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1、2-1,第二章 双极型晶体管及其放大电路,模拟电子技术基础,2-2,第二章 基本放大电路,2.1 双极型晶体管的工作原理 2.2 晶体管伏安特性曲线及参数 2.3 晶体管工作状态分析及偏置电路 2.4 放大器的组成及性能指标 2.5 放大器图解分析法 2.6 放大器交流等效电路分析法 2.7 共集电极放大器和共基极放大器 2.8 放大器的级联,2-3,2.1.1 基本结构,基极 base,发射极 emitter,集电极 collector,NPN型,集电极,基极,发射极,PNP型,2.1 双极型晶体管的工作原理 (bipolar junction transistor),2-4,NPN型三极管
2、,PNP型三极管,2-5,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射区：掺 杂浓度较高,2-6,发射结,集电结,两种结构 三个区 两个PN结 三个极 四种偏置组合 三种组态,2-7,2.1.2 电流放大原理,EB,RB,EC,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBN ，多数扩散到集电结。,直流偏置 发射结加正向电压集电结加反向电压,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IEN。,IBN,一、 载流子传输过程,2-8,EB,RB,EC,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,IC=ICN+ICBO,IBN,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收
3、集，形成ICN。,2-9,IB=IBN -ICBO,EB,RB,EC,IBN,IE IEN =IBN+ICN,2-10,ICN与IBN之比称为共发射极直流电流放大倍数,含义：基区复合一个电子，则有 个扩散到集电区。范围：20 200,二、 电流分配关系,IC=ICN+ICBO,IB=IBN -ICBO,IE IEN =IBN+ICN,2-11,定义：,，称为穿透电流,IB=IBN -ICBO,2-12,忽略ICEO ，有,当1时，ICIE,2-13,共基极直流电流放大倍数,一般约为0.97 0.99,2-14,三、 晶体管的放大作用,2-15,开关工作,BE结 BC结 工作状态,正偏 正偏,反
4、偏 反偏,正偏 反偏,反偏 正偏,饱和,截止,放大,倒置,四种工作状态,2-16,三种组态,共发射极组态 发射极作为公共电极 用CE表示 共基极组态 基极作为公共电极 用CB表示共集电极组态 集电极作为公共电极 用CC表示,2.2 晶体管伏安特性曲线及参数,2-17,实验线路,2.2.1 晶体管共发射极特性曲线,2-18,一、输入特性,工作压降： 硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。,死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。,2-19,基区调宽效应,当UCE0时，由于BC结反偏， 随着UCE增大， BC结空间电荷区变厚，基区变薄，内部复合减弱，致使基极电流变小，称为基区调宽效应。
5、,2-20,二、输出特性,IC(mA ),此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。,当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。,2-21,此区域中 UBE 0, UCEUBE ,集电结正偏， IBIC， UCE （sat）称为饱和压降。,临界饱和 BE结正偏 BC结零偏,2-22,此区域中 : UBE 0， UBC 0， IB0,称为截止区。,2-23,输出特性三个区域的特点:,放大区：BE结正偏，BC结反偏。 有： IC=IB , 且 IC = IB,(2) 饱和区：BE结正偏，BC结零偏， 临界饱和 BE结正偏，BC结正偏， 饱和 即：UCEUBE ， IBIC， 深饱和时
6、，UCE（sat）0.3V,(3) 截止区： BE结反偏，BC结反偏，iB - ICBO,2-24,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,当USB = -2V时：,IB=0 ， IC=0,IC(sat) 临界饱和电流：,Q位于截止区,2-25,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,IC IC(sat) (=1.88mA) ， Q位于放大区。,USB =2V时：,2-26,USB =5V时:
7、,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,Q 位于饱和区，此时IC 和IB 已不是 倍的关系。,2-27,三、温度的影响,ICBO 硅 温度每上升10，增加1倍, 硅 温度每上升1，增加0.5%1%,uBE 、ICBO 都是温度的函数,uBE 硅 温度每上升1，减小22.5mV,2-28,（1）输入特性 T uBE T 特性曲线左移 （2）输出特性 T ICBO IC T IC T 曲线 上移, iC增加，间隔加大,2-29,四、主要参数,共射直流电流放大倍数：,工作于动态的三极管，真正的信号
8、是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：,1. 电流放大倍数和 ,2-30,例：UCE=6V时：IB1 = 10 A, IC1 =1mA； IB 2= 20 A, IC 2=2mA。,在以后的计算中，一般作近似处理： =,2-31,2.集电极反向饱和电流ICBO,ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,2-32,B,E,C,N,N,P,ICBO进入N区，形成IBE。,根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。,集电结反偏有ICBO,3. 集电极穿透电流ICEO,ICEO受温度影响很大，当温度上升时，I
9、CEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,2-33,4.集电极最大电流ICM,集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,5.集-射极反向击穿电压,当集-射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。,2-34,6. 集电极最大允许功耗PCM,集电极电流IC 流过三极管， 所发出的焦耳 热为：,PC =ICUCE,会导致结温 上升，所以PC 有限制。,PCPCM,ICUCE=PCM,安全工作区,2-35,2.3 放大的概念和放大电路的 主要性能指标,2
10、-36,2.3.1 放大的概念,电子学中放大是将微弱的变化信号放大成较大的变化信号。,本质： 能量的转换和控制, 能量守恒 特征： 功率放大 前提： 不失真,有源器件,2-37,本课程涉及的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端口网络表示，如图：,Au,信号可以分解为若干正弦信号（谐波）的叠加，放大电路以正弦波作为测试信号。,2-38,符号规定,UA,大写字母、大写下标，表示直流量。,uA,小写字母、大写下标，表示全量。,ua,小写字母、小写下标，表示交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,Ua,大写字母、小写下标，表示正弦信号有效值。,2-39,2.3
11、.2 放大电路的性能指标,一、放大倍数A,电压放大倍数，无量纲。有时用分贝表示：,电流放大倍数，无量纲,2-40,互导放大倍数，单位西门子（S）,互阻放大倍数，单位欧姆（ ）,2-41,二、输入电阻Ri,放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。,定义：,即：Ri越大，Ii 就越小，Ui就越接近US,2-42,三、输出电阻Ro,放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,2-43,如何确定电路的输出电阻Ro ？,步骤：,1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。,2. 加压求流。,方法一： 计算,2-44,方法二：测量。,1. 测量开路电压。,2. 测量接入负载后的输出电压。,步骤：,3. 计算,2-45,四、通频带,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,2-46,作业：1，3，4,