《模拟电子技术》双极结型三极管及放大电路基础-课件.ppt

1、4.1 BJT4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路*4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路4.6 组合放大电路组合放大电路*4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应*PPT课件4.1 半导体三极管半导体三极管BJT4.1.1 BJT的结构简介的结构简介4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理4.1.3 BJT的的VI特性曲线特性曲线4.1.4 BJT的主要参数的主要参数PPT课件在一块半导体基片上加工两个在一块半导体基片上加

2、工两个PN结结,它们的物理性质它们的物理性质将发生质的变化将发生质的变化,可以制造成为三极管可以制造成为三极管,具有电流放大具有电流放大作用作用.双极型双极型三极管三极管PPT课件半导体三极管 外形 PPT课件4.1.1 BJT的结构简介的结构简介(a)小功率管小功率管 (b)小功率管小功率管 (c)大功率管大功率管 (d)中功率管中功率管PPT课件4.1.1 BJT结构简介结构简介1.三极管的构造核心：一块有两个相互联系的三极管的构造核心：一块有两个相互联系的PN结单晶；结单晶；示意图如下示意图如下PPT课件4.1.1 BJT结构简介结构简介1.NPN型型BECBCEvvvecb符号符号集电

3、区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNPPPT课件4.1.1 BJT结构简介结构简介1.PNP型型集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 bcbe符号符号NNPPNBECBCEvvvPPT课件 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集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；区，且面积大；基区很薄，一般在几个微基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂米至几十个微米，且掺杂浓度最低。浓度最低。结构特点结构特点：内部条件内部条件4.1.2 放大状态下放大状

4、态下BJT的工作原理的工作原理管芯结构剖面图管芯结构剖面图+PPT课件BECNNP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基区很薄基区很薄(几微米几微米几十微米几十微米)发射区掺杂浓度最大发射区掺杂浓度最大集电区的面积最大集电区的面积最大PPT课件NPNebc基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高集电区：集电区：面积较大面积较大基区：几微米基区：几微米几十微米几十微米发射区与集电区部对称发射区与集电区部对称使用中使用中e与与c不能对换。不能对换。PPT课件 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

5、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。掺杂浓度最低。管芯结构剖面图管芯结构剖面图PPT课件 BJT BJT的结构总结的结构总结两种类型两种类型:NPN和和PNP结构结构e(Emitter)：发射极b(Base）：基极c(Collector)：集电极发射结发射结(Je)集电结集电结(Jc)基区基区发射区发射区集电区集电区三极三极:三区三区:两节两节:特点:b区薄 e区搀杂多 c区面积大e,b,cJe,JcPPT课件双结型三极管双结型三极管BJT结构结构NPNeb ce b c集电区

6、N发射区N基区Pebc集电集电结结发射结集电极发射极基极P e b NP cPNP电路符号N e b PN cNPN电路符号PPT课件外部条件外部条件放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程三极管内有两三极管内有两种载流子种载流子(自自由电子和空穴由电子和空穴)都参与导电，都参与导电，故称为双极型故称为双极型三极管三极管BJT。PPT课件外部条件：外部条件：IE=IB+IC只有同时满足上述内部条件和外部条件下才能实现电流放只有同时满足上述内部条件和外部条件下才能实现电流放大大电流放大作用电流放大作用PPT课件电流分配关系电流分配关系 基极电流传输系数基极电流传输系数

7、：集电极电流放大系数集电极电流放大系数：ECii 1 和和 与管子的结构尺寸和掺杂浓度有与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关。一般关。一般 =0.9 0.99，1。BCii 是所加信号频率的函数，信号频率高是所加信号频率的函数，信号频率高到一定程度时，到一定程度时，不但数值下降，且产不但数值下降，且产生相移，使生相移，使 数值下降到数值下降到1的信号频率称的信号频率称为特征频率为特征频率fT。动画演示动画演示：PPT课件共基极放大电路共基极放大电路3.放大作用放大作用若若 vI=20mV电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98.0IO vvvA使使 iE=-1 mA，则则 iC=iE =-0.98

8、 mA，vO=-iC RL=0.98 V，当 =0.98 时，时，PPT课件两个条件两个条件（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，大于基区杂质浓度，且基区很薄。且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，发射结正向偏置，集电结反向偏置。集电结反向偏置。综上所述，三极管的放大作用，是依靠它的发射极综上所述，三极管的放大作用，是依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。电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。IE=IB+ICIC=IBIC=IE一组公式一组公式小结ecbNPNcbeNPPPPT课件三极管的三种工作状态三极管的三

9、种工作状态饱和状态饱和状态放大状态放大状态截止状态截止状态发射结正向偏置，集电结反向偏置发射结正向偏置，集电结反向偏置发射结正向偏置，集电结正向偏置发射结正向偏置，集电结正向偏置发射结反向偏置或者发射结正偏压低于死区电压，发射结反向偏置或者发射结正偏压低于死区电压，集电结反向偏置集电结反向偏置PPT课件4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const(2)当当vCE1V时，时，vCB=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，

10、特性曲线右移。(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（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）共射极连接共射极连接工作在放大状态的条件：vCE1V动画演示动画演示PPT课件饱和区：饱和区：特征特征IC明显受明显受VCE控制控制该区域内，一般该区域内，一般VCE1V(硅管硅管)。即处于即处于发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。或反偏电压很小。截止区：截止区：特征特征IC接近零接近零该区域相当该区域相当IB=0的曲线下方。的曲线下方。此时，此时，发射结反偏或正偏电压很小，发射结反偏或正

11、偏电压很小，集电结反偏。集电结反偏。放大区：放大区：特征特征IC平行于平行于VCE轴轴该区域内，曲线基本平行等距。该区域内，曲线基本平行等距。此时，此时，发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。2.2.输出特性曲线输出特性曲线4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线iC=f(vCE)iB=constBECBCEvvv CBIICBII0CBII动画演示动画演示PPT课件共射极连接共射极连接BECETHBEvvvv ,BECETHBEvvvv ,BECETHBEvvvv ,BSCSCBBECEiiVvvv )0(PPT课件练习：练习：测量某硅BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子

12、工作在什么区域。(1)VC6V VB0.7V VE0VVBE0.7V VCB5.3V 放大区域放大区域(2)VC6V VB2V VE1.3VVBE0.7V VCB4V 放大区域放大区域(3)VC6V VB6V VE5.4VVBE0.6V VCB0V 饱和区域饱和区域(3)VC6V VB6V VE5.4VVBE0.4V VCB2V 截止区域截止区域(4)VC6V VB4V VE3.6V(5)VC3.6V VB4V VE3.4VVBE0.6V VCB-0.4V 饱和区域饱和区域 PPT课件NpNIE=IB+ICBCII恒流源PPT课件三极管的三种工作状态三极管的三种工作状态饱和状态饱和状态放大状态

13、放大状态截止状态截止状态发射结正向偏置，集电结反向偏置发射结正向偏置，集电结反向偏置发射结正向偏置，集电结正向偏置发射结正向偏置，集电结正向偏置发射结反向偏置或者发射结正偏压低于死区电压，发射结反向偏置或者发射结正偏压低于死区电压，集电结反向偏置集电结反向偏置PPT课件共射极连接共射极连接BCBECETHBEiivvvv ;,BCBECETHBEiivvvv ;,0,0;,CBBECETHBEiivvvvBSCSBECEiivv ;PPT课件4.三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

14、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动画演示动画演示PPT课件前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：BCII_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

15、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 _4.1.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数(4.1.5-4.2(4.1.5-4.2一节课一节课)PPT课件例：例：VCE=6V时时：IB=40 A,IC=1.5 mA；IB=60 A,IC=2.3 mA。5.3704.05.1_BCII4004.006.05.13.2BCII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：=PPT课件2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流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

16、的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。PPT课件BECNNPICBOICEO=(1+)ICBO IEP ICBOICBO进入进入N区，形成区，形成IEP根据放大关系，根据放大关系，由于由于ICBO的存的存在，必有电流在，必有电流 ICBO 。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3.集集-射极反向截止电流射极反向截止电流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。PPT课件4.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

17、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。VuCE1CECCMuiPPPT课件6.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 必定导致

18、结温必定导致结温 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PPT课件7.特征频率特征频率fT 电流放大系数下降到电流放大系数下降到1时的信号频率称为时的信号频率称为特征频率。特征频率。PPT课件(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 极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数PPT课件练习4.1.31、优先满足、优先满足PC=PCM2、其次满足、其次满足IC=ICMVCE=I（BR）CEO正常工作时要同时满足：电流

19、、电压、功率都不能超过正常工作时要同时满足：电流、电压、功率都不能超过最大允许的数值最大允许的数值PPT课件半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为开关管。为开关管。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge，C为为N型型Si，D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。2CW6.2，2CZ11，2CP10（3DG6，3DG

20、12）PPT课件 4.1.6 三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管PPT课件三极管的参数参 数型 号 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A

21、f T MHz3AX31D 125 125 20 126*83BX31C 125 125 40 246*83CG101C3CG101C 100 30 450.1 1003DG123C3DG123C 500 50 40 300.353DD101D3DD101D 5A 5A 300 25042mA3DK100B3DK100B 100 30 25 150.1 3003DKG23 250W 30A 400 325 8注：*为 f PPT课件4.1.5 温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响(1)温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。(2)

22、温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1，值约增大值约增大0.5%1%。(3)温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。2.温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响1.温度对温度对BJT参数的影响参数的影响温度升高使温度升高使IC增加增加PPT课件4.1.5 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响 一、温度对一、温度对ICBO的影响的影响 实验证明，温度每升高实验证明，温度每升高10，ICBO增加约一倍；增加约一倍；反之，当温度降低时反

23、之，当温度降低时ICBO减小。另外，硅管比锗减小。另外，硅管比锗管受温度的影响要小得多。管受温度的影响要小得多。二、温度对输入特性的影响二、温度对输入特性的影响 实验证明，温度每升高实验证明，温度每升高1，uBE大约下降大约下降22.5mV。对特性曲线的影响如。对特性曲线的影响如图图1.3.8所示。所示。PPT课件图 1 温度对晶体管输入特性的影响PPT课件三、温度对输出特性的影响三、温度对输出特性的影响图2 温度对晶体管输出特性的影响温度升高温度升高1，增加增加0.51。PPT课件补充：补充：光电三极管光电三极管图3 光电三极管的等效电路、符号和外形PPT课件图 光电三极管的输出特性曲线PP

24、T课件练习4.1.1VA-9V VB-6V VC-6.2V考虑发射结两端电压，锗管；考虑发射结两端电压，锗管；A是集电极是集电极c；假定：假定：B是基极是基极b，C是发射极是发射极eVBC0.2V反偏反偏ecbNPN假设错误。假设错误。C 是基极是基极b，B是发射极是发射极ecbeNPP集电结电压为负值，集电结电压为负值，PNP型管。型管。PPT课件练习4.1.2IA-2mA IB-0.04mA IC2.04mAIE=IB+ICBCIIA是集电极是集电极c，B 是基极是基极b，C是发是发射极射极e。5004.02BCIIC是发射极是发射极e，IC方向流出，为方向流出，为NPN管。管。PPT课件

25、如何判断三极管的三个电极如何判断三极管的三个电极方法一：看、读方法一：看、读PPT课件如何判断三极管的三个电极如何判断三极管的三个电极方法二：数字万用表方法二：数字万用表hFe三极管档位判断类型和各个引脚，如果插入正确，显示值，否则无显示值。PPT课件用指针式万用表判断基极用指针式万用表判断基极 b b 和三极管的类型和三极管的类型:将万用表欧姆挡置将万用表欧姆挡置 R R 100 100 或或RRlk lk 处处,先假设三极管先假设三极管的某极为的某极为 基极基极,并把黑表笔接在假设的基极上并把黑表笔接在假设的基极上,将红表笔先后将红表笔先后接在其余两个极上接在其余两个极上,如果两次测得的电

26、阻值都很小如果两次测得的电阻值都很小(或约为几百或约为几百欧至几千欧欧至几千欧 ),),则假设的基极是正确的则假设的基极是正确的,且被测三极管为且被测三极管为 NPN NPN 型管；同上型管；同上,如果两次测得的电阻值都很大如果两次测得的电阻值都很大(约为几千欧至几约为几千欧至几十千欧十千欧 ),),则假设的基极是正确的则假设的基极是正确的,且被测三极管为且被测三极管为 PNP PNP 型管。型管。如果两次测得的电阻值是一大一小如果两次测得的电阻值是一大一小,则原来假设的基极是错误则原来假设的基极是错误的的,这时必须重新假设另一电极为这时必须重新假设另一电极为 基极基极，再重复上述测试。，再重

27、复上述测试。如何判断三极管的三个电极如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量方法三：模拟万用表测量(机机械万用表）械万用表）PPT课件判断集电极判断集电极c c和发射极和发射极e:e:仍将指针式万用表欧姆挡置仍将指针式万用表欧姆挡置 “R R 100 100”或或“R R 1k 1k”处处,以以NPNNPN管为例管为例,把黑表笔接把黑表笔接在假设的集电极在假设的集电极c c上上,红表笔接到假设的发射极红表笔接到假设的发射极e e上上,并用并用手捏住手捏住b b和和c c极极 (不能使不能使b b、c c直接接触直接接触 ),),通过人体通过人体 ,相当相当b b、c c之间接入偏置电阻之

28、间接入偏置电阻 ,读出表头所示的阻值读出表头所示的阻值,然后将两表笔反接重测。若第一次测得的阻值比第二次然后将两表笔反接重测。若第一次测得的阻值比第二次小小 ,说明原假设成立说明原假设成立,因为因为c c、e e 间电阻值小说明通过间电阻值小说明通过万用表的电流大，偏置正常。万用表的电流大，偏置正常。如何判断三极管的三个电极如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量方法三：模拟万用表测量ecbNPNPPT课件如何判断三极管的三个电极如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量方法三：模拟万用表测量PPT课件静态工作点及稳定方法静态工作点及稳定方法PPT课件(a)可控硅符号（又名晶闸管）；(b)可控硅的检测PPT课件