三极管工作原理(详解).ppt

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1、目录三极管的结构1三极管的作用2三极管的三种放大电路 3三极管的开关状态4 按频率分：高频管、低频管；按频率分：高频管、低频管； 按功率分：小、中、大功率管；按功率分：小、中、大功率管； 按半导体材料分：硅、锗管；按半导体材料分：硅、锗管； 三极管的结构简介三极管的结构简介 三极管的类型三极管的类型： 按结构分：按结构分：NPNNPN和和PNPPNP管；管；三极管的结构简介三极管的结构简介(a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管 半导体三极管的结半导体三极管的结构示意图如图所示。构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型型

2、和和PNP型。型。 BJT BJT的结构简介的结构简介(a) NPN型管结构示意图型管结构示意图(b) PNP型管结构示意图型管结构示意图(c) NPN管的电路符号管的电路符号(d) PNP管的电路符号管的电路符号三极管的作用u晶体三极管的用途主要是交流信号放大，直流信号放大和电路开关。u晶体三极管偏置u 使用晶体管作放大用途时，必须在它的各电极上加上适当极性的电压，称为“偏置电压”简称“偏压”， 又“偏置偏流”。电路组成上叫偏置电路。晶体管各电极加上适当的偏置电压之后，各电极上便有电流流动。 通过发射极的电流称为“射极电流”，用IE表示；通过基极的电流称为“基极电流”，用IB表示；通过集电极

3、的电流称为“集极电流”，用IC表示。u晶体管三个电极的电流有一定关系，公式如下uIE IB ICu 三极管的三种放大电路u当晶体管被用作放大器使用时，其中两个电极用作信号 (待放大信号) 的输入端子；两个电极作为信号 (放大后的信号) 的输出端子。 那么，晶体管三个电极中，必须有一个电极既是信号的输入端子，又同时是信号的输出端子，这个电极称为输入信号和输出信号的公共电极。 u 按晶体管公共电极的不同选择，晶体管放大电路有三种：共基极电路 (Common base circuit)、共射极电路(Common emitter circuit) 和 共集极电路(Common collector ci

4、rcuit)，如下图示。三极管的三种放大电路u由于共射极电路放大电路的电流增益和电压增益均较其它两种放大电路为大，故多用作讯号放大使用。三极管的放大原理u晶体三极管的放大作用晶体管是一个电流控制组件，其集极电流 IC可以由基极电流IB控制，只需轻微的改变基流IB就可以引起很大的集流变化IC。由于晶体管基流IB的轻微变化可以控制较大的集流IC，我们利用这一特点，用它来放大微弱的电信号，称为晶体管的放大作用 (Amplification)，简称晶体管放大。简单来说，晶体管的放大原理是把微弱的电信号 (微弱的电压信号 Vi) 加在基极上，使基极电流按电信号变化，通过晶体管的电流控制作用，就可以在负载

5、上得到与原信号变化一样，但增强了的电信号 (较大的电压信号 Vo)。 u 三极管截止状态ua)基极(B)不加偏压使 (b)基极(B)加上反向偏 c)此时集极(C)与射极(E) u 基极电流IB等于零 压使基极电流IB等于零 之间形同段路，负载无 电流通过 三极管饱合状态当三极管之基极加入高电平时，因为ICIE=IB，射极和集极的电流亦非常大，此时集极与射极之间的电压降非常低(VCE为0.4V以下)，其意义相 当于集极与射极之间完全导通，此一状态称为三极管饱合状态 a)基极加上足够的顺向偏压使IB足够大 b）C-E间视同导通状态新年快乐！THANKYOU共基极放大电路共基极放大电路4. 放大作用

6、放大作用若若 vI = 20mV电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IO vvvA使使 iE = -1 mA，则则 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V，当 = 0.98 时，时， 放大状态下三极管的工作原放大状态下三极管的工作原理理 综上所述，三极管的放大作用，主要是依综上所述，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传输，然后到靠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。达集电极而实现的。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）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区发射区杂

7、质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。 放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理 电路组成电路组成 共射放大电路的工作原理共射放大电路的工作原理 两种实用放大电路两种实用放大电路 共射极放大电路共射极放大电路 电路组成电路组成输入回路（基极回路）输入回路（基极回路）输出回路（集电极回路）输出回路（集电极回路）习惯画法习惯画法 共射极基本放大电路共射极基本放大电路习惯画法习惯画法电路组成电路组成 共射放大电路的工作原理共射放大电路的工作原理Vi=0Vi=Vsin t1.简单

8、的工作原理简单的工作原理 2.静态静态 电路处于静态时，三极管三个电极的电压、电电路处于静态时，三极管三个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点静态工作点，常称为常称为Q Q点。一般用点。一般用I IB B、 I IC C和和V VCECE （或（或I IBQBQ、I ICQCQ和和V VCEQCEQ ）表示。）表示。# # 思考题：思考题： 输入信号为零（输入信号为零（v vi i= 0 = 0 或或 i ii i= 0= 0）时，放大电）时，放大电路的工作状态，也称路的工作状态，也称直流工作状态直流工作状态。 共射放大电路的工作原理共射放大电路

9、的工作原理设置正确静态的必要性设置合适的静态工作点，主要是为了设置合适的静态工作点，主要是为了解决失真解决失真问题；问题；但但Q Q点将影响所有动态参数！点将影响所有动态参数！ 电路的放大对象是动态信号，为什么要求晶体管在信电路的放大对象是动态信号，为什么要求晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？号为零时有合适的直流电流和极间电压？不设置正确的静态：不设置正确的静态：输出电压必然失真！输出电压必然失真！ 共射放大电路的工作原理共射放大电路的工作原理4.2.3 4.2.3 两种实用放大电路两种实用放大电路问题：问题：1、两种电源、两种电源2、信号源与放大电路不、信号源与放大电路不“共地共

10、地”将两个电源将两个电源合二为一合二为一共地，且要使信号共地，且要使信号驮载在静态之上驮载在静态之上静态时，静态时，b1BEQRUU动态时，动态时， uBEuIURb11.直接耦合放大电路直接耦合放大电路讨论讨论1 1 放大电路的组成原则放大电路的组成原则u静态工作点合适：静态工作点合适：合适的直流电源合适的直流电源 合适的电路参数合适的电路参数 输入信号能够作用于晶体管的输入端，输入信号能够作用于晶体管的输入端，输出信号能够传送给负载。输出信号能够传送给负载。 对实用放大电路的要求：对实用放大电路的要求： 共地；共地； 直流电源种类尽可能少；直流电源种类尽可能少； 负载上无直流分量。负载上无

11、直流分量。b点电位基本不变的条件点电位基本不变的条件：I1 IBQ ，CCb2b1b2BQVRRRV 此时，此时，VBQ与温度无关与温度无关VBQ VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强取值越大，反馈控制作用越强一般取一般取 I1 =(510)IBQ ， VBQ =35V 1. 1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理1. 1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析静态工作点静态工作点CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIV

12、RIRIVV IICQBQ rRRR 1/beseo共集电极电路特点：共集电极电路特点：同同相相与与iovv 电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强)1(/LbebiRrRR 1 vA。4.5.1 4.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路4.5.2 4.5.2 共基极放大电路共基极放大电路1.1.静态工作点静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同直流通路与射极偏置电路相同CCb2b1b2BQVRRRV eBEQBQEQCQRVVII )( ecCQCCeEQcCQC

13、CCEQRRIVRIRIVV IICQBQ 4.5.3 4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较1.1.三种组态的判别三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：以输入、输出信号的位置为判断依据： 信号由基极输入，集电极输出信号由基极输入，集电极输出共射极放大电路共射极放大电路 信号由基极输入，发射极输出信号由基极输入，发射极输出共集电极放大电共集电极放大电路路 信号由发射极输入，集电极输出信号由发射极输入，集电极输出共基极电路共基极电路 2.2.三种组态的比较三种组态的比较4.5.3 4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较3.3.三种组态的特点及用途三种

14、组态的特点及用途共射极放大电路：共射极放大电路： 电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：共集电极放大电路： 只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。级。共基极放大电路：共基极放大电路： 只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。 4.5.3 4.5.3 放大电路三种组态的比较放大电路三种组态的比较end