華科模電ch半導(dǎo)體三極管放大電路基礎(chǔ)

華科模電ch半導(dǎo)體三極管放大電路基礎(chǔ)第1頁/共34頁本章主要內(nèi)容基本元件——三極管三極管的工作原理三極管三個(gè)電極電流分配關(guān)系基本概念靜態(tài)工作點(diǎn)不同組態(tài)放大電路基本電路共射極放大電路（固定偏流、分壓式）基本方法圖解法小型號(hào)模型分析法第2頁/共34頁4.1半導(dǎo)體三極管4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡介4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理4.1.3BJT的V－I特性曲線4.1.4BJT的主要參數(shù)4.1.5溫度對(duì)BJT參數(shù)及特性的影響第3頁/共34頁4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡介(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管第4頁/共34頁NNPB基極BaseE發(fā)射極EmitterC集電極CollectorNPN型PNP基極B集電極C發(fā)射極EPNP型發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡介發(fā)射結(jié)Je集電結(jié)JcBECIBIEICBECIBIEIC

1、結(jié)構(gòu)和符號(hào)：第5頁/共34頁NNPB基極BaseC集電極Collector發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)E發(fā)射極Emitter面積較大較薄，摻雜濃度低摻雜濃度較高收集載流子(電子)發(fā)射載流子(電子)復(fù)合部分電子控制傳輸比例4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡介2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：第6頁/共34頁NNPB基極BaseC集電極Collector發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)E發(fā)射極Emitter收集載流子(電子)發(fā)射載流子(電子)復(fù)合部分電子控制傳輸比例4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理1、實(shí)現(xiàn)條件：內(nèi)部條件外部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高集電區(qū)面積很大，摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)基區(qū)很薄，摻雜濃度最低Je正偏Jc反偏Je正偏Jc反偏第7頁/共34頁BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散形成電流IEPIBN進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBN

，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IEN。2.內(nèi)部載流子的傳輸過程（以NPN為例）4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理第8頁/共34頁BECNNPVEERBVCCIE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICN+ICBOICNIBNICN從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為基區(qū)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICN。2.內(nèi)部載流子的傳輸過程（以NPN為例）4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理第9頁/共34頁IBBECNNPVEERBVCCIEICBOICNIC=ICN+ICBO

ICNIBNIE=IB+IC2.內(nèi)部載流子的傳輸過程（以NPN為例）4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理第10頁/共34頁

以上看出，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?；駼JT(BipolarJunctionTransistor)。

總結(jié):4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理第11頁/共34頁3.電流分配關(guān)系根據(jù)傳輸過程可知IC=ICN+ICBOICN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

=0.90.99IE=IB+ICBECNNPVEERBVCCIEICBOICNIBN

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理第12頁/共34頁

是另一個(gè)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+ICIC=ICN+ICBO且令I(lǐng)CEO=(1+)ICBO（穿透電流）3.電流分配關(guān)系4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理第13頁/共34頁4.三極管的三種組態(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)4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理第14頁/共34頁RLecb1k

共基極放大電路5.放大作用若vI=20mV則電壓放大倍數(shù)VEEVCCVEBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iBiE=-1mA，iC=iE

=-0.98mA，vO=-iC?

RL

=0.98V，=0.98？動(dòng)態(tài)輸入電阻太小，怎么辦？第15頁/共34頁+-bceRL1kVBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB5.放大作用共射極放大電路外部條件發(fā)射結(jié)正偏？極電結(jié)反偏？VBC=VBE-VCE<0?即VBE<VCEvI=20mV

設(shè)若則iB=20uA=0.98使vO=-iC?

RL=-0.98V，第16頁/共34頁

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(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是：（1）內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)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。三極管的放大作用是由電流控制的。4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理第17頁/共34頁4.1BJT1.既然BJT具有兩個(gè)PN結(jié)，可否用兩個(gè)二極管相聯(lián)以構(gòu)成一只BJT，試說明其理由。？思考題2.能否將BJT的e、c兩個(gè)電極交換使用，為什么？3.為什么說BJT是電流控制器件？end第18頁/共34頁VCE1VIB(A)VBE(V)204060800.40.8VCE=0VVCE=0.5V

iB=f(vBE)

vCE=const1.輸入特性曲線4.1.3

BJT的V－I特性曲線（以共射極放大電路為例）當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。當(dāng)vCE≥1V時(shí)，vCB=vCE-vBE>0，集電結(jié)已進(jìn)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。

第19頁/共34頁輸入特性曲線的三個(gè)部分①死區(qū)

②非線性區(qū)③線性區(qū)

1.輸入特性曲線導(dǎo)通壓降：硅管VBE0.6~0.7V,鍺管VBE0.2~0.3V。

死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.1V。4.1.3

BJT的V－I特性曲線第20頁/共34頁二、輸出特性IC(mA)1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）當(dāng)VCE大于一定的數(shù)值，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。iC=f(vCE)

iB=const4.1.3

BJT的V－I特性曲線第21頁/共34頁IC(mA)1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中VCEVBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，VCE<0.7V稱為飽和區(qū)。二、輸出特性4.1.3

BJT的V－I特性曲線第22頁/共34頁IC(mA)1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,VBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。二、輸出特性4.1.3

BJT的V－I特性曲線第23頁/共34頁輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般vCE＜0.7V(硅管)IB>IC

。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)，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(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。IC=IB,且

iC=

iB二、輸出特性4.1.3

BJT的V－I特性曲線第24頁/共34頁4.1.4BJT的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)(2)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)(1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)(3)共基極直流電流放大系數(shù)(4)共基射極交流電流放大系數(shù)α2.極間反向電流(1)集電極基極間反向飽和電流ICBO

(2)集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO3.極限參數(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(3)反向擊穿電壓第25頁/共34頁(1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const1.電流放大系數(shù)4.1.4BJT的主要參數(shù)(2)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

=IC/IBvCE=const第26頁/共34頁(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/IEvCB=const

當(dāng)ICBO和ICEO很小時(shí)，≈、≈，可以不加區(qū)分。1.電流放大系數(shù)4.1.4BJT的主要參數(shù)第27頁/共34頁

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(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。

4.1.4BJT的主要參數(shù)第28頁/共34頁BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

=(1+)ICBOIBEIBEICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，由于IBE的存在，必有電流IBE。集電結(jié)反偏有ICBOICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。

(2)集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

2.極間反向電流4.1.4BJT的主要參數(shù)第29頁/共34頁(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)4.1.4BJT的主要參數(shù)(3)反向擊穿電壓

V(BR)CBO——發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反向擊穿電壓。V(BR)EBO——集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反向擊穿電壓。

V(BR)CEO——基極開路時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。幾個(gè)