模拟电路及技术基础课件-2-双极型晶体管及其放大电路.ppt

1、第二章第二章 双极型晶体管及双极型晶体管及其放大电路其放大电路模拟电子技术基础模拟电子技术基础1第二章第二章 基本放大电路基本放大电路2.1 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理2.2 晶体管伏安特性曲线及参数晶体管伏安特性曲线及参数2.3 晶体管工作状态分析晶体管工作状态分析及偏置电路及偏置电路2.4 放大器的组成及性能指标放大器的组成及性能指标2.5 放大器图解分析法放大器图解分析法2.6 放大器交流等效电路分析法放大器交流等效电路分析法2.7 共集电极共集电极放大器放大器和和共基极放共基极放大大器器2.8 放大器的级联放大器的级联22.1.1 基本结构基本结构BECNNP基极基极

2、 base发射极发射极 emitter集电极集电极 collectorNPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极PNP型型2.1 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理 (bipolar junction transistor)CEB3BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管4BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高5BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结1.1.两种结构两种结构2.2.三个区三

3、个区3.3.两个两个PNPN结结 4.4.三个极三个极 5.5.四种偏置组合四种偏置组合6.6.三种组态三种组态62.1.2 电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBECIE进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IBN ，多数多数扩散到集电结。扩散到集电结。直流偏置直流偏置发射结加正向电压发射结加正向电压集电结加反向电压集电结加反向电压 RC发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IEN。IBN基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散形的扩散形成成IEP,可可忽略忽略。IEP一

4、、一、载流子传输过程载流子传输过程7RCBECNNPEBRBECIE集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流ICBO。ICBOIC=ICN+ICBOIBNICN从基区扩从基区扩散来的电散来的电子作为集子作为集电结的少电结的少子，漂移子，漂移进入集电进入集电结而被收结而被收集，形成集，形成ICN。8IB=IBN-ICBOIBBECNNPEBRBECIEICBOICNIC=ICN+ICBOIBNIE IEN=IBN+ICNRC9ICN与与IBN之比称之比称为为共发射极直流共发射极直流电流放大倍数电流放大倍数BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII 含义：基区复合一个电子

5、，则有含义：基区复合一个电子，则有 个扩散到个扩散到集电区。范围：集电区。范围：20 200 二、二、电流分配关系电流分配关系IC=ICN+ICBOIB=IBN-ICBOIE IEN=IBN+ICN10IC=ICN+ICBOICN=IC-ICBOBNCNII BNCNII CEOBCBOBCCBOBCBOCIIIIIIIII )()(1CEOCBOII)(1定义：定义：，称为穿透电流，称为穿透电流IB=0ICIB=IBN-ICBO11CBEIII忽略忽略ICEO，有有BCII 当1时，ICIECBOBBIII)(1CEOBII)(1BEII)(1 12共基极直流共基极直流电流放大倍数电流放大倍

6、数ECBOCENCNIIIII,1 一般约为一般约为0.97 0.99 1 113IBBECNNPEBRBECIEICNIBNRC三、三、晶体管的放大作用晶体管的放大作用14开关工作开关工作 BE结结 BC结结 工作状态工作状态正偏正偏 正偏正偏反偏反偏 反偏反偏正偏正偏 反偏反偏反偏反偏 正偏正偏饱和饱和截止截止放大放大倒置倒置四种工作状态四种工作状态15三种组态 共发射极组态共发射极组态 发射极作为公共电极发射极作为公共电极 用用CECE表示表示共基极组态共基极组态 基极作为公共电极基极作为公共电极 用用CBCB表示表示共集电极组态共集电极组态 集电极作为公共电极集电极作为公共电极 用用C

7、CCC表示表示2.2 晶体管伏安特性曲线及参数晶体管伏安特性曲线及参数16 实验线路实验线路iCmA AVVuCEuBERBiBECEBRC2.2.1 晶体管共发射极特性曲线晶体管共发射极特性曲线17一、一、输入特性输入特性UCE 1ViB(A)uBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE=0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗锗管管0.2V。18基区调宽效应基区调宽效应当当UCE0时，由于时，由于BC结反偏，结反偏，随着随着UCE增增大，大，BC结空间电荷区变厚，基区变薄，结空间电荷

8、区变厚，基区变薄，内部复合减弱，致使基极电流变小，称内部复合减弱，致使基极电流变小，称为基区调宽效应。为基区调宽效应。19二、二、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC=IB称为线性称为线性区（放大区（放大区）。区）。当当UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC=IB。20IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 UBE 0,UCE UBE,集电结正偏，集电结正偏，IBIC，UCE（sat）称称为

9、饱和压降为饱和压降。临界饱和临界饱和 BE结正偏结正偏 BC结零偏结零偏21IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:UBE 0，UBCIC，深饱和时，深饱和时，UCE（sat）0.3V(3)截止区：截止区：BE结反偏，结反偏，BC结反偏，结反偏，iB-ICBO23例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？当当USB=-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmAs88170.)(CSCatC

10、RUIIB=0，IC=0IC(sat)临界饱和电流：临界饱和电流：Q位于截止区位于截止区 24例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？IC IC(sat)(=1.88mA)，Q位于放大区位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB=2V时：时：9mA01070702.RUUIBBESBB0.95mA9mA01050.IIBC25USB=5V时时:例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点

11、晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区，此时位于饱和区，此时IC 和和IB 已不是已不是 倍的关系。倍的关系。mA061070705.BBESBBRUUImARUIICSCcmaxB200610505mA3mA.mA2cmaxcII26三、三、温度的影响温度的影响ICBO 硅硅 温度每上升温度每上升10，增加，增加1倍倍 硅硅 温度每上升温度每上升1，增加，增加0.5%1%uBE、ICBO 都是温度的函数都是温度的函数 uBE 硅硅 温度每上升温度每上升1，减小，减小22.5mV27（1）输入特性）输入特性 T uBE T 特性

12、曲线左移特性曲线左移（2）输出特性输出特性 T ICBO IC T IC T 曲线曲线 上移上移,iC增加，间隔加大增加，间隔加大28四、主要参数四、主要参数共射直流共射直流电流放大倍数：电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流放交流电流放大倍数大倍数为：为：BIIC1.电流放大倍数电流放大倍数和和 _BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII 29例：例：UCE=6V时时：IB1=10 A,IC1=

13、1mA；IB 2=20 A,IC 2=2mA。10001002012.BCII 在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=100BCCBOBCBOCIIIIII 302.集电极反向饱和电流集电极反向饱和电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。31BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区，形成区，形成IBE。根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBE的存的存在，必有电流在，必有电流 IBE。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3

14、.集电极穿透电流集电极穿透电流ICEOICEO受温度影响受温度影响很大，当温度上很大，当温度上升时，升时，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也也相应增加。相应增加。三极三极管的温度特性较管的温度特性较差差。324.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是时，三极管就

15、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基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。336.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管，所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC=ICUCE 会导致结温会导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区342.3 放大的概念和放大电路的放大的概念和放大电路的 主要性能指标主要性能指标352.3.1 放大的概念放大的概念电子学中放大是将微弱的电子学中放大是将微弱的变化信号变化信号放大放大成较大的成较大

16、的变化信号变化信号。本质：本质：能量的转换和控制能量的转换和控制,能量守恒能量守恒特征：特征：功率放大功率放大 前提：前提：不失真不失真有源器件有源器件36 本课程涉及的主要是电压放大电路。本课程涉及的主要是电压放大电路。电压放电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端口网络表大电路可以用有输入口和输出口的四端口网络表示，如图：示，如图：UiUoAu信号可以分解为若干正弦信号（谐波）的叠加，信号可以分解为若干正弦信号（谐波）的叠加，放大电路以正弦波作为测试信号。放大电路以正弦波作为测试信号。37符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写

17、下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 Ua大写字母、小写下标，表示正弦信号有效值。大写字母、小写下标，表示正弦信号有效值。382.3.2 放大电路的性能指标放大电路的性能指标一、放大倍数一、放大倍数AiouUUAUiUoAIiIoioiIIA电压放大倍数，无量纲。有时用分贝表示：电压放大倍数，无量纲。有时用分贝表示：电流放大倍数，无量纲电流放大倍数，无量纲)lgdBAu(2039iogUIAiorIUAUiUoAIiIo互导放大倍数，单位西门子（互导放大倍数，

18、单位西门子（S）互互阻放大倍数，单位欧姆（阻放大倍数，单位欧姆（）40二、输入电阻二、输入电阻Ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。iiiIUR 定义：定义：即：即：Ri越大，越大，Ii 就越小，就越小，Ui就越接近就越接近USAuUSiIiU41三、输出电阻三、输出电阻RoAuUS放大电

19、路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我们而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。等效电路的内阻就是输出电阻。RoUS42如何确定电路的输出电阻如何确定电路的输出电阻Ro？步骤：步骤：1.所有的电源置零所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源将独立源置零，保留受控源)。2.加压求流。加压求流。IURo方法一：方法一：计算计算IU43方法二：方法二：测量。测量。Uo1.测量开路电压。测量开路电压。RoUs2.测量接入负载后的输出电压。测量接入负载后的输出电压。LoooRUUR)(1RoUsRLUo步骤：步骤：3.计算计算44四、通频带四、通频带fAuAuI0.7AuIfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw=fHfL放大倍数随频率变化放大倍数随频率变化曲线曲线幅频特性曲幅频特性曲线线45作业：作业：1，3，446