BJT的电流分配与放大原理.ppt

3.1 3.1 半导体半导体BJTBJT一、一、一、一、BJTBJT结构结构结构结构图313AX22低频锗3AD6低频大功率管3DG6高频硅http:/ 集电区N 发射区P 基区ebc集电结发射结集电极发射极基极三区两结三极下图是NPN管的结构及符号ebc图33P 集电区P 发射区N 基区ebc集电结发射结集电极发射极基极PNP管的结构及符号如下：符号中的箭头表示BJT导通时的电流方向bec二、二、二、二、BJT BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理放大的条件：内部条件：内部条件：发射区掺杂浓度高；基区薄且掺杂浓度低。外部条件：外部条件：发射结正偏；集电结反偏。NNPJeJcV0VEEV0+VCC1.BJT内部载流子的传输图34 bVEEIBeIEcVCCIC电子流图35 IBbVEEVCCecIEICNNP电子流ICBOInC2.电流分配关系一个三极管制定后，发射区发射的电子传输到集电结所占比例一定，这个比例系数用表示，称为共基极电流放大系数。代入通常忽略 ICBO一般为 0.9 0.99假设=0.99，则发射100个电子，扩散99个，复合1个。3.共发射极连接方式 BJT的三种连接方式a.共基极连接信号从e极输入，从集电极c输出。图36b.共发射极连接：信号从b极输入，从c极输出c.共集电极连接：信号从b极输入，从e极输出 共射连接方式的电流放大作用a.由于VBB、Rb的作用，发射结正偏。由于VCC VBB，调节Rc，使VCE VBE，则VC VB，集电结反偏满足放大的外部条件。图37VBBRbVCCICRcIBPNNb.下面推导IC和IB的关系IE=IB+IC代入整理式得ICEO：基极开路，c流到e的电流，称穿透电流把 ICEO 代入，得忽略ICEO c.之实质共射电流放大系数为扩散电子数/复合电子数 为几十 几百倍若=0.99，则=99 共射电路具有电流放大作用归纳：BJT满足内部条件和外部条件，具有放大作用；BJT的放大作用，按电流分配实现，称之为电流控制元件；电流放大系数共基电路：共射电路：三、三、三、三、BJTBJT的特性曲线（共射连接）的特性曲线（共射连接）的特性曲线（共射连接）的特性曲线（共射连接）图38vBEvCEiCiBPNNvBE(V)iB(mA)802040600.20.40.60.8O1.输入特性曲线图39vCE=0VVCE 1V vCE=0，相当于二极管的正向特性 vCE 1V后，vCE，iC基本不变，iB亦基本不变 vCE=1V，曲线右移（原因是集电结反偏，iE 大部分被拉到集电区，iB）工程上vCE=1V的曲线即可代表vCE 1V的情况。vCE(V)iC(A)43210 2 4 6 82.输出特性曲线图310100806020iB=0ICE0iB=40(A)先看iB=40A的一条曲线 要想改变iC，得改变iB，这样，得到一组曲线簇；vCE 很小时，集电结反偏小，收集载流子能力弱，vCE iC 当vCE 1V后，iC 大致与横轴平行；四、四、四、四、BJTBJT的主要参数的主要参数的主要参数的主要参数1.电流放大系数共射：若IC ICEO 则交流放大系数用 表示如图311vCE(V)iC(A)43210 2 4 6 8图3112.31.5ICIBQ100806040iB=20(A)若满足条件：ICEO很小时，可忽略；管子工作在线性区。共基：2.集电极基极反向饱和电流 ICBO发射极开路，c、b间加上一定反向电压时的反向电流，（由少数载流子引起）硅管：1A小功率锗管：约为10A。图312VCCeA+cb ICBO3.集电极发射极反向饱和电流ICE0（穿透电流）基极开路，c、e间加一定反向电压时的集电极电流图313VCCecb ICEOA4.极限参数a.集电极最大允许电流 ICM。三极管的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。当电流超过ICM，管子性能下降，甚至烧坏。b.集电极最大允许功率 PCM。集电结上允许损耗功率的最大值。超过此值会使管子性能变坏或烧毁。c.反向击穿电压 VBR。例例31 在晶体管放大电路中，测得三个晶体管的各个电极的电位如图。试判断各晶体管的类型（是NPN管还是PNP管，是硅管还锗管），并区分e、b、c三个电极。2V2.7V6V2.2V5.3V6V4V1.2V1.4V(a)(b)(c)(a)NPN硅，e，b，c(b)PNP硅管，c，b，e(c)PNP锗管，c，e，b解：解：(1)依|VBE|=0.7V(或|VBE|=0.2V)确定硅还是锗。(2)找出c极：极间电压不是0.7V或0.2V的为c极。(3)VB、VE、VC三个电位中，VC最低，是PNP管；VC最高，是NPN管。(4)PNP管：VC VBVBVE。以确定b,e极。3.2 3.2 共射极放大电路共射极放大电路 放大要求：幅度放大，波形不失真放大要求：幅度放大，波形不失真 放大实质：实现能量转换与控制放大实质：实现能量转换与控制 放大对象：交流量放大对象：交流量(即变化量即变化量)一、电路一、电路一、电路一、电路+Cb1Cb2Vi300k12V4k12VVBBVCCRCRBV0图图314VCC,VBB：直流电源RC,RB：分别为集电极负载电阻、基极偏置电阻Cb1,Cb2：耦合电容。（隔直滤交）极性：把交流短路，直流电位高的端接电容之正极：“地”。vi.v0.VBB.VCC之公共端，又叫参考点，此点电位为0。+Cb1Cb2Vi300k12V4k12VVBBVCCRCRBV0图图314二、简化电路二、简化电路二、简化电路二、简化电路 取VBB=VCC。见图314(a)省略电源VCC的符号，只标出VCC的非接地端的电压数值及极性。见图314(b)+Cb1Cb2300kVCCRcRb4k12V+IBviv0(a)Cb1Rb300kRc4kCb2+VCCIBICec+12V(b)v0vi图314 3.3 3.3 图解分析法图解分析法一、静态工作情况分析一、静态工作情况分析一、静态工作情况分析一、静态工作情况分析静静态态：当放大电路vi=0时，电路中各处的电压、电流都为直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。静静态态工工作作点点：静态下，IB、IC、VCE在管子特性曲线上有一确定的点，此点为静态工作点，又叫Q点。动动态态：当放大电路输入信号后（vi0），电路中各处的电压、电流处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。1.估算法确定静态工作点见图314(b)VBE：硅管约为0.7V。锗管约为0.2V。一般 VCC VBECb1Rb300kRc4kCb2VCCIBICec12Vv0vi图314(b)2.图解法确定静态工作点图315 (a)+Cb1300kRbviVBB12VVCC12V4kRc+vCECb2+v0iBiC20F20F非线性电路部分线性电路部分显然，既满足特性曲线，又要满足直线，曲线和直线的交点即Q点。思路：左边为 IB=40A的一条特性曲线。iC与 vCE是非线性关系。右边iC与 vCE是直线关系。VCE=VCCiC RCvCE(V)0 2 4 6 8 10 12100iC(mA)8060201432直流负载线 步骤：a.作三极管的输出特性曲线图315(b)b.作直流负载线vCE=12 4 iCc.计算IBd.确定Q点IB=40A所对应的特性曲线和直流负载线的交点即Q点。IB=40(A)QIC=1.5MN图316+Cb1300kRbviVBB12VVCC12V4kRc+vCECb2+iBiC+vBEttv0t二、动态工作情况分析二、动态工作情况分析二、动态工作情况分析二、动态工作情况分析目的：得出v0与vi的相位关系和动态范围。1.放大电路接入正弦信号时的工作情况vCEtiCv0tviiBvi设 vi=0.02sint (V)依vi 在输入特性上求 iB。图317iB(A)OtiB(A)vBE(V)2040600.20.40.6 0.8OIBQQQvBE(V)OtVBEv0=3sint (V)依iB在输出特性上求iC 和vCEvCE(V)O 3 6 9 12100iC(mA)8060IB=40Q201432MQQtiC(mA)ICtvCE(V)vceVCEOON图317总结：a.iB=IB+ib iC=IC+ic vCE=VCE+vce它们为脉动直流；（在直流量的基础上迭加了 一个交流量）b.v0是与vi同频率的正弦波；c.v0与vi反相，此为共射电路特有的倒相作用。2.交流负载线输出端接负载，由于Cb2的隔直作用，不影响静态工作点，但动态工作情况会发生变化。交流通路：不考虑直流，交流信号通过的路径。原则：a.隔直电容视为短路；b.VCC视为短路。+VCC+12V4kRLCb2+iC20FCb120FRc4kRb300kiBviv0图318(a)Rb+ibviRLRc+v0icRc和 RL并联，此并联值为交流负载电阻图318(b)作交流负载线由图318(b)可见交流 v0=vcevce=ic RL交流量等于脉动直流量减直流量。vCE VCE=(iC Ic)vCE交流负载线此交流负载线一定过Q点。Q1.5交流负载线直流负载线vCE(V)0 3 6 9 12100iC(mA)8060IB=40A20143256图319斜率为 定出的负载线为直流负载线。Q点的选择：Q点应选在交流负载线的中央点应选在交流负载线的中央Q点选得太低，出现截止失真；点选得太低，出现截止失真；Q点选得太高，出现饱和失真。点选得太高，出现饱和失真。3.BJT的三个工作区域图320 截止区：IB=0以下部分为截止区发射结零偏或反偏IC=ICEO=0 VCE=VCC管子c、e间如同断开O 1 2 3 4 5 6 12 3 4vCE(V)iC(mA)40(A)080120160200Q2QQ1NM饱和区放大区截止区 放大区：(线性区)平坦部分发射结正偏，集电结反偏IC=IB VCE=VCC IC RC图320O 1 2 3 4 5 6 12 3 4vCE(V)iC(mA)40(A)080120160200Q2QQ1NM饱和区放大区截止区 饱和区：输出特性的上升和弯曲部分发射结正偏，集电结正偏 IB IC VCE=VCES =0.3V(硅)VCE=VCES =0.1V(锗)管子c、e间如同短接图320O 1 2 3 4 5 6 12 3 4vCE(V)iC(mA)40(A)080120160200Q2QQ1NM饱和区放大区截止区例例32 判断下列管子的工作状态02V3V(a)00.7V3V(b)2.3V3V2.6V(c)03V(d)0.2V解：解：(a)发射结反偏 管子截止(b)发射结正偏，集电结反偏，管子放大(c)发射结正偏，集电结正偏，管子饱和(d)发射结正偏，集电结反偏，管子放大图解法优点：图解法优点：直观、全面了解放大器工作情况；大致估算动态范围。能合理安排Q点；缺点：缺点：费事、不精确，除能分析出电压放大倍数外，分析其他指标有困难。