半导体三极管和交流电压放大电路

为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析管子的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的 电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线
测量晶体管特性的实验线路
IC
mA
IB
A
+ + V UCE 输出回路 – + – EC
RB
V UBE 输入回路 – + – EB
共发射极电路
发射极是输入回路、输出回路的公共端
表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体 管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。
1. 电流放大系数， 当晶体管接成发射极电路时，
直流电流放大系数 ___ IC IB 注意：
交流电流放大系数
Δ IC ΔI B
和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等 距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。
N
发射结正偏， 发射区电子不断 向基区扩散，形 成发射极电流IE。
3. 三极管内部载流子的运动规律
IC = ICE+ICBO ICE IB = IBE- ICBO IBE
C IC ICBO ICE N P
ICE 与 IBE 之比称为共 发射极直流电流放大倍数
IB
B
EC
I CE I C I CBO I C I BE I B I CBO I B
• 放大的概念: 放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。
放大的实质: 用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放 大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。 对放大电路的基本要求 ： 1. 要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。 2. 尽可能小的波形失真。 另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术 指标。
（2）截止区 IB < 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。 在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反 向偏置，晶体管工作于截止状态。 （3）饱和区 IC(mA ) 当UCE UBE时，晶 100A 饱 4 体管工作于饱和状态。 和 80A 3 在饱和区，IB IC， 区 60A 发射结处于正向偏置， 2 40A 集电结也处于正偏。 20A 1 深度饱和时， IB=0 硅管UCES 0.3V， O 3 6 9 12 U (V) CE 锗管UCES 0.1V。 截止区
基区：最薄， 掺杂浓度最低
基极 B
发射结
E 发射极
发射区：掺 杂浓度最高
C E 输 入 输 出 B E 共基极 共发射极 C B 输 入 输 B 输 入 C 输 出 E
出
共集电极
2.1. 2 电流分配和放大原理
1. 三极管放大的外部条件 发射结正偏、集电结反偏 从电位的角度看： NPN 发射结正偏 VB>VE 集电结反偏 VC>VB PNP VB<VE VC<VB
C N B RB E EB P RC
N
发射结正偏 集电结反偏
EC
2. 各电极电流关系及电流放大作用 IB(mA) IE(mA) 结论: 0 0.02 0.04 1.50 1.54 0.06
IC(mA) <0.001 0.70
<0.001 0.72
2.30
2.36
0.08 3.10 3.18
0.10 3.95 4.05
3.三极管内部载流子的运动规律
集电结反偏， 有少子形成的 反向电流ICBO。 基区空穴 向发射区的 扩散可忽略。 B RB IBE E IE
C
ICBO ICE N P
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 集，形成ICE。 EC
进入P 区的电 E B 子少部分与基区 的空穴复合，形 成电流IBE ，多 数扩散到集电结。
第2章 半导体三极管和交流电压放大电路
1. 掌握半导体三极管的基本结构、特性、电流分 配和放大原理。 2. 理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、 共集电极放大电路的性能特点。 3. 掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变 等效电路分析法。 4. 了解放大电路输入、输出电阻和多级放大的概 念，了解放大电路的频率特性。
2. 输出特性
IC(mA )4来自IC f (UCE ) I
B 常数
输出特性曲线通常分三个工作区：
(1) 放大区
100A
3
2
1
O
在放大区有 IC= IB ， 也称为线性区，具有恒 80A 流特性。 60A 放大区 在放大区，发射结处 40A 于正向偏置、集电结处 20A 于反向偏置，晶体管工 IB=0 3 6 9 12 U (V) 作于放大状态。 CE
RB
EB
IBE
N E I E
I C I B (1 ) I CBO I B I CEO 若IB =0, 则 IC ICE0 集－射极穿透电流, 温度ICEO
忽略I CEO ，有 I C I B (常用公式)
2.1.3 特性曲线
即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子 内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能， 是分析放大电路的依据。
O
Q
O
UCE
UCE
(IB、UBE) 和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特 性曲线上的一个点，称为静态工作点。
2.2.3 共射放大电路的电压放大作用
+UCC
RB C1 + C2 + + iB iC + + T uCE uBE – uo – iE – iC RC
+ ui –
u = uo o0 0 uBE = UBE uBE = UBE+ ui u= = UCE uCE CEUCE+ uo
I 1.5 37.5 I 0.04
C
Q2
2 1 0 3 6 9 Q1
CE
在以后的计算中，一般作近似处理： = 。
2.集-基极反向截止电流 ICBO ICBO –
A
+
EC
ICBO是由少数载流子的 漂移运动所形成的电流， 受温度的影响大。 温度ICBO ICBO越小越好。(硅管的较小1微安以下）
工作状态（晶体管工作状态的判定）
放大
1.根据PN结 UBE ＞0 偏置电压 (正偏) UB C ＜0
截止
UBE ≤0 (反偏) UB C ＜0
饱和
UBE ＞0 (正偏) UB C ≥0
(反偏)
2.根据 IB IB IC IE IC IE 0＜ IB ＜IBS
＝ IB ＝ IB ＋ IC
(反偏)
2.2 基本放大电路的组成
2.2.1 共发射极基本放大电路组成
C2 + iC + C1 iB + + + T uCE + u RS RB BE – RL uo – ui + + – iE EB es – – – RC
+ –
EC
共发射极基本电路
2.2.2 基本放大电路各元件作用
RC
C2 + iC + C1 iB + + + T uCE + u RS RB BE – RL uo – ui + + – iE EB es – – –
本章主要讨论电压放大电路。
2.1 半导体三极管
2.1.1 基本结构
集电极 C 符号：
C
NPN型
N P N
发射极 E
集电极
基极 B
NPN型三极管
IC B
发射极 P N P E C 基极 B PNP型三极管
C IC
PNP型
B E IE
IB
IB
E
IE
结构特点：
集电区： 面积最大 集电结 集电极 C N P N
RC
+ –
EC
集电极电源EC --为 电路提供能量。并 保证集电结反偏。 集电极电阻RC--将 变化的电流转变为 变化的电压。 耦合电容C1 、C2 --隔离输入、输出 与放大电路直流的 联系，同时使信号 顺利输入、输出。
信 号 源
共发射极基本电路
负载
2.2 基本放大电路的组成
C2 + iC + C1 iB + + + T uCE + u RS RB BE – RL uo – ui + + – iE EB es – – – RC
晶体管T--放大元 件, iC= iB。要保 + 证集电结反偏,发 EC 射结正偏,使晶体 – 管工作在放大区 。 基极电源EB与基极 电阻RB--使发射结 处于正偏，并提供 大小适当的基极电 流。
共发射极基本电路
C2 + iC + C1 iB + + + T uCE + u RS RB BE – RL uo – ui + + – iE EB es – – –
uCE
O
uCE = UCC－ i RC 有输入信号(u ≠ 0)时: 无输入信号(uiC= 0)时
ui
O
uo t
uBE
t
O
iB UBE tO
IB
tO
IC
tO
？
UCE
t
结论：
(2) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大 小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了 一个交流量，但方向始终不变。 直流分量 iC 交流分量 iC + IC
常用晶体管的 值在20 ~ 200之间。100左右为宜。
例：在UCE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 点IB=60 A, IC=2.3mA，求
IC(mA ) 4 3 100A