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1、第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析第第2章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.1 双极型双极型半导体三极管半导体三极管 2.2 三极管基本应用电路及其分析三极管基本应用电路及其分析2.3 单极性半导体三极管及其电路分析单极性半导体三极管及其电路分析第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管晶体管的几种常见外形晶体管的几种常见外形(Semiconductor Transistor)半导体三极管半导体三极管(晶体管，双极型晶体管晶体管，双极型晶体管)与二极管的与二极管的主要区别主要区
2、别 是它具有是它具有电流放大作用，电流放大作用，而二极管没有。而二极管没有。因而三极管应用更因而三极管应用更加广泛。加广泛。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.1.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型ECB三极、三极、两结、两结、三区三区。一一.结构结构:基区基区第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析ECBPNP 型型集电极集电极 PPNEBC基极基极 发射极发射极 发射结发射结集
3、电结集电结第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析按材料分：按材料分：硅管、锗管硅管、锗管按结构分：按结构分：NPN、PNP按使用频率分：按使用频率分：低频管、高频管低频管、高频管按功率分：按功率分：小功率管小功率管 1 W二二.分分类类:第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.1.2 晶体管的工作原理晶体管的工作原理一、一、半导体三极管正常放大的条件半导体三极管正常放大的条件(1)内部条件内部条件 :管芯结构剖面图管芯结构剖面图发射区掺杂发射区掺杂 浓度高浓度高基区薄且掺杂基区薄且掺杂 浓度低浓度低集电结面积大集电结面积大第第 2 章章 半
4、导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析(2)外部条件外部条件:发射结发射结集电结集电结 发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析二、二、三极管的三种连接方式三极管的三种连接方式(1)三极管在组成放大电路时，一般是组成两端口网络，三极管在组成放大电路时，一般是组成两端口网络，即一端是输入端另一端是输出端。即一端是输入端另一端是输出端。共发射极共发射极接法接法 共集电极共集电极接法接法 共基极共基极接法接法信信号号源源负负载载第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析(2)三种连接方式三种连接方式
5、uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析三、三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1.发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子，形成发射极电流形成发射极电流 IE。IEI BN(2)其余电子其余电子扩散扩散到集电结边沿。到集电结边沿。2.注入电子注入电子 在基区中的复合与扩散基区中的复合与扩散(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略)(1)注入电子中有极少部分与空穴注入电子中有极少部分与空穴复合复合。部分电子与基区空穴部分电子与基区空穴复合复合形成形
6、成IBN。结果结果:第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析(三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程)I CNIEI BNI CBOIBIC由于由于VBB的作用，电子与空穴的复合运动将的作用，电子与空穴的复合运动将源源不断地进行，形成基极电流源源不断地进行，形成基极电流IB。基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)IBN IB+ICBOIB=IBN ICBO 即：即：3.集电区收集扩散过来的电子形成集电极电流集电区收集扩散过来的电子形成集电极电流 ICI C=ICN +ICBO 第第 2 章章 半导体
7、三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析四四.三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系IB=I BN ICBO IC=ICN +ICBO(1)当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定。集电结面积等确定，故电流的比例关系确定。(2)电流放大系数电流放大系数第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 注入基区的电子在基区中扩散的电子数与复合的电注入基区的电子在基区中扩散的电子数与复合的电子数的比例关系就基本确定。将这个子数的比例关系就基本确定。将这个“比值比值”称为称为:共发射极电流放大系数共
8、发射极电流放大系数:第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析五、晶体管的放大作用五、晶体管的放大作用现象：现象：Ui 的微小变化引起输出的微小变化引起输出Uo的很大的变化的很大的变化ebc第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 三极管放大本质：电流的放大三极管放大本质：电流的放大。(变化量的放大变化量的放大)利用三极管的电流放大特性实现电压放大作用。利用三极管的电流放大特性实现电压放大作用。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.1.3 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线一、共射输入特性：一、共射输入特性：与二极管特性
9、相似与二极管特性相似BJT特性曲线特性曲线:是在伏安平面上作出的反映晶体管各是在伏安平面上作出的反映晶体管各 极电流电压关系的曲线。极电流电压关系的曲线。RCVCCiBIERB+uBE+uCE VBBCEBiC+第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析特性右移特性右移.特性基本重合特性基本重合(电流分配关系确定电流分配关系确定)iBRB+uBE VBB+O导通电压导通电压 UBE(on)硅管硅管：(0.6 0.8)V锗管锗管：(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 VVBB+RBBE右移右移第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析二、二
10、、共射输出特性曲线共射输出特性曲线1.截止区：截止区：条件：条件：两个结均反偏两个结均反偏4321iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 ICEO截止区截止区IB 0 IC=IE=ICEO 0第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.放大区放大区条件：条件：4321iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 ICEO截止区截止区放大区放大区发射结正偏发射结正偏,集电结反偏集电结反偏第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析特点特点:基极电流基极电流iB对集
11、电极电流对集电极电流iC有很强的有很强的控制作用控制作用，即，即iB有有很小的变化量很小的变化量iB时，时，iC就会有很大的变化量就会有很大的变化量iC。共发射极共发射极交流交流电流放大系数电流放大系数反映在特性曲线上，为两条不同反映在特性曲线上，为两条不同iB曲线的间隔曲线的间隔第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 uCE在很大范围内变化时基本不变。因此，当在很大范围内变化时基本不变。因此，当iB一一定时，集电极电流具有恒流特性。定时，集电极电流具有恒流特性。iC的的恒流特性恒流特性4321iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2
12、 4 6 8 ICEO截止区截止区放大区放大区iC第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析3.饱和区：饱和区：uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件：条件：两个结均正偏两个结均正偏特点：特点：iC iCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每升高温度每升高 1 C，(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析五五 晶体管的主要参数晶体管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数1.共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20
13、 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流电流放大系数 交流电流放大系数交流电流放大系数一般为几十一般为几十 几百几百2.共基极电流放大系数共基极电流放大系数 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。Q第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析二、极间反向电流二、极间反向电流 1:ICBO ICBO指指发发射射极极开开路路时时，集集电电极极基基极极间间的的反反向向电流，称为集电极电流，称为集电极反向饱和电流反向饱和电流。2:ICEO ICEO指指基基极极开开路路时时，集集电电极极发发射射极极间间的的反反向向电流，称为电流，称为集电极穿透电流集电
14、极穿透电流。3:IEBO IEBO指集电极开路时，指集电极开路时，发射极发射极基极间的反向基极间的反向电流电流。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析三、极限参数三、极限参数1.ICM 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。值明显降低。U(BR)CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。2.PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC=iC uCE。3.U(BR)CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极
15、极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBOiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析【例例2】:三极管正常放大，试判断三极管正常放大，试判断:硅、锗硅、锗。b b、c c、e e 极极。NPNNPN管管、PNPPNP管管。e b cb e cc b e第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析1.4 二极管、三极管的检测二极管、三极管的检测1.3.1半导体二极管特性的测试与应用半导体二极管特性的测试与应用半导体二极管特性的测试与应用半
16、导体二极管特性的测试与应用一、半导体体二极管使用基本知识（一、半导体体二极管使用基本知识（P35）二、二、半导体二极管参数选录半导体二极管参数选录(参见教材参见教材)（P37）三、三、半导体二极管的识别与检测半导体二极管的识别与检测1.目测判别极性目测判别极性触丝触丝半导体片半导体片第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析1.用万用表检测二极管用万用表检测二极管(1)用指针式万用表检测用指针式万用表检测在在 R 1 k 挡进行测量，挡进行测量，红红表笔是表笔是(表内电源表内电源)负极，负极，黑黑表笔是表笔是(表内电源表内电源)正极。正极。测量时手不要接触引脚。测量时手不
17、要接触引脚。一一般般硅硅管管正正向向电电阻阻为为几几千千欧，锗管正向电阻为几百欧。欧，锗管正向电阻为几百欧。正正反反向向电电阻阻相相差差不不大大为为劣劣质管。质管。正正反反向向电电阻阻都都是是无无穷穷大大或或零则二极管内部断路或短路。零则二极管内部断路或短路。1k 0 0 0第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析(2)用数字式万用表检测红红表笔是表笔是(表内电源表内电源)正极，正极，黑黑表笔是表笔是(表内电源表内电源)负极。负极。2k20k200k2M20M200 在在 挡挡进进行行测测量量，当当 PN 结结完完好好且且正正偏偏时时，显显示示值值为为PN 结结两两端端
18、的的正正向向压压降降(V)。反反偏偏时，显示时，显示 。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.4.1 2.4.1 半导体三极管使用基本知识半导体三极管使用基本知识一、外型及引脚排列一、外型及引脚排列EBCE B CEBCBEC第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析二、万用表检测晶体三极管的方法二、万用表检测晶体三极管的方法1.根据外观判断极性；根据外观判断极性；3.用万用表电阻挡测量三极管的好坏，用万用表电阻挡测量三极管的好坏，PN 结正结正 偏时电阻值较小偏时电阻值较小(几千欧以下几千欧以下)，反偏时电阻，反偏时电阻 值较大值较大(几百
19、千欧以上几百千欧以上)。2.插入三极管挡插入三极管挡(hFE)，测量测量 值或判断管型值或判断管型3.及管脚；及管脚；第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析指针式万用表指针式万用表注意事项：注意事项：在在 R 1 k 挡进行测量。挡进行测量。红红表笔是表笔是(表内表内)负极，负极，黑黑表笔是表笔是(表内表内)正极。正极。测量时手不要接触引脚。测量时手不要接触引脚。1kBEC 1kBEC第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析数字万用表数字万用表注意事项注意事项：红红表笔是表笔是(表内电源表内电源)正极；正极；黑黑表笔是表笔是(表内电源表内电源)
20、负极。负极。NPN 和和 PNP 管分别按管分别按 EBC 排列插入不同的孔。排列插入不同的孔。需要准确需要准确测量测量 值时，应先进行校正。值时，应先进行校正。2.插入三极管挡插入三极管挡(hFE)，测量测量 值或判断管型及管脚。值或判断管型及管脚。1.可直接用电阻挡的可直接用电阻挡的 挡，分别测量挡，分别测量判断判断两个结两个结2.的的好坏。好坏。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析三、晶体三极管的选用三、晶体三极管的选用(P89)1.根据电路工作要求选择高、低频管。根据电路工作要求选择高、低频管。2.根据电路工作要求选择根据电路工作要求选择 PCM、ICM、U
21、(BR)CEO，应保证：应保证：PC PCm ICM Cm U(BR)CEO VCC3.一般三极管的一般三极管的 值在值在 40 100 之间为好，之间为好，9013、9014 等低噪声、高等低噪声、高 的管子不受此限制的管子不受此限制 。4.穿透电流穿透电流 ICEO 越小越好，硅管比锗管的小。越小越好，硅管比锗管的小。半导体器件的命名方式半导体器件的命名方式(P87)第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 2.2 三极管基本应用电路及其分析三极管基本应用电路及其分析 基本放大器通常是指由一个三极管构成的单级放大基本放大器通常是指由一个三极管构成的单级放大器。根据输
22、入、输出回路公共端所接的电极不同，实际器。根据输入、输出回路公共端所接的电极不同，实际有共射极、共集电极和共基极三种基本有共射极、共集电极和共基极三种基本(组态组态)放大器。放大器。下面以最常用的下面以最常用的共射放大电路共射放大电路为例来说明放大器的为例来说明放大器的一般组成原理。一般组成原理。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析信号源信号源负载负载基本放大电路基本放大电路 放大电路的组成放大电路的组成:第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.2.1 基本共射放大电路基本共射放大电路一一.放大电路的组成放大电路的组成基本共发射极放大电路
23、基本共发射极放大电路信号源信号源负载负载连接方式连接方式:称为阻容耦合放大器称为阻容耦合放大器第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析习惯画法习惯画法共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析VCC(直流电源直流电源)：使使e结正偏、结正偏、c结反偏结反偏 向负载和各元件提供功向负载和各元件提供功率率C1、C2(耦合电容耦合电容)：隔直流、通交流隔直流、通交流Rb(基极偏置电阻基极偏置电阻)：提供合适的基极电流提供合适的基极电流RC(集电极电阻集电极电阻)：将将 iC uC，使电流放大使电流放大 电压放大电压
24、放大组成组成:第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析二、工作原理二、工作原理作用：电压放大作用：电压放大。iCiB+uCEuotubeuiiBicucEuo第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析三、放大电路的两种工作状态三、放大电路的两种工作状态 主要用于研究静态工作点主要用于研究静态工作点Q（IBQ、ICQ、IEQ、UBEQ、UCEQ）(1)静态静态（直流工作状态）直流工作状态）当当 ui 0 时，即在没有输入交流信号时的工作状态。时，即在没有输入交流信号时的工作状态。直流通路直流通路第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其
25、电路分析（2）动态动态(交流交流工作状态工作状态)用于研究动态用于研究动态(交流交流)参数，如：参数，如：Ro、Ri、Au等。等。交流通路交流通路课堂练习：课堂练习：P128 习题习题 2.3当当 ui 0 时时,即输入交流信号时的工作状态。即输入交流信号时的工作状态。画法：画法：电容电容C短路，短路，直流电源对交流信号短路。直流电源对交流信号短路。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析四：放大电路的组成原则四：放大电路的组成原则 保证三极管工作在放大区保证三极管工作在放大区:e结正偏、结正偏、c结反偏结反偏（1）直流状态：）直流状态：（2）交流状态：）交流状态：在输
26、入回路在输入回路：uiiB 的变化的变化引起引起在输出回路在输出回路：ic转换成转换成ucE uo第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法小信号模型小信号模型(微变微变)分析法分析法图解法图解法计算机仿真计算机仿真Q点，点，求：求：IBQ、ICQ、UCEQ研究动态研究动态(交流交流)参数：参数：Ro、Ri、Au等等 2.2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析一：静态分析一：静态分析(直流分析直流分析)直流分析直流分析,又称
27、为静态分析又称为静态分析,用于用于求出求出电路的电路的直流直流工工作状态作状态,即基极直流电流即基极直流电流IB;集电极直流电流集电极直流电流IC;集电集电极与发射极间直流电压极与发射极间直流电压UCE。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 在特性曲线上所对应的一个在特性曲线上所对应的一个点点称为称为 静态工作点静态工作点Q。IBQQUBEQIBQICQUCEQQQ点点的实际意义：保证放大电路在信号放大过程中的实际意义：保证放大电路在信号放大过程中不失真不失真IBQ、UBEQ、1.静态工作点静态工作点的概念的概念：输入回路中输入回路中：输出回路中输出回路中：ICQ、
28、IEQ、UCEQ第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.静态工作点近似估算静态工作点近似估算 (求求Q点：点：IBQ、ICQ、IEQ)直流通路直流通路第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 如图所示如图所示,硅管硅管：锗管锗管：I IBQBQ(1)由基极回路求出静态时基极电流由基极回路求出静态时基极电流 I IBQ BQ:第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 (2)根据三极管各极电流关系根据三极管各极电流关系,可求出可求出 静态工作点的集电极电流静态工作点的集电极电流I ICQCQ：再根据集电极输出回路可求出再根
29、据集电极输出回路可求出U UCEQCEQI ICQCQ反向第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析估算放大电路的静态工作点。设估算放大电路的静态工作点。设UCC=12 V,Rc=3k,Rb=280k,50。解：解：I IBQBQICQ【例例1】第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析(1)输入回路图解法求解静态工作点输入回路图解法求解静态工作点输入外电路方程为输入外电路方程为：VBBIBQUBEQ输入回路负载线输入回路负载线Q4.图解法图解法确定确定静态工作点静态工作点第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析(2)输出回路
30、图解法求解静态工作点输出回路图解法求解静态工作点 如图所示：如图所示：由图由图a、b两端向左看两端向左看,其其 iCuCE关系由三关系由三极管的输出特性曲线确定。极管的输出特性曲线确定。iCuCE+ce第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析由图由图a、b两端向右看两端向右看,其其 iCuCE 关系由回路的电压方程表示关系由回路的电压方程表示:iCuCE+直流斜率直流斜率:uCE与与iC是线性关系是线性关系,只需确定两点只需确定两点(M,N)即可得到即可得到直流负载线直流负载线第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析(3)由上可得出用图解法求由上
31、可得出用图解法求Q点的步骤点的步骤:找出找出 iB=IBQ 这一条输出特性曲这一条输出特性曲线线,与直流负载线的交点即为与直流负载线的交点即为Q点。点。读出读出Q点坐标的电流、电压值即点坐标的电流、电压值即为所求。为所求。由基极回路求出由基极回路求出IBQ。在输出特性曲线所在坐标中在输出特性曲线所在坐标中,按直流负载线方程按直流负载线方程uCE=VCC-iCRc,作出直流负载线。作出直流负载线。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 如图如图(a)所示电路所示电路,已知已知Rb=280k,Rc=3k,UCC=12V,三极管的输出特性曲线如图三极管的输出特性曲线如图(b
32、)所示所示,试用图解法确定静试用图解法确定静态工作点。态工作点。(a)(b)【例例2】第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析解解 :首先写出直流负载方程首先写出直流负载方程,并作出直流负载线并作出直流负载线:然后然后,由基极输入回路由基极输入回路,计算计算IBQ第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 直流负载线直流负载线 与与 iB=IBQ=40A 这一条特性曲线的交点这一条特性曲线的交点,即为即为Q点点,从图上查出从图上查出:ICQ=2mA,UCEQ=6V。(IBQ=40A)第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析5
33、.电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作点的影响(1)Rb对对Q点的影响点的影响改变改变 Rb(其他参数不变其他参数不变)R b iB Q 趋近截止区；趋近截止区；R b iB Q 趋近饱和区。趋近饱和区。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析(2)Rc对对Q点的影响点的影响Rc的变化的变化,仅改变直流负载仅改变直流负载线的线的N点点,即仅改变直流负载即仅改变直流负载线的斜率。线的斜率。Rc增大增大,N点下降点下降,Rc减小减小,N点上升点上升,。N1第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析(3)VCC对对Q点的影响点的影响VCC 增大增
34、大,(直流负载线直流负载线 M 点和点和 N 点点 同时增大同时增大)VCC 减小减小(M、N 减小减小)IBQ直流负载线直流负载线平移平移第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 Vcc的变化不仅影响的变化不仅影响 M,N 点点,还影响还影响IBQ。因此。因此,Vcc对对Q点的影响较复杂。点的影响较复杂。(直流负载线直流负载线M点和点和N点同时增大点同时增大)IBQ 增大增大IBQVCC 增大增大第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析二：放大电路的二：放大电路的动态分析动态分析1.图解法分析动态特性图解法分析动态特性VCC+RCui+iBiC
35、RBVBBC1+uCE+uBE UCEQMN第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析(1)交流负载线交流负载线:RL改为：改为：交流负载线方程交流负载线方程:()斜率斜率(ui 0)第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析L交流通路交流通路斜率斜率第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析UCEQA A 点坐标点坐标 (,0)A AMN直流负载线直流负载线交流负载线交流负载线第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析交流负载线必通过静态工作点交流负载线必通过静态工作点,因为当输入信号因为当输入信号ui的
36、瞬的瞬时值为零时时值为零时,如忽略电容如忽略电容C1和和C2的影响的影响,则电路状态和则电路状态和静态时相同。静态时相同。另一特点是交流负载线的斜率由另一特点是交流负载线的斜率由 表示。表示。交流负载线具有如下两个特点交流负载线具有如下两个特点:第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析输入回路输入回路:线性线性非线性非线性线性线性输出回路输出回路:+RBRC+uCE+uBE +VCCVBBiBiCiBiC+uBE +uCEAB(2)动态图解动态图解第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析uBE/ViB/A0.7 V30Quit tuBE/VtiB
37、IBQ(交流负载线交流负载线)uCE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6直流负载线直流负载线Q Q 6tiCICQUCEQ Qt tuCE/VUcemibicuceOOOOOO342 放大电路的动态范围：放大电路的动态范围：第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析基本共发射极基本共发射极电路的波形：电路的波形：+iBiCRBVCCVBBRCC1ui+uCE+uBE IBQICQUCEQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC Ot第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析当当 ui=0 uBE=UBEQ iB=IBQ
38、iC=ICQ uCE=UCEQ 当当 ui=Uim sin t ib=Ibmsin t ic=Icmsin t uce=Ucem sin t uo=uceiB =IBQ +Ibmsin tiC =ICQ +Icmsin tuCE=UCEQ Ucem sin t =UCEQ+Ucem sin(180 t)IBQICQUCEQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC Ot 交流信号、直流信号叠加交流信号、直流信号叠加 将输出与输入的波形对照，可将输出与输入的波形对照，可知两者的变化规律正好相反，通常知两者的变化规律正好相反，通常称这种波形关系为称这种波形关系为反相或倒相。反相或倒相。第第 2
39、章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2:放大电路的非线性失真问题放大电路的非线性失真问题因因工作点工作点不合适不合适或者或者信号太大信号太大使放大电路的工作范围超出使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真过低引起截止失真NPN 管：管：顶部顶部失真为截止失真。失真为截止失真。PNP 管：管：底部底部失真为截止失真。失真为截止失真。不发生截止失真的条件：不发生截止失真的条件：IBQ Ibm 或或OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui uCEiCict OOiC
40、OtuCEQuce交流负载线交流负载线ICQ RC U cem 原因：原因：第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.“Q”过高引起饱和失真过高引起饱和失真 不发生饱和失真的条件不发生饱和失真的条件:UCEQ-UCES U cem ICSNPN 管：管：底部底部失真为饱和失真。失真为饱和失真。PNP 管：管：顶部失真为饱和失真。顶部失真为饱和失真。不接负载时，交、直流负载线重合不接负载时，交、直流负载线重合:V CC=VCCuCEiCt OOiCO tuCEQV CC第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析(2)最大不失真输出电压最大不失真输出
41、电压 通过输出回路交流负载线确定通过输出回路交流负载线确定UCEQ-UCESICQ RCUcemUCEQ-UCESICQ RC第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析三、三、小信号小信号模型分析法模型分析法(微变等效电路微变等效电路)非线性非线性线性线性第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析bce+uce+ube ibiccbe三极管电路可当成三极管电路可当成双口网络双口网络来分析来分析1.小信号小信号模型分析等效电路模型分析等效电路(微变等效电路微变等效电路)微变等效电路微变等效电路第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路
42、分析从从输入端口输入端口看进去，相当于电阻看进去，相当于电阻 rbe。(小信号或微小变化的信号小信号或微小变化的信号)+uce+ube ibiccbe第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析rbb 三极管基区体电阻三极管基区体电阻第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析+uce+ube ibiccbe从从输出端口输出端口看进去为一个受看进去为一个受 ib 控制的控制的电流源电流源从输出端口从输出端口从输出端口从输出端口 ic=ib，Hfe第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.晶体三极管动态分析晶体三极管动态分析步骤：
43、步骤：分析直流电路，求出分析直流电路，求出“Q”，计算计算 rbe。画电路的交流通路画电路的交流通路。在交流通路上画成在交流通路上画成小信号小信号模型等效电路。模型等效电路。(微变等效电路微变等效电路)分析计算交流指标。分析计算交流指标。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析交流通路交流通路微变等效电路微变等效电路放大电路放大电路第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析1.电压放大倍数电压放大倍数第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析源电压放大倍数源电压放大倍数第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电
44、路分析2.输入电阻输入电阻第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析由于当由于当Us=0时时,Ib=0,从而从而受控源受控源Ib=0,因此可直接因此可直接得出得出:Ro=RC第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析例例1 1：已知：已知：求求：(1)Q点点,（3）（2）微变等效电路微变等效电路第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析解：解：（1 1）第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析（3）:（2）微变等效电路微变等效电路第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.3 单极
45、性半导体三极管及其电路分析单极性半导体三极管及其电路分析 场效应管场效应管 FET(Field Effect Transistor)利用利用电场效应电场效应来控制载流子来控制载流子运动运动的半导体器件。的半导体器件。特点：特点：电压电压 uGS控制控制电流电流iD第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析分类：分类：结型结型N沟道沟道P沟道沟道JFET绝缘栅型绝缘栅型增强型增强型EMOS耗尽型耗尽型DMOSN沟道沟道P沟道沟道MOSFET增强型增强型耗尽型耗尽型DMOSEMOS场效应管场效应管第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.3.1 结型
46、场效应管结型场效应管(JFET)一一 结构与符号结构与符号N 沟道沟道 JFETP 沟道沟道 JFETS 源极源极 SourceG 栅极栅极 Gate D 漏极漏极 Drain第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 导电沟道导电沟道:在两个在两个PN结之间的结之间的N型半导体构成导电沟道。型半导体构成导电沟道。将电子将电子发源端发源端称为源极称为源极(Source)，接收端接收端称为漏极称为漏极(Drain)。在在JFET中，源极和漏极是中，源极和漏极是可以互换。可以互换。二二.工作原理工作原理N沟道沟道第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析
47、漏极电流漏极电流 ID 如果在栅极和源极之间如果在栅极和源极之间加上加上负的电压负的电压UGS，而在漏极，而在漏极和源极之间加上和源极之间加上正的电压正的电压UDS，那么，在，那么，在UDS作用下，电子作用下，电子将源源不断地由源极向漏极将源源不断地由源极向漏极运动，运动，形成形成漏极电漏极电ID。G负的电压负的电压UGS正的电压正的电压UDS第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 因为栅源电压因为栅源电压UGS为负，为负，PN结反偏，在结反偏，在栅源间栅源间仅存在微仅存在微弱的弱的反向饱和电流反向饱和电流，所以栅极，所以栅极电流电流IG0，源极电流源极电流IS=ID
48、。这。这就是结型场效应管就是结型场效应管输入阻抗很输入阻抗很大的原因。大的原因。输入阻抗输入阻抗NIG第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析1.栅源电压栅源电压UGS对对导电导电沟道及沟道及ID的控制作用的控制作用(a)UGS=0，沟道最宽，沟道最宽，ID最大最大；(b)UGS负压增大，沟道变窄，负压增大，沟道变窄，电阻变大电阻变大,ID减小减小；(c)UGS负压进一步增大，沟道夹断，负压进一步增大，沟道夹断，ID=0第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 栅源电压栅源电压UGS的变化，将有效地控制漏极电流的变化，将有效地控制漏极电流ID的变
49、化，这的变化，这就是就是JFET最重要的最重要的工作原理工作原理。当当|UGS|加大到某一负压值时，两侧加大到某一负压值时，两侧PN结扩张使沟道全部消结扩张使沟道全部消失，此时，失，此时，ID将变为零。将变为零。我们称此时的我们称此时的栅源电压栅源电压UGS为为“夹断夹断电压电压”，记为记为UGSoff。第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析2.uDS 对对 iD的影响的影响1)uDS形成电流形成电流 iDi iD D=I IDSSDSS(uGS=0)uDS iD 第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析 随着随着 uDS 沟道沟道将将变窄变窄
50、第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析A预夹断预夹断：耗尽层刚相碰时耗尽层刚相碰时 此时此时 uGD=UGS(off)；预夹断预夹断第第 2 章章 半导体三极管及其电路分析半导体三极管及其电路分析1.只有多数载流子导电，只有多数载流子导电，FET也称为单极型三极管也称为单极型三极管。2.PN结是反向偏置的，因此结是反向偏置的，因此iG 0，输入电阻很高。输入电阻很高。3.JFET是是电压控制电流器件电压控制电流器件，iD受受uGS控制控制4.预夹断前预夹断前iD与与uDS呈近似线性关系；呈近似线性关系；预夹断后，预夹断后，iD趋于饱和。电压趋于饱和。电压uGS控制电流