1、4.1 BJT4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路4.6 组合放大电路组合放大电路4.7 放大电路的频率响应放大电路的频率响应*4.8 单级放大电路的瞬态响应单级放大电路的瞬态响应第6次课1 1主要内容主要内容半导体三极管的结构及工作原理，及其构成放大半导体三极管的结构及工作原理，及其构成放大电路的三种组态电路的三种组态放大电路的静态（直流工作状态）与动态（交流放大电路的静态（直流工作状态）与动态（交流工作状
2、态）工作状态）静态工作点对非线性失真的影响静态工作点对非线性失真的影响用用H H 参数小信号模型计算共射极放大电路的主要参数小信号模型计算共射极放大电路的主要性能指标性能指标共集电极电路和共基极电路的分析计算共集电极电路和共基极电路的分析计算三极管放大电路的频率响应三极管放大电路的频率响应2 2基本要求（本章重点）基本要求（本章重点）了解半导体三极管的工作原理、特性曲线及主要参了解半导体三极管的工作原理、特性曲线及主要参数数了解静态工作点与非线性失真的关系了解静态工作点与非线性失真的关系熟练掌握放大电路静态工作点的设置和估算，以及熟练掌握放大电路静态工作点的设置和估算，以及用小信号模型分析法求
3、解放大电路的动态指标用小信号模型分析法求解放大电路的动态指标掌握掌握BJT BJT 放大电路三种组态的结构及性能的特点放大电路三种组态的结构及性能的特点掌握放大电路的频率响应的基本概念掌握放大电路的频率响应的基本概念了解各元件参数对放大电路的频率响应性能的影响了解各元件参数对放大电路的频率响应性能的影响学时数学时数 153 34.1 BJT4.1.1 BJT的结构简介4.1.2 放大状态下BJT的工作原理4.1.3 BJT的V-I 特性曲线4.1.4 BJT的主要参数4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响4 44.1.1 BJT的结构简介(a)小功率管小功率管 (b)小功率管小功率管 (c)
4、大功率管大功率管 (d)中功率管中功率管中国俗称：三极管中国俗称：三极管管的外面伸出三个电极管的外面伸出三个电极 由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴自由电子和空穴)参与导电，故称为参与导电，故称为双极结型三极管或双极结型三极管或BJTBJT(Bipolar Junction Transistor)。5 5第一个第一个BJT6 6 三极管的封装三极管的封装常见的几种封装：常见的几种封装：贴片封装贴片封装7 7集成电路中典型集成电路中典型NPNNPN型型BJTBJT的截面图的截面图4.1.1 BJT的结构简介在一个晶片（硅或锗）生成三个杂质半导体区管芯结构剖面图8 8
5、4.1.1 BJT的结构简介三个极三个极两个结两个结三个区三个区集电区集电区基区基区发射区发射区集电极（集电极（C C极）极）基极（基极（B B极）极）发射极（发射极（E E极）极）集电结集电结发射结发射结10104.1.1 BJT的结构简介两种类型两种类型NPNNPN型型PNPPNP型型箭头表示发射箭头表示发射结正偏时。发结正偏时。发射结电流实际射结电流实际方向方向NPNNPN与与PNPPNP的区别：的区别：1.1.电源电压的极性相反电源电压的极性相反2.2.产生的电流方向相反产生的电流方向相反关于关于NPNNPN型型BJTBJT的讨论同的讨论同样适用于样适用于PNPPNP型型BJTBJT，
6、只，只用作以上两项修改用作以上两项修改1111BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高 集电区掺杂浓度低于发射区集电区掺杂浓度低于发射区BJT结构特点不对称结构不对称结构为了有足够的载流为了有足够的载流子用于发射子用于发射为了使载流子容易为了使载流子容易穿越通过穿越通过为了能够大量收集为了能够大量收集载流子载流子12124.1.2 放大状态下BJT的工作原理组成四种工作状态：组成四种工作状态：BJTBJT内部状态：内部状态：两个结：两个结：集电结集电结发射结发射结两个态：两个
7、态：正向正向反向反向工作状态工作状态发射结正向发射结正向发射结反向发射结反向集电结正向集电结正向饱和饱和倒置倒置集电结反向集电结反向放大放大截止截止主要讨论放大状态主要讨论放大状态13134.1.2 放大状态下BJT的工作原理1.内部载流子的传输过程（以NPN为例）I IENEN=发射结电子扩散电流发射结电子扩散电流放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传中载流子的传输过程输过程IE=IEN+IEPI IEPEP=发射结空穴扩散电流发射结空穴扩散电流I IE E=发射结电流发射结电流I IEPEP很小很小IE=IEN+IEPIENI IBNBN=基区复合电流基区复合电流I IC C=集电极
8、电流集电极电流IC=ICN+ICBOI ICBOCBO=集电极反向饱和电流集电极反向饱和电流14144.1.2 放大状态下BJT的工作原理1.内部载流子的传输过程（以NPN为例）IE=IB+IC放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传中载流子的传输过程输过程BJTBJT放大的外部条件：放大的外部条件：发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏放大状态内部过程分析：放大状态内部过程分析：BJTBJT外部电流关系：外部电流关系：15154.1.2 放大状态下BJT的工作原理1.内部载流子的传输过程（以NPN为例）集电区：收集载流子集电区：收集载流子 发射区：发射载流子发射区：发射载流子基区：传送
9、和控制载流子基区：传送和控制载流子对电子而言：（注意与电流方向相反）对电子而言：（注意与电流方向相反）I ICBOCBO集电结反向饱和电流集电结反向饱和电流不关联载流子不关联载流子红色箭头是关联载流子红色箭头是关联载流子多子电流多子电流少子变多电流少子变多电流16164.1.2 放大状态下BJT的工作原理1.内部载流子的传输过程（以NPN为例）集电区：流进基区的电流集电区：流进基区的电流 发射区：汇集基区和发射区：汇集基区和集电区电流集电区电流基区：基区电流会同集电区电流共同流进发射区基区：基区电流会同集电区电流共同流进发射区对电流而言：对电流而言：反着理解反着理解正着使用正着使用1717反着
10、理解反着理解正着使用正着使用由于电子流动的方向与电流流动的方向由于电子流动的方向与电流流动的方向相反，顾要：相反，顾要：空穴只在半导体中存在，当半导体与导体相连接空穴只在半导体中存在，当半导体与导体相连接成回路时，如何解释空穴电流在回路中的流动？成回路时，如何解释空穴电流在回路中的流动？1818电子流向电子流向电流流向电流流向少部分流向基极少部分流向基极电子由发射极发出电子由发射极发出大部分穿过基极被大部分穿过基极被集电极收集集电极收集集电极电流子穿过集电极电流子穿过基极流进发射极基极流进发射极少量基极电流会少量基极电流会同集电极电流流同集电极电流流进发射极。进发射极。基极电流和集电极电流成比
11、例变化。基极电流和集电极电流成比例变化。1919一个单位基极电流引起，多个单位一个单位基极电流引起，多个单位（）集电极电流集电极电流好像基极电流，能够控制集电极电流的大小。好像基极电流，能够控制集电极电流的大小。控制特性！控制特性！基极电流和集电极电流成比例变化。基极电流和集电极电流成比例变化。20202.电流分配关系根据传输过程可知根据传输过程可知 IC=ICN+ICBO通常通常 I IC C I ICBOCBO 为为共基极共基极电流放大电流放大系数。它只与管子的结构尺寸系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般无关。一般 =0.9=0.9 0.
12、990.99 。IE=IB+IC放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程放大倍数等于放大倍数等于1 1，好像没放大？，好像没放大？集电结反向集电结反向饱和电流饱和电流集电中受发射结集电中受发射结电压控制的电流电压控制的电流表达发射到集电极电流的多少表达发射到集电极电流的多少2525根据根据IE=IB+IC IC=ICN+ICBO2.2.电流分配关系电流分配关系得：得：得：得：（穿透电流）（穿透电流）2626实验装置和结果实验装置和结果 =10mA/8010mA/80A=125A=1252727 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管是另一个电流放大系数。同样，它也只
13、与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般一般 1。2.电流分配关系发射区发射的电子有一个发射到基区就有 个电子到达集电区电流放大电流放大IB控制控制ICBJT放大的核心表达式！放大的核心表达式！牢牢记住！牢牢记住！28283.三极管的三种组态(c)(c)共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CCCC表示。表示。(b)(b)共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CECE表示；表示；(a)(a)共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用CBCB表示；表示
14、；BJT的三种组态的三种组态以那个极为关于输入输出公共点，就是共那个极以那个极为关于输入输出公共点，就是共那个极。3030共基极放大电路共基极放大电路4.放大作用若若 vI=20mV电压放大倍数电压放大倍数使使 iE=-1 mA，?则则 iC=iE =-0.98 mA，vO=-iC RL=0.98 V，当 =0.98 时，时，1K 将将20电阻的电流转移到电阻的电流转移到1000 电阻上电阻上恒流源恒流源输出电压和电压放大倍数输出电压和电压放大倍数都和负载电阻成正比都和负载电阻成正比3131 综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠综上所述，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
15、传输，然后到达集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。电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1 1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。基区杂质浓度，且基区很薄。（2 2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电发射结正向偏置，集电结反向偏置。（结反向偏置。（集电极电位基极电位集电极电位基极电位 发射极电位）发射极电位）#针对针对针对针对PNPPNPPNPPNP管和管和管和管和NPNNPNNPNNPN管，外部条件各是怎样的？二者管，外部条件各是怎样的？二者管，外部条件各是怎样的？二者管，外
16、部条件各是怎样的？二者是什么关系？是什么关系？是什么关系？是什么关系？3333放大的放大的外部条件外部条件发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。高高低低更高更高低低高高更低更低结论：结论：NPNNPN管和管和PNPPNP管放大的极间电压极性相反。管放大的极间电压极性相反。放大的电压放大的电压条件条件34344.1.3 BJT4.1.3 BJT的的V V-I I 特性曲线特性曲线 i iB B=f f(v vBEBE)v vCECE=const.=const.(2)(2)当当v vCECE1V1V时，时，v vCBCB=v vCECE-v vBEBE00，集电结已进入反偏状态，集电结已
17、进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的开始收集电子，基区复合减少，同样的v vBEBE下下 I IB B减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。(1)(1)当当v vCECE=0V=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.1.输入特性曲线输入特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）共射极连接共射极连接工作压降工作压降硅管硅管 0.60.7V0.60.7V锗管锗管 0.20.3V0.20.3V死区电压死区电压 :硅管硅管0.5V,0.5V,锗管锗管0.2V0.2V两结都正偏两结都正偏曲线受曲线受VceVce的影响很小的影响很小曲线
18、可用一条曲线表示曲线可用一条曲线表示3535iC=f(vCE)iB=const.2.2.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线三个区域分析4.1.3 BJT的V-I 特性曲线每个每个IB对应一条曲线对应一条曲线此时曲线应为集电此时曲线应为集电PN结反向饱和曲线结反向饱和曲线所以有恒流特性所以有恒流特性反映反映IB对对IC的控制的控制3636I IC C(m mA A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)3 36 69 91212I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A此区域对应于此区域对应于曲线较平坦的曲线较平坦的部
19、分部分发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏I IC C=I IB B，基本不随基本不随U UCECE变化变化称为放大区或线性区称为放大区或线性区三极管放大区的特性三极管放大区的特性放大区：放大区：i iC C平行于平行于v vCECE轴的区域，曲线轴的区域，曲线基本平行等距。此时，基本平行等距。此时，发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏。3737IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A发射结、集电结均正偏发射结、集电结均正偏 I IB B=I IC C的关系不成立的关系不成立U UCE CE 0.3V 0.3V 且小于且小于
20、U UBEBE称为饱和区。称为饱和区。三极管饱和区的特性三极管饱和区的特性此区域对应此区域对应于曲线快速于曲线快速上升的部分上升的部分饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，控制的区域，该区域内，一般该区域内，一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集电结正偏或反发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小偏电压很小。3838IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A发射结、集电结均反偏发射结、集电结均反偏IB=0,IC=ICEO,UBE 死区死区电压称为截止区电压称为截止区三极管截止区的特性三极管截止区的特性此区域对应于此
21、区域对应于IB00反偏反偏：U UBCBC00截止截止反偏：反偏：U UBEBE0 0反偏：反偏：U UBCBC000正偏：正偏：U UBCBC0 0倒置倒置反偏：反偏：U UBEBE0004040工作状态工作状态电流电流极极发射极发射极集电极集电极基极基极放大放大截止截止饱和饱和2 2.极电流判别法极电流判别法饱和时饱和时I IB B上升速率大于上升速率大于I IC C上升速率，此上升速率，此时集电结反压小，收集电子能力较差。时集电结反压小，收集电子能力较差。4141BJTBJT放大过程总结放大过程总结用电压（电流）调节发射结电场，导致通过反射结用电压（电流）调节发射结电场，导致通过反射结的
22、电子量变化。的电子量变化。利用利用PNPN结的正向调节作用结的正向调节作用由于集电结流过的是反向饱和电流，电流有一定由于集电结流过的是反向饱和电流，电流有一定的恒定性质，不随集电结电压变化。的恒定性质，不随集电结电压变化。恒流作用保恒流作用保持被控量不变。持被控量不变。将基极做的很薄，使发射结过来的电子大部分被集将基极做的很薄，使发射结过来的电子大部分被集电结收集。电结收集。旁路作用分离被控量旁路作用分离被控量4242BJTBJT放大过程总结放大过程总结设计的三极管结构将控制量与被控量分开。设计的三极管结构将控制量与被控量分开。发射发射PNPN结正向特性仍然保持结正向特性仍然保持利用利用PNP
23、N结正向时的电阻调节作用起到对电流的控制作用结正向时的电阻调节作用起到对电流的控制作用集电集电PNPN结反向特性仍然保持结反向特性仍然保持利用利用PNPN结反向时的电流恒定作用保持电流恒定结反向时的电流恒定作用保持电流恒定4343 (1)1)共发射极共发射极直流电流放大系数直流电流放大系数 1.电流放大系数 4.1.4 BJT的主要参数与与i iC C的关系曲线的关系曲线 (2)(2)共发射极共发射极交流电流放大系数交流电流放大系数 反映静态时的电流放大特性反映静态时的电流放大特性 不是常数，仅在一定范围不是常数，仅在一定范围内近似认为是常数内近似认为是常数 当ICBO和ICEO很小时，可以不
24、加区分。44441.电流放大系数 4.1.4 BJT的主要参数 的分散性的分散性 由于制造工艺的分散性，即使同型号由于制造工艺的分散性，即使同型号同批次的同批次的BJTBJT，值也有差异。值也有差异。单管单管 值通常为值通常为10-10010-100。45451.电流放大系数 (3)共基极直流电流放大系数 (4)共基极交流电流放大系数 当ICBO和ICEO很小时，、可以不加区分。4.1.4 BJT的主要参数4646 2.极间反向电流(1)集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。4.1.4 BJT的主要参数4747 (2)(2)集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射
25、极间的反向饱和电流I ICEOCEO I ICEOCEO=（1+1+）I ICBOCBO 4.1.4 BJT4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 2.2.极间反向电流极间反向电流穿过两个穿过两个PN结电流反大了？结电流反大了？4848(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 （双曲线双曲线）3.3.极限参数极限参数4.1.4 BJT4.1.4 BJT的主要参数的主要参数红色禁区红色禁区加散热措施可以加散热措施可以扩大使用区域扩大使用区域4949 3.3.极限
26、参数极限参数4.1.4 BJT4.1.4 BJT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 V(BR)EBO(BR)EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。V V(BR)CEO(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 V V(BR)CBO(BR)CBOV V(BR)CEO(BR)CEOV V(BR)EBO(BR)EBO50504.1.5 温度对BJT参数及特性的影响(1)温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。(2)温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1，值约增大值约增大0.5%1%。(3)温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。2.温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响1.温度对温度对BJT参数的影响参数的影响雪崩击穿有雪崩击穿有正温度系数正温度系数影响很大！影响很大！5151
