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1、半导体三极管图片第1页/共103页第2页/共103页 半导体三极管的结构1.NPN型三极管结构示意图和符号（2）根据使用的半导体材料分:硅管和锗管（1）根据结构分:NPN型和PNP型三极管的主要类型第3页/共103页NNP发射区集电区基区发射极E(e)集电极C(c)发射结Je集电结Jc基极B(b)第4页/共103页NPN型三极管符号B(b)E(e)TC(c)NNP发射区集电区基区发射极E(e)集电极C(c)发射结Je集电结Jc基极B(b)第5页/共103页2、PNP型三极管结构示意图和符号PNP型三极管符号B(b)E(e)TC(c)E(e)发射区集电区基区PPNC(c)B(b)JeJc第6页/
2、共103页（1）发射区小，掺杂浓度大。3、三极管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）：（2）集电区掺杂浓度低，集电结面积大。（3）基区掺杂浓度很低，且很薄。NNP发射区集电区基区EBC第7页/共103页 三极管工作原理（以NPN型管为例）依据两个PN结的偏置情况放大状态饱和状态截止状态倒置状态晶体管的工作状态第8页/共103页1发射结正向偏置、集电结反向偏置放大状态 原理图电路图+第9页/共103页(1)电流关系a.发射区向基区扩散电子形成发射极电流IE。发射区向基区扩散电子称扩散到基区的发射区多子为非平衡少子第10页/共103页b.基区向发射区扩散空穴基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散
3、电子形成空穴电流。第11页/共103页因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流忽略不记。基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散电子第12页/共103页c.基区电子扩散和复合非平衡少子在基区复合，形成基极电流IBIB非平衡少子向集电结扩散第13页/共103页非平衡少子到达集电区IBd.集电区收集从发射区扩散过来的电子IC形成发射极电流IC第14页/共103页形成反向饱和电流ICBOe.集电区、基区少子相互漂移少子相互漂移ICBOICIB第15页/共103页发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。定义基极是两个回路的公共端，称三极管这种接法为共基极接法。称为共基极直流电流放大系数 输入回路输
4、出回路第16页/共103页各电极电流之间的关系 IE=IC+IB IBICICBO第17页/共103页晶体管共射极接法原理图电路图IBICICBO第18页/共103页定义为三极管共射极直流电流放大系数IBICICBO第19页/共103页各电极电流之间的关系ICEO称为穿透电流IBICICBO第20页/共103页得或的关系式由由及的定义与第21页/共103页 如果 UBE 0，那么IB 0，IC 0，IE 0 当输入回路电压U BE=UBE+UBE那么I B=IB+IBI C=IC+ICI E=IE+IE 如果 UBE 0，那么IB 0，IC 0，IE UBEb.IC=IBc.IC与UCE无关饱
5、和区放大区iiB=20A04060801002468/V uCE01234C/mA 截止区第34页/共103页NPN管与PNP型管的区别iB、uBE、iC、iE、uCE的极性二者相反PNP管电路NPN管电路第35页/共103页硅管与锗型管的区别（3）锗管的ICBO比硅管大（1）死区电压约为硅管0.5 V锗管0.1V（2）导通压降|uBE|锗管0.3V硅管0.7 V第36页/共103页 半导体三极管的主要电参数1.直流参数（3）发射极开路，集电极基极间反向饱和电流ICBO （1）共基极直流电流放大系数（2）共射极直流电流放大系数（4）发射极开路，集电极发射极间反向饱和电流ICEO 第37页/共1
6、03页2.交流参数（1）共基极交流电流放大系数 值与iC的关系曲线（2）共射极交流电流放大系数 常数iC0第38页/共103页3.极限参数(4)集电极最大允许电流ICM(1)集电极开路时发射极基极间反向击穿电压U（BR）EBO(2)发射极开路时集电极基极间反向击穿电压U（BR）CBO(3)基极开路时集电极发射极间反向击穿电压U（BR）CEO 第39页/共103页iCuCE0U(BR)CEOICMPCM不安全区安全区(5)集电极最大允许功率耗散PCM晶体管的安工作全区等功耗线PC=PCM=uCEiC第40页/共103页 温度对管子参数的影响 1对的影响2对ICBO的影响3对UBE的影响 4温度升
7、高，管子的死区电压降低。第41页/共103页思 考 题2.如何用万用表判别晶体管的类型和电极？3.为什么晶体管基区掺杂浓度小而且做的很薄？1.晶体管的发射极和集电极是否可以调换使用？4.晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放大系数和在放大区工作时是否一样大？第42页/共103页2.2 共射极放大电路的组成和工作原理 放大电路概述 1放大电路的用途:把微弱的电信号不失真地放大到负载所需的数值。应用举例放大器直 流 电 源话筒 输入喇叭输出第43页/共103页2放大电路的主要性能指标 放大器性能指标测量原理方框图 被 测 放 大 电 路负载正弦波信号源+直 流 电 源+第44页/共103页互
8、导放大倍数Ag 互阻放大倍数 Ar 电流放大倍数AiioUUAu=电压放大倍数Au +直流电源+(1)放大倍数 A 第45页/共103页(2)输入电阻Ri Ri越大，Ui也就越大，电路的放大能力越强。a.由于b.Ri越大，输入电流ii越小，信号源的负载越小。+直流电源+Ri第46页/共103页(3)输出电阻Ro 定义：测量电路被+测 放大 电 路直 流 电源+Ro第47页/共103页对输出电压的电路即 Ro越小，输出电压越稳定，电路带载能力越强。+直流电源+由于第48页/共103页测量Ro的一种方法 带负载时的输出电压负载开路时的输出电压+直流电源+S第49页/共103页(4)全谐波失真度D(
9、5)动态范围Uo p-p也称为最大不失真输出电压。即谐波电压总有效值与基波电压有效值之比使输出电压uo的非线性失真度达到某一规定数值时的uo的峰峰值。第50页/共103页(6)频带宽度fbw相频特性由得幅频特性fL幅频特性曲线fHffBW相频特性曲线90_o180_o225_o270_o135_ofBWf第51页/共103页 共射极放大电路的组成及其工作原理 1.共射极放大电路的组成电路存在的问题：（1）信号源与放大电路相互影响。（2）放大电路与负载相互影响。TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRC+_+_RL_uO+第52页/共103页各元器件的作用：T放大器件隔离放大电路对信号源和负
10、载的直流影响。沟通信号源、放大电路、负载之间的信号传递通道。耦合电容C1、C2改进的共射极放大电路第53页/共103页为T提供Je正偏电压UBEVBB、RB提供基极偏置电流IBVCC为T提供Jc反偏电压UCE为电路提供能量第54页/共103页RC使集电极有合适的电流IC转换集电极电流信号为电压信号,实现电压放大第55页/共103页只用一个电源，减少电源数。（1）电路的简化（2）电路画法不画电源符号，只写出电源正极对地的电位。第56页/共103页放大电路的两种工作状态：静态 当输入信号为零时电路的工作状态。静态时放大电路只有直流分量。动态有输入信号时电路的工作状态。动态时电路中的信号为交直流分量
11、的叠加。第57页/共103页注：不同书写体字母的含义UBEIB 大写字母，大写下标，表示直流量。ube小写字母，小写下标，表示交流瞬时值。uBE小写字母，大写下标，表示交、直混合量。Ube大写字母，小写下标，表示交流分量有效值。第58页/共103页信号的传递过程C2隔直作用第59页/共103页思 考 题1.通常希望放大电路的输入电阻高一些好，还是低一些好？对输出电阻呢？放大电路的带负载能力是指什么?第60页/共103页2.3 放大电路的静态分析 静态分析就是通过放大电路的直流通路求解静态工作点值IBQ、ICQ、UCEQ。直流通路第61页/共103页 图解法在放大电路静态分析中的应用 1输入回路
12、列写输入回路方程VCC=iBRB+uBE 求解静态工作点的常用方法图解法估算法第62页/共103页直流负载线与三极管输入特性曲线的交点，即为放大电路的输入静态工作点Qi。在iB、uBE坐标系上是一条直线称为输入回路的直流负载线VCC=iBRB+uBE 方程PK三极管输入特性曲线直流负载线0iBuBE第63页/共103页2输出回路VCC=iCRC+uCE输出回路方程称为输出回路的直流负载线MN直流负载线输出特性曲线直流负载线与晶体管输出特性曲线的交点，即为放大电路的输入静态工作点Qo。在iC、uCE坐标系上是一条直线iC0uCE第64页/共103页 估算法在放大电路静态分析中的应用 UCEQ=V
13、CCICQRC式中，|UBEQ|硅管可取为0.7V，锗管0.3V 由输入回路方程VCC=iBRB+uBE得第65页/共103页思 考 题1.在晶体管放大电路的分析中，估算法在什么情况下将引起较大的误差？第66页/共103页 在静态分析基础上，分析电路中的交流分量之间关系。主要求Au、Ri、Ro及Uopp等参数。2.4 放大电路的动态分析 常用的分析方法图解法微变等效电路法第67页/共103页 图解法在放大电路动态分析中的应用 设输入信号ui=Uimsinwt V第68页/共103页1当RL=时在输入回路uBE=UBE+uit0uBE波形图第69页/共103页iB的波形图工作点的移动uBE波形图
14、（1）iB的形成过程已知Qabt00t0第70页/共103页abtMN00tiB1iB2(2)输出波形已知Q已知 iB工作点的移动uCE波形图iC波形图输出电压uo0第71页/共103页已知输入信号小结：输出信号波形输出电压uo与输入电压ui相位相反0t0t第72页/共103页(2)如果静态工作点Q太低工作点的移动uBE波形图ab已知QiB1iB2iB的波形图a.输入波形0tt00第73页/共103页abiB1iB2已知Q已知 iB工作点的移动uCE波形图iC波形图输出电压b.输出波形截止失真tMN00t0第74页/共103页0t0t0工作点的移动uBE波形图ab已知QiB1iB2iB的波形图
15、a.输入波形(3)如果静态工作点Q太高第75页/共103页abiB1iB2已知Q已知 iB工作点的移动uCE波形图iC波形图b.输出波形输出电压饱和失真tMN00t0第76页/共103页0t0t0工作点的移动uBE波形ab已知QiB1iB2iB的波形a.输入波形(4)如果输入信号太大第77页/共103页abiB1iB2已知Q已知 iB工作点的移动uCE波形iC波形b.输出波形tMN00t0第78页/共103页（忽略 UCES和ICBO）(5)放大电路的动态范围a.如果UCEQ=ICQRC=VCC/2iB波形iB1iB2iB3uo1uo2uo3输出波形=2ICRCUopp=2UCEQ=VCC0t
16、0MN第79页/共103页b.如果UCEQICQRCiB波形iB1iB2iB3输出波形Uopp=2ICRCuo1uo2uo30t0MN第81页/共103页结论:(2)共射极放大电路的uo与ui的相位相反。(3)ui的幅度过大或静态工作点不合适，将产生非线性失真（饱和失真、截止失真）。(4)放大电路信号iB=IB+ibuBE=UBE+uiiC=IC+icuCE=UCE+uce(1)第82页/共103页(5)动态范围(忽略ICEO和UCES)(a)Qo点在负载线的中点UCEQ=ICQRC=VCC/2Uo pp=2ICQRC(b)Qo点在负载线中点下方 UCEQICQRC第83页/共103页 (c)
17、Qo点在负载线中点上方(6)非线性失真的特点：Uopp=2min UCEQ，ICQRCUCEQICQRC饱和失真：输出电压波形的下半部被削平。截止失真：输出电压波形的上半部被削平。(d)Uopp的一般表示式第84页/共103页2当RL时（1）放大电路的交流通路交流通路画法：耦合电容短路直流电压源短路第85页/共103页交流通路第86页/共103页RL RC/RL由放大电路的交流通路可知式中ic第87页/共103页由于故（2）交流负载线式中第88页/共103页该直线称为放大电路的交流负载线。在uCE和iC的坐标中，也表示一条直线M直流负载线交流负载线PUCEQ+ICQ RLiCuCE0QONIC
18、Qab式第89页/共103页交流负载线的特点:d.电路的工作点沿交流负载线移动。a.斜率为1/RLb.经过静态工作点Qc.与横轴的交点为UCEQ+ICQ RL iCuCE0QOMNICQabPUCEQ+ICQ RL直流负载线交流负载线第90页/共103页e.动态范围(a)比电路空载时小。(b)(c)当考虑UCES时iCuCE0QOMNICQabPUCEQ+ICQ RL直流负载线交流负载线第91页/共103页（2）作图烦琐，Ui很小时难以作图。图解法的特点（1）便于观察。（3）放大电路一些性能指标无法由图解法求得。第92页/共103页 微变等效电路法在放大电路动态分析中的应用 1晶体管的H参数微
19、变等效电路（1）晶体管线性化的条件：电路工作在小信号状态。a.iB与 uBE 之间具有线性关系 b.值恒定（2）晶体管可线性化的主要依据：第93页/共103页晶体管共射极接法线性化原理晶体管ucebecNPNPNP或型型晶 管体+icubeib+等效图线 性网 络uce+ubeicib第94页/共103页晶体管线性等效电路的H参数描述式中线 性网 络uce+ubeicib第95页/共103页晶体管的微变等效电路可画出等效电路由+_bec+_ ib+_rbeubeibhreuce1/hoeicuce第96页/共103页称为晶体管的输入电阻称为晶体管的基极体电阻式中hre反向传输电压比电流放大系数
20、图中+_bec+_ ib+_rbeubeibhreuce1/hoeicuce第97页/共103页称为晶体管共射极输出电导+_bec+_ ib+_rbeubeibhreuce1/hoeicuce第98页/共103页hre、hoe一般比较小，可忽略不计 晶体管微变等效简化电路+_bec+_ ib+_rbeubeibhreuce1/hoeicuceube+_becib+_rbeibicuce第99页/共103页2微变等效电路法在放大电路动态分析中的应用（1）画出放大电路的交流通路第100页/共103页交流通路第101页/共103页（2）将晶体管微变等效放大电路的微变等效电路b ce第102页/共103页感谢您的观看。第103页/共103页