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1、的结构简介的结构简介(a)小功率管 (b)小功率管 (c)大功率管 (d)中功率管第1页/共56页 半导体三极管的结构示意图如图半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型所示。它有两种类型:NPNNPN型和型和PNPPNP型。型。的结构简介的结构简介(a)NPN(a)NPN型管结构示意图型管结构示意图(b)PNP(b)PNP型管结构示意图型管结构示意图(c)NPN(c)NPN管的电路符号管的电路符号(d)PNP(d)PNP管的电路符号管的电路符号第2页/共56页集成电路中典型NPN型BJT的截面图的结构简介的结构简介第3页/共56页 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输
2、体现出来的。三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。外部条件：外部条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理1.1.内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以（以NPNNPN为例）为例）由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT(Bipolar Junction Transistor)。IC=InC+ICBOIE=IB+IC放大状态下BJT中载流子的传输过
3、程第4页/共56页2.2.电流分配关系电流分配关系根据传输过程可知 IC=InC+ICBO通常 IC ICBO 为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 =0.90.99。IE=IB+IC放大状态下BJT中载流子的传输过程第5页/共56页 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 1。根据IE=IB+IC IC=InC+ICBO且令ICEO=(1+)ICBO（穿透电流）2.2.电流分配关系电流分配关系第6页/共56页3.3.三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。共基极接法，基极
4、作为公共电极，用CB表示；共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；BJT的三种组态第7页/共56页共基极放大电路4.4.放大作用放大作用若vI=20mV电压放大倍数使iE=-1 mA，则iC=iE =-0.98 mA，vO=-iC RL=0.98 V，当=0.98 时，第8页/共56页 综上所述，三极管的放大作用，主要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。实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。第9页/共56页的的V-I V-I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE)
5、vCE=const(2)当vCE1V时，vCB=vCE-vBE0，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vBE下 IB减小，特性曲线右移。(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线（以共射极放大电路为例）共射极连接第10页/共56页饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE0.7V(硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。iC=f(vCE)iB=const2.输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压。放大区：iC平行于vCE轴
6、的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。的的V-I V-I 特性曲线特性曲线第11页/共56页 (1)1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =（I IC CI ICEOCEO）/I/IB BIIC C/I/IB B v vCECE=const=const1.1.电流放大系数电流放大系数 的主要参数的主要参数与iC的关系曲线(2)共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const第12页/共56页1.1.电流放大系数电流放大系数 (3)(3)共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =（I IC CI ICBOCBO）/I/IE EIIC C/I/IE
7、E (4)4)共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 =I IC C/I IE E v vCBCB=const=const 当当I ICBOCBO和和I ICEOCEO很小时，很小时，、，可以不加区分。，可以不加区分。的主要参数的主要参数第13页/共56页 2.2.极间反向电流极间反向电流(1)(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I ICBOCBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。发射极开路时，集电结的反向饱和电流。的主要参数的主要参数第14页/共56页 (2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+）ICBO 的主要参数的主要参数 2.2.极间反向电
8、流极间反向电流第15页/共56页(1)(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流I ICMCM(2)(2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗P PCMCM P PCMCM=I=IC CV VCECE 3.3.极限参数极限参数的主要参数的主要参数第16页/共56页 3.3.极限参数极限参数的主要参数的主要参数(3)3)反向击穿电压反向击穿电压 V V(BR)CBO(BR)CBO发射极开路时的集电结反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。V(BR)EBO集电极开路时发射结的反 向击穿电压。V(BR)CEO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 V(BR)
9、CBOV(BR)CEOV(BR)EBO第17页/共56页温度对温度对BJTBJT参数及特性的影响参数及特性的影响(1)温度对ICBO的影响温度每升高10，ICBO约增加一倍。(2)温度对 的影响温度每升高1，值约增大0.5%1%。(3)温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。2.温度对BJT特性曲线的影响1.温度对BJT参数的影响end第18页/共56页4.2 4.2 共射极放大电路的工作原理共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路 第19页/共56页基本共射极放大电
10、路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理1.静态(直流工作状态)输入信号vi0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。直流通路 VCEQ=VCCICQRc 第20页/共56页基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理2.动态 输入正弦信号vs后，电路将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。交流通路 第21页/共56页4.3 4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法图解分析法图解分析法小信号模型分析法小信号模型分析法1.1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析2.2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析3.3.
11、非线性失真的图解分析非线性失真的图解分析4.4.图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围1.BJT1.BJT的的HH参数及小信号模型参数及小信号模型2.2.用用HH参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路3.3.小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围第22页/共56页图解分析法图解分析法1.1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。共射极放大电路第23页/共56页图解分析法图解分析法1.1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解
12、分析 列输入回路方程 列输出回路方程（直流负载线）VCE=VCCiCRc 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路 第24页/共56页 在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点即是Q点，得到IBQ。第25页/共56页 根据根据v vs s的波形，在的波形，在BJTBJT的输入特性曲线图上画出的输入特性曲线图上画出v vBEBE 、i iB B 的波形的波形2.2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析第26页/共56页 根据根据i iB B的变化范围在输出特性曲线图上画出
13、的变化范围在输出特性曲线图上画出i iC C和和v vCECE 的波形的波形2.2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析第27页/共56页2.2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 共射极放大电路中的电压、电流波形共射极放大电路中的电压、电流波形第28页/共56页3.3.静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响截止失真的波形 第29页/共56页饱和失真的波形3.3.静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响第30页/共56页4.4.图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围幅度较大而工作频率不太高的情况优点：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和
14、动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。第31页/共56页小信号模型分析法小信号模型分析法1.BJT1.BJT的的HH参数及小信号模型参数及小信号模型建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组
15、成的电路当作线性电路来处理。线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。第32页/共56页1.BJT1.BJT的的HH参数及小信号模型参数及小信号模型 HH参数的引出参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe=hieib+
16、hrevceic=hfeib+hoevce 对于对于BJTBJT双口网络，已知输入输出特性曲线如下：双口网络，已知输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：可以写成：BJTBJT双口网络双口网络第33页/共56页输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce1.BJT1.BJT的的HH参数及小信号模型参数及小信号模型 HH参数的引
17、出参数的引出第34页/共56页1.BJT1.BJT的的HH参数及小信号模型参数及小信号模型 HH参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的H参数模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevceBJTBJT双口网络双口网络第35页/共56页1.BJT1.BJT的的HH参数及小信号模型参数及小信号模型 HH参数小信号模型参数小信号模型 H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。受控电流源hfeib，反映了BJT的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源的流向由ib的
18、流向决定。hrevce是一个受控电压源。反映了BJT输出回路电压对输入回路的影响。第36页/共56页1.BJT1.BJT的的HH参数及小信号模型参数及小信号模型 模型的简化模型的简化 hre和hoe都很小，常忽略它们的影响。BJT在共射连接时，其H参数的数量级一般为第37页/共56页1.BJT1.BJT的的HH参数及小信号模型参数及小信号模型 HH参数的确定参数的确定 一般用测试仪测出；rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。rbe=rbb+(1+)re其中对于低频小功率管 rbb200 则 而 (T=300K)一般也用公式估算 rbe（忽略 re）第38页/共56页小信号模型分析法小信号模型分析
19、法2.2.用用HH参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（1 1）利用直流通路求）利用直流通路求QQ点点 共射极放大电路一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。第39页/共56页2.2.用用HH参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（2 2）画小信号等效电路）画小信号等效电路H参数小信号等效电路第40页/共56页2.2.用用HH参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（3 3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标根据根据则电压增益为则电压增益为（可作为公式）（可作为公式）电压增益
20、电压增益H参数小信号等效电路第41页/共56页2.2.用用HH参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（3 3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻令Ro=Rc 所以第42页/共56页3.3.小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围 放大电路的输入信号幅度较小，BJT工作在其VT特性曲线的线性范围（即放大区）内。H参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。优点：分析放大电路的动态性能指标(Av、Ri和Ro等)非常方便，且适用于频率较高时的分析。小信号模型分析法小
21、信号模型分析法缺点：在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及BJT的H参数均是针对变化量(交流量)而言的，不能用来分析计算静态工作点。第43页/共56页共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJTBJT的的 =80=80，R Rb b=300k=300k ，R Rc c=2k=2k，V VCCCC=+12V=+12V，求：，求：（1 1）放大电路的）放大电路的QQ点。此时点。此时BJTBJT工作在哪个区域？工作在哪个区域？（2 2）当）当R Rb b=100k=100k时，放大电路的时，放大电路的QQ点。此时点。此时BJTBJT工作在哪个区域？工作在哪个区
22、域？（忽略（忽略BJTBJT的饱和压降）的饱和压降）解：解：（1 1）（2 2）当）当R Rb b=100k=100k时，时，静态工作点为静态工作点为QQ（4040 A A，3.2mA3.2mA，5.6V5.6V），），BJTBJT工作在放大区。工作在放大区。其最小值也只能为其最小值也只能为0 0，即，即I IC C的最大电流为：的最大电流为：，所以，所以BJTBJT工作在饱和区。工作在饱和区。V VCECE不可能为负值，不可能为负值，此时，此时，QQ（120uA120uA，6mA6mA，0V0V），），例题例题end第44页/共56页4.4 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工
23、作点的稳定问题温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响射极偏置电路射极偏置电路1.1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路2.2.含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路3.3.含有恒流源的射极偏置电路含有恒流源的射极偏置电路第45页/共56页温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响节讨论过，温度上升时，BJT的反向电流ICBO、ICEO及电流放大系数或都会增大，而发射结正向压降VBE会减小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流ICQ随温度升高而增加（ICQ=IBQ+ICEO），从而使Q点随温度变化。要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能
24、自动地适当减小基极电流IBQ。第46页/共56页射极偏置电路射极偏置电路（1）稳定工作点原理 目标：温度变化时，使IC维持恒定。如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。T 稳定原理：IC IE VE、VB不变 VBE IBIC（反馈控制）1.1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路(a)原理电路 (b)直流通路第47页/共56页b点电位基本不变的条件：I1 IBQ，此时，VBQ与温度无关VBQ VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强一般取 I1=(510)IBQ，VBQ=35V 1.1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（1）稳定工作点原理第48页/共5
25、6页1.1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（2）放大电路指标分析静态工作点静态工作点第49页/共56页电压增益电压增益画小信号等效电路（2）放大电路指标分析第50页/共56页电压增益电压增益输出回路：输入回路：电压增益：画小信号等效电路确定模型参数已知，求rbe增益（2）放大电路指标分析（可作为公式用）第51页/共56页输入电阻输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻（2）放大电路指标分析第52页/共56页输出电阻输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零 负载开路 输出端口加测试电压其中则当时，一般（）（2）放大电路指标分析第53页/共56页2.2.含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路（1）阻容耦合静态工作点静态工作点第54页/共56页课后答案第55页/共56页感谢您的观看。第56页/共56页