【正文】 半導(dǎo)體三極管 放大電路的分析方法 放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題 共集電極放大電路和共基極放大電路 共射極放大電路的工作原理 組合放大電路 放大電路的頻率響應(yīng) BJT的電流分配 、 放大原理 、 特性曲線和主要參數(shù)； 重點 ， 掌握工作點的設(shè)置與非線性失真的關(guān)系； 、 共集電路的組成 、 工作原理和計算； H參數(shù)小信號等效電路計算放大電路的電壓增益 、 輸入電阻和輸出電阻； 、 動態(tài)指標的計算； ， 重點掌握放大電路的高頻特性； 難點 1. H參數(shù)小信號等效電路的分析和計算； 2. 放大電路的頻率特性及高頻響應(yīng) 。 3. 組合放大電路的分析和計算 。 半導(dǎo)體三極管 BJT的結(jié)構(gòu)簡介 放大狀態(tài)下 BJT的工作原理 BJT的 V－ I特性曲線 BJT的主要參數(shù) ? 按頻率分：高頻管、低頻管； ? 按功率分：小、中、大功率管； ? 按半導(dǎo)體材料分：硅、鍺管； BJT的結(jié)構(gòu)簡介 BJT的類型 ： ? 按結(jié)構(gòu)分： NPN和 PNP管； BJT的結(jié)構(gòu)簡介 (a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它有兩種類型 :NPN型和 PNP型。 BJT的結(jié)構(gòu)簡介 (a) NPN型管結(jié)構(gòu)示意圖 (b) PNP型管結(jié)構(gòu)示意圖 (c) NPN管的電路符號 (d) PNP管的電路符號 集成電路中典型 NPN型 BJT的截面圖 BJT的結(jié)構(gòu)簡介 結(jié)構(gòu)特點： ? 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； ? 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大； ? 基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。 外部條件： 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 放大狀態(tài)下 BJT的工作原理 1. 內(nèi)部載流子的傳輸過程 發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子 集電區(qū)：收集載流子 基區(qū)：傳送和控制載流子 （以 NPN為例） 由于三極管內(nèi)有兩種載流子 (自由電子和空穴 )參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管或 BJT (Bipolar Junction Transistor)。 IC= ICN+ ICBO IB =IEP+ IBN ICBO = IEP+ IEN ICN – ICBO = IE IC 放大狀態(tài)下 BJT中載流子的傳輸過程 IE=IEN+ IEP 2. 電流分配關(guān)系 發(fā)射極注入電流傳輸?shù)郊姌O的電流設(shè) ?? CNE II? ?即根據(jù)傳輸過程可知 IC= ICN+ ICBO 通常 IC ICBO ECII?? 則有 ? 為電流放大系數(shù)。它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般 ? = ? 。 IE=IB+ IC 放大狀態(tài)下 BJT中載流子的傳輸過程 放大狀態(tài)下 BJT的工作原理 ????? 1 又設(shè)???BCBOC III?則 ? 是另一個電流放大系數(shù)。同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般 ? 1 。 根據(jù) IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO CNE II? ?且令 ????BCCBOC IIII ?時，當ICEO= (1+ ? ) ICBO （穿透電流） 2. 電流分配關(guān)系 放大狀態(tài)下 BJT的工作原理 3. 三極管的三種組態(tài) 共集電極接法 ，集電極作為公共電極，用 CC表示。 共基極接法 ， 基極作為公共電極，用 CB表示； 共發(fā)射極接法 ，發(fā)射極作為公共電極，用 CE表示； BJT的三種組態(tài) 放大狀態(tài)下 BJT的工作原理 共基極放大電路 4. 放大作用 若 ?vI = 20mV 電壓放大倍數(shù) 492 0 m IO ?????vvvA使 ?iE = 1 mA， 則 ?iC = ? ?iE = mA， ?vO = ?iC? RL = V， 當 ? = 時， 放大狀態(tài)下 BJT的工作原理 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達集電極而實現(xiàn)的。 實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是： （ 1） 內(nèi)部條件： 發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。 （ 2） 外部條件： 發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。 放大狀態(tài)下 BJT的工作原理 BJT的 VI 特性曲線 iB=f(vBE)? vCE=const (2) 當 vCE≥1V時， vCB= vCE vBE0，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收 集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的 vBE下 IB減小，特性曲線右移。 (1) 當 vCE=0V時，相當于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。 1. 輸入特性曲線 （以共射極放大電路為例） 共射極連接 飽和區(qū)： iC明顯受 vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般 vCE＜ (硅管 )。此時， 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小 。 iC=f(vCE)? iB=const 2. 輸出特性曲線 輸出特性曲線的三個區(qū)域 : 截止區(qū)： iC接近零的區(qū)域，相當 iB=0的曲線的下方。此時， vBE小于死區(qū)電壓 。 放大區(qū)： iC平行于 vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時， 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 。 BJT的 VI 特性曲線 (1) 共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（ IC－ ICEO） /IB≈IC / IB ? vCE=const ??1. 電流放大系數(shù) BJT的主要參數(shù) ? 與 iC的關(guān)系曲線 (2) 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) ? ? =?IC/?IB?vCE=const 1. 電流放大系數(shù) (3) 共基極直流電流放大系數(shù) =（ IC－ ICBO） /IE≈IC/IE ?? (4) 共基極交流電流放大系數(shù) α α =?IC/?IE?vCB=const 當 ICBO和 ICEO很小時， ≈?、 ≈?，可以不加區(qū)分。 ? ? BJT的主要參數(shù) 2. 極間反向電流 (1) 集電極基極間反向飽和電流 ICBO 發(fā)射極開 路時，集電結(jié)的反向飽和電流。 BJT的主要參數(shù) (2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流 ICEO ICEO=（ 1+ ） ICBO ? 2. 極間反向電流 BJT的主要參數(shù) (1) 集電極最大允許電流 ICM (2) 集電極最大允許功率損耗 PCM PCM= ICVCE 3. 極限參數(shù) BJT的主要參數(shù) 3. 極限參數(shù) (3) 反向擊穿電壓 ? V(BR)CBO—— 發(fā)射極開路時的集電結(jié)反 向擊穿電壓。 ? V(BR) EBO—— 集電極開路時發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。 ? V(BR)CEO—— 基極開路時集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。 幾個擊穿電壓有如下關(guān)系 V(BR)CBO＞ V(BR)CEO＞ V(BR) EBO BJT的主要參數(shù) 溫度對 BJT參數(shù)及特性的影響 (1) 溫度對 ICBO的影響 溫度每升高 10℃ ， ICBO約增加一倍。 (2) 溫度對 ? 的影響 溫度每升高 1℃ ， ? 值約增大 %~1%。 (3) 溫度對反向擊穿電壓 V(BR)CBO、 V(BR)CEO的影響 溫度升高時， V(BR)CBO和 V(BR)CEO都會有所提高。 2. 溫度對 BJT特性曲線的影響 1. 溫度對 BJT參數(shù)的影響 討論一 分別分析 uI=0V、 5V時 T是工作在截止狀態(tài)還是導(dǎo)通狀態(tài)； 已知 T導(dǎo)通時的 UBE＝ ，若當 uI=5V，則 β在什么范圍內(nèi) T處于放大狀態(tài)，在什么范圍內(nèi) T處于飽和狀態(tài)？ 通過 uBE是否大于 Uon判斷管子是否導(dǎo)通。 μA43100 bBEIB ?????RUuicCCC m a x ??? RVi56BC m a x ??ii?臨界飽和時的 討論二 由圖示特性求出 PCM、 ICM、 U（ BR） CEO、 β。 CECCM uiP ? ΔiC CEBC Uii????uCE=1V時的 iC就是 ICM U（ BR） CEO end 電路組成 共射放大電路的工作原理 兩種實用放大電路 共射極放大電路 電路組成 輸入回路（基極回路） 輸出回路（集電極回路） 習慣畫法 共射極基本放大電路 習慣畫法 電路組成 共射放大電路的工作原理 Vi=0 Vi=Vsin?t 電路處于靜態(tài)時，三極管三個電極的電壓、電流在特性曲線上確定為一點，稱為 靜態(tài)工作點 ，常稱為 Q點。一般用 IB、 IC和 VCE （或 IBQ、 ICQ和VCEQ ）表示。 思考題： 放大電路為什么要建立正確的靜態(tài)？ 輸入信號為零（ vi= 0 或 ii= 0）時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱 直流工作狀態(tài) 。 共射放大電路的工作原理 設(shè)置正確靜態(tài)的必要性 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，主要是為了 解決失真 問題；但 Q點將影響所有動態(tài)參數(shù)！ 電路的放大對象是動態(tài)信號，為什么要求晶體管在信號為零時有合適的直流電流和極間電壓？ 不設(shè)置正確的靜態(tài)： 輸出電壓必然失真！ 共射放大電路的工作原理 （ 1）畫直流通路 ① Us=0，保留 Rs；② 電容開路； ③電感相當于短路（線圈電阻近似為 0） (Q點）的分析計算 步驟： 直流電流流經(jīng)的通路 直流通路 共射極放大電路 原則： 求 IB、 IC、 VCE 共射放大電路的工作原理 （ 2）計算靜態(tài)工作點 CC B E QBQbVVIR??BQCE OBQCQ βI