模拟电子技术基础第2章-课件1.ppt

1、共47页第1 页第第2章章 双极结型晶体管及基本放大电路双极结型晶体管及基本放大电路2.1 双极结型晶体管双极结型晶体管2.2 放大的基本概念和放大电路的主要性能指标放大的基本概念和放大电路的主要性能指标2.3 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.4 放大电路的分析放大电路的分析 2.5 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定2.6 共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路2.7 三极管基本放大电路的派生电路三极管基本放大电路的派生电路共47页第2 页2.1 双极结型晶体管双极结型晶体管 2.1.1 双极结型晶体管结构及类型双极结型晶体管结构及类型 2.1

2、.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶体管的电流放大作用 2.1.3 双极结型晶体管的电压电流特性双极结型晶体管的电压电流特性 2.1.4 双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数 共47页第3 页2.1.1 双极结型晶体管结构及类型双极结型晶体管结构及类型晶体管的历史晶体管的历史:1947年年,约翰约翰巴因巴因(John Bardeen),威廉威廉肖特肖特基基(Willia Shockley),和沃特和沃特布拉顿布拉顿(Walter Brattain)在贝尔在贝尔实验室成功地制造出第一个晶体管。开始了从实验室成功地制造出第一个晶体管。开始了从1950年至年至1960年的第一次电

3、子技术革命。年的第一次电子技术革命。1958年发明的年发明的集成集成电路电路,使使运算放大器运算放大器成为了一种最广泛使用的电子电路。成为了一种最广泛使用的电子电路。二极管是一个两端器件，不能放大电流或电压。晶体管是二极管是一个两端器件，不能放大电流或电压。晶体管是一个三端器件，晶体管与其他电路元件能够放大电流和电一个三端器件，晶体管与其他电路元件能够放大电流和电压，或获得增益。压，或获得增益。共47页第4 页 晶体管结构，两种类型：晶体管结构，两种类型：NPN PNP.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

4、极集电极，用C或c表示（Collector）。发射区发射区(Emitter Region)集电区集电区(collector Region)基区基区(Base Region)三极管符号三极管符号(Symbol)2.1.1 双极结型晶体管结构及类型双极结型晶体管结构及类型共47页第5 页2.1.1 双极结型晶体管结构及类型双极结型晶体管结构及类型共47页第6 页2.1.1 双极结型晶体管结构及类型双极结型晶体管结构及类型晶体管的类型（分类）晶体管的类型（分类）从结构上分从结构上分:NPN 晶体管和PNP 晶体管从频率从频率 特性上分：特性上分：低频管和高频管 从功率上分：从功率上分：大功率晶体管、

5、中功率晶体管和低功率晶体管从材料上分从材料上分:硅材料晶体管和锗材料晶体管 共47页第7 页2.1.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶体管的电流放大作用通过外加合适的电压通过外加合适的电压,使晶体管工作在放大区使晶体管工作在放大区:即即: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。集电极电位最高集电极电位最高发射极电位最低发射极电位最低 共47页第8 页2.1.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶体管的电流放大作用1.晶体管内部载流子的运动晶体管内部载流子的运动 1）射极电流射极电流ENI：发射区电子向基区扩散形成的电子电流：发射区电子向基区扩散形成的电子电流

6、EPI：基区的空穴向发射区扩散形成的空穴电流：基区的空穴向发射区扩散形成的空穴电流BNI：电子在基区内复合形成电子电流：电子在基区内复合形成电子电流CNI：集电区收集发射区的电子形成电子电流：集电区收集发射区的电子形成电子电流CBOI：集电结少子漂移形成的电流：集电结少子漂移形成的电流EENEPENIIII共47页第9 页2.1.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶体管的电流放大作用 2）集电极电流）集电极电流 CCNCBOIII共47页第10 页2.1.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶体管的电流放大作用 3）基极电流）基极电流 BBNEPCBOBCBOIIIIIIBBNEPB

7、NIIII BNBCBOIII共47页第11 页2.1.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶体管的电流放大作用 2.晶体管的电流放大系数晶体管的电流放大系数 CNCCBOCBNBCBOBIIIIIIII 为共射直流电流放大系数，是双极型晶体管的一个重要参数。其值通常在 50-300范围内,但对于一些专用器件来说可能更小或更大。(1)(1)CBCBOBCEOCEOCBOCBIIIIIIIII共47页第12 页2.1.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶体管的电流放大作用 如果把双极型晶体管作为一个节点，通过基尔霍夫电如果把双极型晶体管作为一个节点，通过基尔霍夫电流定律，有流定律，有E

8、CBIII如果晶体管工作在放大区，则：如果晶体管工作在放大区，则：得到发射极和基极电流之间的关系为得到发射极和基极电流之间的关系为:2.晶体管的电流放大系数晶体管的电流放大系数 CBII(1)EBIICBII(1)EBIIECBIIICBII(1)EBIIECBIIICBII共47页第13 页2.1.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶体管的电流放大作用()1CEEIII11 为共基直流电流放大系数，严格来说总是小于1,但很接近1。例如,2 晶体管的电流放大系数晶体管的电流放大系数 CBII(1)EBII100,0.99共47页第14 页2.1.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶

9、体管的电流放大作用 发射结正向偏置，集电结反向偏置。集发射结正向偏置，集电结反向偏置。集电极电位最低，发射极电位最高，基极电极电位最低，发射极电位最高，基极电位位于二者之间。电位位于二者之间。晶体管工作在放大晶体管工作在放大区，上述的电流关系对应成立，只是各区，上述的电流关系对应成立，只是各极的电流实际方向和极的电流实际方向和NPN管相反。管相反。3.PNP晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用共47页第15 页2.1.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶体管的电流放大作用 例例 2 2-1 1-1-1 假设晶体管工作在放大区，共射极电流增益基极电流 。计算集电极和发射极电流。解解:集

10、电极和发射极电流几乎相等，共集电极和发射极电流几乎相等，共基极电流增益几乎是基极电流增益几乎是1。15015ABI15015A2.25mACBII(1)15115A=2.27mAEBII1500.9931151共47页第16 页(1)(1)CBCBOBCEOCEOCBOCBIIIIIIIIICEii1小结小结2.1.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶体管的电流放大作用(1)EBIIECBIIICBII共47页第17 页2.1.3 双极结型晶体管的电压电流特性双极结型晶体管的电压电流特性 电流电流-电压特性电压特性:1）输入特性）输入特性 2）输出特性）输出特性对不同的接法，具体含义不同

11、。对不同的接法，具体含义不同。共47页第18 页2.1.3 双极结型晶体管的电压电流特性双极结型晶体管的电压电流特性 1 1输入特性输入特性 （1）当 时，相当于集电极和发射极直接短接，发射结和集电结并联，输入特性和正向偏置的PN结的特性类似。.()CEBBEuConstif u0CEu以共射接法为例。以共射接法为例。共47页第19 页(2)当当 ，集电结，集电结反向偏置反向偏置，电，电子在基区复合的机会相对减小。对相同的子在基区复合的机会相对减小。对相同的 ，减小，减小，与与 时的曲线时的曲线相相比，比，曲线向右移动曲线向右移动2.1.3 双极结型晶体管的电压电流特性双极结型晶体管的电压电流

12、特性 BEuBiCECBCEBE1V,0uuuu0VCEu共47页第20 页2.1.4 双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数(3)当当 ，集电结反向偏置，集电结反向偏置，集电区的电场已足够强，再增大集电区的电场已足够强，再增大 ，对，对 几乎没有影响，几乎没有影响，因此特性曲线不再明显右移而基本重合。因此特性曲线不再明显右移而基本重合。CEuBiCECBCEBE1V,0uuuu共47页第21 页饱和区：饱和区：iC明显受明显受 控制的区域，该控制的区域，该区域内，一般区域内，一般 (硅管硅管)。发射发射结正偏，集电结正偏结正偏，集电结正偏。输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区

13、域: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。线的下方。小于小于死区电压，集电结反死区电压，集电结反偏偏。放大区：放大区：iC平行于平行于 轴的区域，曲轴的区域，曲线基本平行等距。线基本平行等距。发射结正偏，集发射结正偏，集电结反偏电结反偏。2.1.3 双极结型晶体管的电压电流特性双极结型晶体管的电压电流特性 0Bi(1)CCEOCBOiII2 2输出特性输出特性 ()BcCEiConstif uCEuCEu0.7CEuVBEu共47页第22 页2.1.3 双极结型晶体管的电压电流特性双极结型晶体管的电压电流特性(1)放大区放大区:发射结正向偏置，集电结

14、反向偏置发射结正向偏置，集电结反向偏置 晶体管工作在放大区晶体管工作在放大区,与与 无关无关，CBII3.晶体管的三个工作区晶体管的三个工作区0,0BECEuuCEuBJT常工作在有输入交流信号的常工作在有输入交流信号的情况下，如从基极回路输入一个情况下，如从基极回路输入一个变化的电压变化的电压,则引起基极电流产生则引起基极电流产生一个变化，相应的集电极电流的一个变化，相应的集电极电流的变化量为变化量为 ，则二者之比称为，则二者之比称为交流电流放大系数交流电流放大系数。数值上。数值上BCiiCi共47页第23 页2.1.3 双极结型晶体管的电压电流特性双极结型晶体管的电压电流特性(2)截止区：

15、截止区：发射结反向偏置，或发射结正向偏置但结电压小于发射结反向偏置，或发射结正向偏置但结电压小于开启电压，集电结反向偏置，即开启电压，集电结反向偏置，即0,(1)0BCCEOCBOiiII,BEonCEBEUUUU3.晶体管的三个工作区晶体管的三个工作区CCCCCoCECuuVR IV共47页第24 页2.1.3 双极结型晶体管的电压电流特性双极结型晶体管的电压电流特性(3)饱和区：饱和区：发射结和集电结均处于正向偏发射结和集电结均处于正向偏置置集电极电流和基极电流之间不再是线性关系，集电极电流和基极电流之间不再是线性关系，小于放大区的小于放大区的,0BEonCEBECBUUUUUCiBiCC

16、CECCBECCCCCCSVUVUVIRRR三极管饱和时的三极管饱和时的 称为饱和管压降，记为称为饱和管压降，记为 ，约为，约为0.1-0.3V上图的上图的 CEuCESU集电集电结零偏，即结零偏，即 时时称为称为临界饱和临界饱和,此时此时0CBu3.晶体管的三个工作区晶体管的三个工作区CEBEUUCSBSII若电路中若电路中则则T进入饱和进入饱和BBSII0oCESuU共47页第25 页2.1.4 双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数 1）共射直流电流放大系数：共射直流电流放大系数：1.直流参数直流参数.CECUConstBII共47页第26 页2.1.4双极结型晶体管的主要参数

17、双极结型晶体管的主要参数 1.直流参数直流参数2）共基直流电流放大系数：共基直流电流放大系数：.CBCUConstEII共47页第27 页(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 发射极开路时，集电结的反向饱和发射极开路时，集电结的反向饱和电流。电流。相当于单个相当于单个PN结的反向饱和电流，结的反向饱和电流，只决定于少数载流子的浓度和只决定于少数载流子的浓度和环境温度。环境温度。2.1.4 双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数 3 3）极间反向电流）极间反向电流+b c e-uA Ie=0 VCC ICBO 共47页第28 页2.1.4双极结型晶体管的主要参

18、数双极结型晶体管的主要参数 ICEO 表示基极开路，表示基极开路，c,e间加上一定的反向电压时的集电极间加上一定的反向电压时的集电极电电流。流。这个电流由集电区穿过基区流至发射区，故又叫穿透这个电流由集电区穿过基区流至发射区，故又叫穿透电流。电流。一方面一方面，此时存在此时存在ICBO（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+b c e-VCC ICEO uA 共47页第29 页2.1.4双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数 另一方面，另一方面，发射结在正向电压作用下，发射区的多数载流子电发射结在正向电压作用下，发射区的多数载流子电子要扩散到基区。由

19、于基区开路，子要扩散到基区。由于基区开路，集电区的空穴漂移到基区后集电区的空穴漂移到基区后，只能只能与发射区注入基区的电子复合，与发射区注入基区的电子复合，这部分的数量等于从集电这部分的数量等于从集电区到达基区的空穴数量，即等于区到达基区的空穴数量，即等于ICBO。发射区发射区注入基区电子注入基区电子的大部分到达集的大部分到达集电区，根据三极管的电流分配规律，电区，根据三极管的电流分配规律，发射区每向基区供给一个复合用的载发射区每向基区供给一个复合用的载流子，就要向集电区供给流子，就要向集电区供给个载流子，个载流子，因此，到达集电极的电子数等于在基因此，到达集电极的电子数等于在基区复合数的区复

20、合数的倍，则集电极总的电流倍，则集电极总的电流为为ICEO=（1+）ICBO共47页第30 页发射极总的穿透电流为发射极总的穿透电流为I ICEOCEO=（1+1+）I ICBOCBO,在输出特性在输出特性曲线上，曲线上，I IB B=0=0那条曲线所对应的纵坐标的数值为那条曲线所对应的纵坐标的数值为I ICEOCEO。2.1.4双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数 +b c e-VCC ICEO uA 共47页第31 页(1)共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数(2)共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数当当ICBO和和ICEO很小时，很小时，使用时可以不加区分

21、。使用时可以不加区分。2.1.4双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数,CCEBiuconstiCCBEiuconsti2.2.交流参数交流参数 共47页第32 页 U(BR)CBO发射极开路时的集电结反向击穿电压。发射极开路时的集电结反向击穿电压。U(BR)EBO集电极开路时发射结的反向击穿电压。集电极开路时发射结的反向击穿电压。U(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的击穿电压基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系：U(BR)CBOU(BR)CEOU(BR)EBO2.1.4双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数 3极限参数极

22、限参数1）极间反向击穿电压）极间反向击穿电压共47页第33 页指三极管的参数变化不超过允许值的集电极最大电流。指三极管的参数变化不超过允许值的集电极最大电流。当电流超过当电流超过I ICMCM时，管子的性能将显著下降。如时，管子的性能将显著下降。如I IC C I ICMCM 时时 ,减小。减小。2.1.4双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数 2)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM共47页第34 页3)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM:不致使管子性能下降或烧毁管子的集电极最大功率损耗。不致使管子性能下降或烧毁管子的集电极最大功率损耗。2.1.4双极结型晶体

23、管的主要参数双极结型晶体管的主要参数 在输出特性曲线上由方程在输出特性曲线上由方程可画出管子的允许功率损耗曲线，从而决定管子的可画出管子的允许功率损耗曲线，从而决定管子的安安全工作区、过损耗、过电流区和击穿区。全工作区、过损耗、过电流区和击穿区。对大功率管，为了提高对大功率管，为了提高PCM，常采用加装散热的办法。，常采用加装散热的办法。PCMCCCEPi uCCECMi uP共47页第35 页4 数据手册数据手册 1）击穿电压）击穿电压2)电流增益电流增益3)漏电流漏电流4)其他其他 2.1.4 双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数共47页第36 页共47页第37 页2.1.4双

24、极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数 4 Data sheet 共47页第38 页2.1.4双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数 共47页第39 页举例例：电路如图所示，例：电路如图所示，。（1 1）R Rb b50k50k时，时，U UO O？（2 2）若）若T T临界饱和，则临界饱和，则R Rb b？解：（解：（1 1）R Rb b50k50k时时:三极管三极管处在放大区。处在放大区。（2 2）临界饱和时：）临界饱和时：U UCECEU UBEBE0.7V0.7V，所以，所以 26ABBBEBbVUIR2oCECCCCuUVI RV2.6mACBII28.6CSBSIIuACC15V,100,0.7VBEVU2.86CCCESCScVUImAR45.5BBBEbBSVURKI共47页第40 页2.1 双极结型晶体管双极结型晶体管-小结小结2.1 双极结型晶体管双极结型晶体管 2.1.1 双极结型晶体管结构及类型双极结型晶体管结构及类型 2.1.2 双极结型晶体管的电流放大作用双极结型晶体管的电流放大作用 2.1.3 双极结型晶体管的电压电流特性双极结型晶体管的电压电流特性 2.1.4 双极结型晶体管的主要参数双极结型晶体管的主要参数 共47页第41 页 作业:2.1,2.2，2.3