5µA20608031.5612t00Q

2.250.752.251.50.75icuce

(uo)39400(b)工作点偏低引起

ic

、uce

(uo)失真0.250.25正半周变平uCE

/VuCE

/Vt截止失真uo波形iC=

iBQ1Q2iC

/mAiC

/mA**放大电路的组成原则(1)为了不失真的放大交变电压信号,必须给放大电路设置合适的静态工作点。(2)在输入回路加入ui

应能引起uBE

的变化,从而引起iB和ic

的变化。

(3)输出回路的接法应当使ic

变化转化为电压的变化送到输出端。课堂讨论题：下面各电路能否放大交流电压信号？UCCRCC1C2VRLuoui(a)RBUCCRCC1C2VRLuouiEB(b)图(a)中，没有设置静态偏置，不能放大。图(b)中，有静态偏置,但ui被EB短路，不能引起iB的变化，所以不能放大。UCCC2VRLuouiRB(c)C1图(c)中，有静态偏置,有变化的iB和ic,但因没有RC

，不能把集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端,所以不能放大交流电压信号。第三节微变等效电路分析法三极管在小信号(微变量)情况下工作时,可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线。一、三极管的微变等效电路

uBE=ube=uBE

–UBE

iBib==iB

–IBrbe

=

uBE

iB=ubeibrbe称为三极管的输入电阻，可用下式来估算：rbe

=300()

+(1+

)26(mV)IE

(mA)Q

iB

uBE

iBuBEo(忽略uCE变化对输入特性的影响)rbe是三极管的交流参数！ic=

ibicuceubeib

ibCBE根据三极管的输出端近似地看成一个理想的电流源，因此可画出简化了的三极管的微变等效电路如下E三极管简化的微变等效电路icucerbe

ib

ibBCube

先画出放大电路的交流通路二、放大电路的微变等效电路将交流通路中的三极管用其微变等效电路来代替。vRCRB2RB1uo交流通路RL

基本放大电路的微变等效电路rbe

EBCIi•Uo•riIb•Ib•

Ic•Ui•Us•RCRLRB2RSRB1三、放大电路的性能指标（交流参数）1.电压放大倍数Au=

rbe

（RC//RL）=Uo•Ui•Ib•–Ib•=–

（RC//RL）rbe（Aus=称为源电压放大倍数。）Uo•Us•

基本放大电路的微变等效电路rbe

EBCIi•Uo•riIb•Ib•

Ic•Ui•Us•RCRLRB2RSRB12.放大电路的输入电阻放大电路的输入电阻定义为：ri

=RB

1//RB2//rbe

对基本放大电放大电路ri=Ii•riUi•rbe

EBCIi•Uo•Ib•Ib•

Ic•Ui•RCRLRB1RB2roRS放大电路3.放大电路的输出电阻

对负载而言,放大电路相当于一个具有內阻的信号源，这个信号源的內阻就是放大电路的输出电阻。

外加电压在rbe中产生的电流为0U•Ib•=0Us•=0Us•=0IRC•I•U•roro==RC

U•I•可用外加电压法求roRCRB1RSrbe

RB2Ib•

=0要求：（1）计算静态值IB

、

IC

和UCE

；C1=C2

=20µF,三极管的

=50。RB2=10K,RC=4K

,RE

=2.2K,RL

=4K,CE

=100µF,例：在分压式偏置电路中，已知：UCC

=12V，RB1=30K,（2）计算和ro、riAuRCC1C2vRLRB2RE+CE++RB1RSUCC解：（1）可用估算法求静态值VB

=UCCRB1RB2RB2+=121030+10=3VIC≈IE=VB–UBERE=3–0.72.2=1.05mAIB=

=IC1.0550=21µAUCE=UCC–ICRC–ICRE=12–1.05(4+2.2)=5.49V直流通路（2）动态分析画出微变等效电路BRCICRB1IBUCCIERB2REUCE

分压式偏置电路的微变等效电路Au=–

RC//RLrbe

=–50

4//41.56k

=–64ri

=RB1

//RB2

//rbe

=30//10//1.56=1.29k

ro

=RC=

4

k

Uo•RCRLUi•RB2RB1rbe

Ib•Ib•

rbe

=300+(1+

)26IE=300+51

261.05=1.56k

__例：已知电路中RB=500K

，RC=3K，RL=3KUCC=12V。求静态工作点Q、Au、ri、ro

。ui

C1VRLRCRBUCCC2uo画出直流通路UCE

=UCC-IC

RC=12-1.133=8.16VIC

=

IB=5022.6=1.13mA硅管的UBE

约为0.7Vui

C1VRLuoRCRBUCCC2RCIC

UCEUBERBIB+UCCIEIB=UCC–UBERB=22.6A放大电路的微变等效电路rbeibibrceiiicuiuoRBRCRLui

C1VRLRCRBUCCC2uo电压放大倍数的计算：rbeRBRCRLrbe=300+(50+1)

261.13=1.47K

电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。输入电阻的计算：rbeRBRCRL放大电路输出电阻的计算外加电压在rbe中产生的电流为0U•Us•=0可用外加电压法求roroIb•=0IRC•I•U•RCRBRSrbe

ro==RC

U•I•=3K

Ib•

=0T++第四节射极输出器从发射极和地之间取输出电压。一、静态分析IB=UCC–UBERB+(1+

)REUCE=UCC–IEREIE

=(1+

)

IBRE

UCEUBERBIBUCCIE直流通路usuoRSC1RBC2RERLUCC二、动态分析V++uSRSC1RBC2RERLUCC射极输出器的交流通路1.等效电路

VusuoRERBRLRSBCE

射极输出器的交流通路由交流通路可以看出，对交流信号而言，集电极C接地，集电极是输入、输出电路的公共端，所以射极输出器是共集电极放大电路。交流通路VusuoRERBRLRSBEC微变等效电路VusuoRERBRLRSBCERBUs•RSUi•Ie•RERLUo•交流通路----微变等效rbe

B

E

Ib•

Ib•C动态分析：2.电压放大倍数rbeRERL1、所以但是，输出电流Ie增加了。2、输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。结论3.输入电阻输入电阻高，对前级有利。rbeRERLIb•=U•RS//RB+rbe=U•R'S+rbe式中R'S=RS//RB

IbI'•=

Ib

+••=（1+

）Ib•=（1+

）R'S+rbe

U•所以ro=U•I'•=（1+

）R'S+rbe

rbe=输出电阻roro

//

RE=（1+

）R'S+//

RE4.输出电阻rbe

RBRSREIb•

Ib•U•I•I'•roro

BCE•计算输出电阻的电路一般所以射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。射极输出器的特点：（1）电压放大倍数小于1，但近似等于1。（2）输出电压与输入电压同相，具有跟随作用。（3）输入电阻高。（4）输出电阻低。三、射极输出器的应用可以用射极输出器作多级放大电路的输入级、输出级或中间级。用射极输出器作输入级时，因其输入电阻高，可以减小放大电路对信号源的影响；作输出级时，利用它输出电阻低的特点，可以稳定输出电压，提高带负载能力；将射极输出器接在两级共发射级放大电路之间，可以起阻抗变换作用，改善整个放大电路的性能。

第一级第二级第n-1级第n级输入输出耦合多级放大电路的放大倍数A总=A1×A2×A3An多级放大电路中前后级的关系是：前级是后级的信号源；后级是前级的负载例：在图(a)所示电路中，已知

1=50，rbe1=

0.99k

，（1）当负载RL变化50%，即由3k

变为1.5k

时，试计算电压放大倍数的相对变化量UCCRB1RCC1C2VRLuo

++300k

3k

ui（a）解：当RL=3k

时当RL=1.5k

时（1）只有第一级:Au=–

1RC//RLrbe=–503//30.99=–

76Au=–

1RC//RLrbe=–503//1.50.99=–

51电压放大倍数的相对变化量

|Au||Au|=|–76–

(–51)||–76|=33%（2）如果在这个放大电路和负载之间加一级射极输出器作输出级，