当前位置:首页 >> 理学 >>

5半导体三极管及放大电路基础-1


1/29

第三章

双极结型三极管及放大电路基础

主要内容 双极型三极管 基本共射极放大电路 放大电路的图解分析方法 放大电路的小信号模型分析方法 放大电路的工作点稳定问题 放大电路的三种基本组态 放大电路的频率响应

2/29

? 重点: 重点: ? 放大电路的组成原则与工作特点。 放大电路的组成原则与工作特点。 ? 用近似值算法计算放大电路静态工作点。 用近似值算法计算放大电路静态工作点。 ? 工作点合理的设置对实现不失真放大的影响。 工作点合理的设置对实现不失真放大的影响。 ? 用小信号模型分析法计算放大电路的增益、输入电 用小信号模型分析法计算放大电路的增益、 输出电阻。 阻、输出电阻。 ? 放大电路频率响应的基本概念,分析方法及波特图 放大电路频率响应的基本概念, 的近似画法。 的近似画法。 ? BJT放大电路的三种组态及特点。 BJT放大电路的三种组态及特点 放大电路的三种组态及特点。 ? 难点: 难点: ? 放大电路频率响应的基本概念,分析方法及波特图 放大电路频率响应的基本概念, 的近似画法。 的近似画法。

3/29

主要知识点
BJT;载流子;扩散与复合;放大; BJT;载流子;扩散与复合;放大;输入 特性;输出特性;穿透电流;漏电电流;偏置 特性;输出特性;穿透电流;漏电电流; 电阻;耦合电容; 直流通路;交流通路; 电阻;耦合电容;Q点;直流通路;交流通路; 直流负载线;交流负载线;Hybrid模型 模型; 直流负载线;交流负载线;Hybrid模型;电压 跟随;频率响应;转折频率;相频响应; 跟随;频率响应;转折频率;相频响应;增益 带宽积; -带宽积;

4/29

学习目标
掌握半导体三极管的工作原理、 1. 掌握半导体三极管的工作原理、特性曲线及 主要参数 2. 了解半导体三极管放大电路的分类 3. 掌握用图解法和小信号分析法分析放大电路 的静态及动态工作情况 4. 掌握放大电路的频率响应及各元件参数对其 性能的影响 5. 理解放大电路的工作点稳定问题

5/29

§3.1

双极型三极管

半导体三极管的结构 三极管内部的电流分配与控制 三极管各电极的电流关系 三极管的共射极特性曲线 半导体三极管的参数 三极管的型号 三极管应用

6/29

3.1.1 半导体三极管的结构

双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。 双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。 一侧称为发射区,电极称为发射极, 一侧称为发射区,电极称为发射极, 发射极 它有两种类型:NPN型和PNP型 型和PNP 它有两种类型:NPN型和PNP 表示(Emitter); 用E或e表示(Emitter); 型。 另一侧称为集电区和集电极, 另一侧称为集电区和集电极, 集电极 表示(Collector)。 用C或c表示(Collector)。

c-b间的PN结称为集电结(Jc) 间的PN结称为集电结(Jc) PN结称为集电结 中间部分称为基区,连上电极称为基极, 中间部分称为基区,连上电极称为基极, 基极 e-b间的PN结称为发射结(Je) 表示(Base); 用B或b表示(Base); 双极型三极管的符号中, 双极型三极管的符号中, 发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。 发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。

7/29

半导体三极管的结构

c N b P P N N

三极管内部结构特点: 三极管内部结构特点: 发射区高掺杂。 1. 发射区高掺杂。 基区做得很薄。 2. 基区做得很薄。通常只有 几微米到几十微米, 而且掺杂较 几微米到几十微米 , 而且 掺杂较 少。 集电结面积大。 3. 集电结面积大。

e
三极管放大的外部条件:外加电源的极性应使发射 三极管放大的外部条件:外加电源的极性应使发射 结处于正向偏置状态 状态, 集电结处于反向偏置状态 状态。 结处于正向偏置状态,而集电结处于反向偏置状态。

8/29

半导体三极管的结构

平面型(NPN)三极管制作工艺 平面型(NPN)三极管制作工艺 (NPN)

SiO2

硼杂质扩散 磷杂质扩散

e

b

P

N N

型硅片(集电区) 在 N 型硅片(集电区) 氧化膜上刻一个窗口, 氧化膜上刻一个窗口,将 硼杂质进行扩散形成 P 基区) 型 ( 基区 ) , 再在 P 型区 上刻窗口, 上刻窗口,将磷杂质进行 扩散形成N 型的发射区。 扩散形成 N 型的发射区 。 引出三个电极即可。 引出三个电极即可。

合金型三极管制作工艺: 型锗片(基区) 合金型三极管制作工艺 : 在 N 型锗片 ( 基区 ) 两边各 置一个铟球, 型锗接触, 置一个铟球 , 加温铟被熔化并与 N 型锗接触 , 冷却后形 型区,集电区接触面大,发射区掺杂浓度高。 成两个 P 型区,集电区接触面大,发射区掺杂浓度高。

c

9/29

三极管中载流子运动过程 1. 发射 发射区的 电子越过发射结扩散到 基区,基区的空穴扩散 到发射区—形成发射极 电流 IE ( 基区多子数目 较少, 空穴电流可忽略) 较少 , 空穴电流可忽略 ) 。

c Rc

IB
b Rb e

IE

2. 复 合 和 扩 散 电 子到达基区, 子到达基区 , 少数与空穴 复合形成基极电流 Ibn , 补充。 复合掉的空穴由 VBB 补充。 多数电子在基区继续扩 到达集电结的一侧。 散,到达集电结的一侧。

10/29

三极管中载流子运动过程 集电结反偏, 3. 收集 集电结反偏, 有利于收集基区扩散过来 的电子而形成集电极电流 Icn。 其能量来自外接电源 VCC 。 另外, 集电区和基区 另外 , 的少子在外电场的作用下 将进行漂移运动而形成反 将进行漂移运动而形成 反 饱和电流, 表示。 向饱和电流,用ICBO表示。

c
ICBO

IC
Rb

IB
b Rc e

IE

11/29

3.1.2

三极管内部的电流分配与控制

双极型半导体三极管在工作时一定要加上 适当的直流偏置电压。 适当的直流偏置电压。 若在放大工作状态:发射结加正向电压, 若在放大工作状态:发射结加正向电压, 集电结加反向电压,如图所示。 集电结加反向电压,如图所示。 现以 NPN型三 NPN型三 极管的放大状态为 例,来说明三极管 内部的电流关系。 内部的电流关系。 IB
Rb VB
B

IC
NPN VCC RC

+

Vo

IE

_

12/29

电流分配与控制

在发射结正偏,集电结反偏条件下,三极管中载 在发射结正偏,集电结反偏条件下, 流子的运动: 流子的运动: (1)发射区向 (1)发射区向 基区注入电子: 基区注入电子: 作用下, 在VBB作用下, 发射区向基区 注入电子形成 IEN,基区空穴 向发射区扩散 形成I 形成IEP。 IEN >> IEP方 向相同

VBB

VCC

13/29

电流分配与控制

(2) 电子在基区复合和扩散 由发射区注入基区的电子继续向集电结扩散, 由发射区注入基区的电子继续向集电结扩散,扩 散过程中少部分电子与基区空穴复合形成电流I 散过程中少部分电子与基区空穴复合形成电流IBN。由 于基区薄且浓度低,所以I 较小。 于基区薄且浓度低,所以IBN较小。 (3) 集电结收集电子 由于集电结反偏, 由于集电结反偏, 所以基区中扩散到集 电结边缘的电子在电 场作用下漂移过集电 结,到达集电区,形 到达集电区, VBB 成电流I 成电流ICN。

VCC

14/29

电流分配与控制

(4) 集电极的反向电流 集电结收集到的电子包括两部分: 集电结收集到的电子包括两部分: 发射区扩散到基区的电子——ICN 发射区扩散到基区的电子 I 基区的少数载流子——ICBO 基区的少数载流子 I

VBB

VCC

15/29

电流分配与控制

IE= IEN+ IEP 且有IEN>>IEP IEN=ICN+ IBN 且有IEN>> IBN ,ICN>>IBN IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IBN-ICBO IE =IC+IB
VBB VCC

16/29

三极管的电流分配关系

IC
c

IC = ICn + ICBO IE = ICn + IBn + IEp = IEn+ IEp 一般要求 ICn 在 IE 中占的比例尽量大。 中占的比例尽量大 尽量大。 而二者之比称直流电 而二者之比称 直流电 流放大系数, 流放大系数,即
I Cn α = IE

ICBO

ICn

Rc IB
b
IBn

Rb

IEp e IEn

e

17/29

3.1.3 三极管各电极的电流关系

(1)三种组态 (1)三种组态 双极型三极管有三个电极, 双极型三极管有三个电极,其中两个可以作为输 两个可以作为输出, 入, 两个可以作为输出,这样必然有一个电极是公共 电极。三种接法也称三种组态 组态, 电极。三种接法也称三种组态,见下图

共发射极接法,发射极作为公共电极, CE表示 表示; 共发射极接法,发射极作为公共电极,用CE表示; 共集电极接法,集电极作为公共电极, CC表示 表示; 共集电极接法,集电极作为公共电极,用CC表示; 共基极接法,基极作为公共电极, CB表示 表示。 共基极接法,基极作为公共电极,用CB表示。

18/29

(2)三极管的电流放大系数 (2)三极管的电流放大系数

对于集电极电流IC和发射极电流IE之间的 关系可以用系数来说明,定义: 关系可以用系数来说明,定义: 称为共基极直流电流放大系数。 称为共基极直流电流放大系数。它表示最后到 共基极直流电流放大系数 的比值。 达集电极的电子电流ICN与总发射极电流IE的比值。 ICN与IE相比,因ICN中没有IEP和IBN,所以 α 的值小 相比, 但接近1 一般为0.98 0.98由此可得: 于1, 但接近1,一般为0.98-0.999 。由此可得: IC=ICN+ICBO= α IE+ICBO=

α

α = I CN / I E

α IC+ α IB+ICBO

α I B I CBO IC = + = β I B + I CEO 1?α 1?α

19/29

电流放大系数

式中: 式中: β =

α 1 α

I CEO

I CBO = = (1 + β ) I CBO 1- α

β 称为共发射极接法直流电流放大倍数。 称为共发射极接法直流电流放大倍数 共发射极接法直流电流放大倍数。
在忽略I 情况下, 在忽略ICBO情况下, IC 、 IE 和IB之间的关系可 近似表示为: 近似表示为:

IC = βIB

IE = 1 + β IB IE = IC + IB

(

)

IC = β IB IE = (1 + β )IB IE = IC + IB

?IC IC 定义 β = 当ICEO很小时 β = = β ?IB IB

20/29

3.1.4 三极管的共射极特性曲线

特性曲线是选用三极管的主要依据, 特性曲线是选用三极管的主要依据 , 可从半导体器 件手册查得。 件手册查得。 输入特性: 输入特性:

I B = f (U BE ) U CE =const
输出特性: 输出特性:

IC IB +
?A ?

+
mA

Rc

?

+
VCC

I C = f (U CE ) I B =const
VBB

Rb

b +
VU

输入 回路

c UCE + 输出 UCE 回路 e V ?
?
BE

?

三极管共射特性曲线测试电路

21/29

信号表示方法

信号表示( 信号表示(对IC

、VBE

等意义相同): 、VCE 等意义相同):

IB

表示直流量 表示交流有效值 表示复数量 表示交直流混合量 表示交流变化量

· I

Ib
b

iB ib

?IB 表示直流变化量 ?iB 表示iB的变化量

22/29

1. 输入特性曲线 Rb IB b c e

IB = f (UBE ) U
特性曲线

CE =常数

VBB

+ UBE _

(1) UCE = 0 时 的 输 入
IB VBB IB/?A ?

c
+b UBE _ e

当 UCE = 0 时 , 基极和 发 射 极 之 间 相 当 于 两 个 PN 结并联。 所以, 结并联 。 所以 , 当 b 、 e 之 间加正向电压时, 间加正向电压时 , 应为两个 二极管并联后的正向伏安特 性。

UCE = 0

O

U BE / V

23/29

(2) UCE > 0 时的输入特性曲线 当 UCE > 0 时,这个电压有利于将发射区扩散到基区 的电子收集到集电极。 的电子收集到集电极。 三极管处于放大状态。 UCE > UBE,三极管处于放大状态。 特性右移( * 特性右移(因集 电结开始吸引电子) 电结开始吸引电子)
IC IB + VBB
?A

+
mA

RC

* UCE ≥ 1 V,特
性曲线重合。 性曲线重合。
IB/?A UCE = 0 ?
UCE = 2V
O

?

Rb

?

b

c e

+
V UCE

VCC

+
V

?

U ? BE

1 时的输入特性具有实用意义 时的输入特性具有实用意义。 U BE / V UCE ≥ 三极管共射特性曲线测试电路 。 三极管的输入特性

24/29

2. 输出特性曲线

IC / mA
4 3

IC = f (UCE ) IB =常数
100 ?A 80?A 放 大 区

划分三个区:截止区、 划分三个区:截止区、 放大区和饱和区。 放大区和饱和区。 1. 截止区 的区域。 的区域。

饱 和 区 2
1 O 5

IB

≤ 0

60 ?A 40 ?A 20 ?A IB = 0
10 15

IB= 0 时 , IC = ICEO 。
硅管约等于 1 ?A , 锗管 几百微安。 约为几十 ~ 几百微安。 两个结都处于反向偏 /V 置。

UCE

截止区 NPN 三极管的输出特性曲线

25/29

输出特性曲线

放大区: 2. 放大区:
IC / mA
4 3 2 1 O 5 10

条件: 条件:发射结正偏
100 ?A 80?A 放 大 区 60 ?A 40 ?A 20 ?A IB =0
15

集电结反偏 0, 对 NPN 管 UBE > 0,UBC < 0 特点:各条输出特性曲 特点: 线比较平坦,近似为水平线, 线比较平坦, 近似为水平线, 且等间隔。 且等间隔。 集电极电流和基极电流 体现放大作用, /V 体现放大作用,即

UCE

?IC = β ?IB

NPN 三极管的输出特性曲线

26/29

输出特性曲线

饱和区: 3. 饱和区:
IC / mA
4 3

100 ?A 80?A

UBC

条件: 条件:两个结均正偏 型管, 对 NPN 型管 , UBE > 0 > 0 。

饱 和 区2
1 O 5 10

60 ?A 40 ?A 20 ?A IB =0
15

特点:IC 基本上不随 IB 特点: 而变化, 而变化 , 在饱和区三极管失 去放大作用。 去放大作用。 I C ≠ β IB。 当 UCE = UBE , 即 UCB 临界饱和, = 0 时,称临界饱和,UCE 时称为过饱和 过饱和。 < UBE时称为过饱和。

UCE /V

V(硅管) V(锗管), 饱和管压降 UCES < 0.4 V(硅管),UCES< 0. 2 V(锗管),饱

和时的三极管c 和时的三极管c、e间相当于一个压控电阻。 间相当于一个压控电阻。

27/29

输出特性曲线总结

显著控制的区域, 饱和区——iC受vCE显著控制的区域,该区域内vCE的 数值较小, V(硅管 硅管) 数值较小,一般vCE<0.7 V(硅管)。此时 发射结正偏,集电结正偏或反偏电压很小 或反偏电压很小。 发射结正偏,集电结正偏或反偏电压很小。 接近零的区域, =0的曲线的下方 的曲线的下方。 截止区——iC接近零的区域,相当iB=0的曲线的下方。 此时,发射结反偏,集电结反偏。 此时,发射结反偏,集电结反偏。

放大区——iC平行于
本平行等距。 此时, 本平行等距。 此时, 发射结正偏, 发射结正偏,集电结反 电压大于0.7 偏,电压大于0.7 V左 硅管) 右(硅管) 。

vCE轴的区域,曲线基 轴的区域,

28/29

三极管工作情况总结

状态 发射结 集电结 截止 反偏或零偏 反偏 放大 正偏 反偏 饱和 正偏 正偏

IC 0 β IB <β I B

三极管处于放大状态时,三个极上的 三极管处于放大状态时, 电流关系: 电位关系: 电流关系: 电位关系:

IC = β IB

IE = (1 + β )IB IE = IC + IB

NPN PNP c 最高 最低 b 中 中 VB=VE+0.7V VB=VE-0.7V e 最低 最高

29/29

3. 温度对三极管特性的影响

温度升高使: 温度升高使: (1)输入特性曲线左移 增大, (2)ICBO增大,输出特性曲线上移 (3)β增大


相关文章:
半导体三极管及放大电路基础1_图文.ppt
半导体三极管及放大电路基础1 - 学习指导 3.1 半导体三极管(BJT) 3.
半导体三极管及放大电路基础1_图文.ppt
半导体三极管及放大电路基础1 - 学习指导 2.1 半导体三极管(BJT) 2.
第三章半导体三极管及放大电路基础1_图文.ppt
第三章半导体三极管及放大电路基础1 - 学习指导 3.1 半导体三极管(BJT)
三极管基本放大电路---_图文.ppt
三极管基本放大电路--- - 电工电子技术基础 ?主编 李中发 ?制作 李中发 ?2003年7月 第7章 基本放大电路 学习要点 半导体器件工作原理 ? 共射放大电路组成...
第3章 半导体三极管及放大电路基础1_图文.ppt
第3章 半导体三极管及放大电路基础1 - 内容提要: 本章讨论半导体三极管(BJ
模拟电路第三章-1半导体三极管及放大电路基础_图文.ppt
模拟电路第三章-1半导体三极管及放大电路基础 - 3.1 半导体三极管(BJT)
第3章半导体三极管及放大电路基础(5节精品)_图文.ppt
第3章半导体三极管及放大电路基础(5节精品) - 内容提要 本章讨论半导体三极管
第5章三极管放大电路_图文.ppt
第5章三极管放大电路 - 电工电子技术---三极管放大电路... 第5章三极管放大电路_工程科技_专业资料。电工电子...? ? ? 1、半导体基本知识 2、PN结的形成及特性...
第3章半导体三极管及放大电路基础_图文.ppt
第3章半导体三极管及放大电路基础 - 内容提要: 本章讨论半导体三极管(BJT)
模电 课件第3章 半导体三极管及放大电路基础1_图文.ppt
模电 课件第3章 半导体三极管及放大电路基础1 - 内容提要: 本章讨论半导体三
模电_课件第3章_半导体三极管及放大电路基础1_图文.ppt
模电_课件第3章_半导体三极管及放大电路基础1 - 内容提要: 本章讨论半导体三
第二章 半导体三极管及其放大电路_图文.ppt
第二章 半导体三极管及其放大电路 - 第二章 半导体三极管及其放大电路 §2-1 半导体三极管 §2-2 共射极基本放大电路 §2-3 分压式射极偏置电路 §2-4 ...
第二章_半导体三极管及其基本电路(附答案)[1].doc
第二章 半导体三极管及其基本电路一、填空题 1、(2-1,中)当半导体三极管的 ...5、 (2-1, 低)为了使放大电路输出波形不失真,除需设置 外,还需输入信号 ...
三极管基本放大电路_图文.ppt
三极管基本放大电路 - 电工电子技术基础 ?主编 李中发 ?制作 李中发 ?2003年7月 第7章 基本放大电路 学习要点 半导体器件工作原理 ? 共射放大电路组成、工作...
2-三极管及放大电路基础(1)_图文.ppt
2-三极管及放大电路基础(1) - 第三章 第三章 半导体三极管及其放大电路 3.1 半导体三极管 3.2 共射极放大电路 3.3 图解分析法 3.4 小信号模型分析法 3.5 ...
第03章 半导体三极管及放大电路基础 82页_图文.ppt
搜试试 5 悬赏文档 全部 DOC PPT TXT PDF XLS ...3章 半导体三极管及放大电路基础 半导体三极管 基本...二.交流参数①交流电流放大系数 1.共发射极交流电流...
华科模电--ch4-1半导体三极管放大电路基础_图文.ppt
华科模电--ch4-1半导体三极管放大电路基础 - 电子技术 模拟电路部分 第四章 半导体三极管放大 电路基础 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 半导体三极管 共射...
半导体三极管及放大电路基础_图文.ppt
半导体三极管及放大电路基础 - 重点难点 重点:两种基本放大电路(CE、CC)的
2-三极管及放大电路基础(1)三极管基础_图文.ppt
2-三极管及放大电路基础(1)三极管基础 - 第三章 第三章 半导体三极管及其放大电路 3.1 半导体三极管 3.2 共射极放大电路 3.3 图解分析法 3.4 小信号模型...
第三章 半导体三极管及放大电路基础_图文.ppt
第三章 半导体三极管及放大电路基础 - 第三章 半导体三极管及放大电路基础 基本要求: (1)掌握三极管工作原理,输入及输出特性。 (2)掌握三极管放大、饱和、截止三种...
更多相关标签: