2022-2023学年高二物理竞赛课件：双极结型三极管及放大电路基础

双极结型三极管及放大电路基础 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 2 页 主要内容 BJT 基本共射极放大电路 放大电路的分析方法 放大电路静态工作点的稳定问题 共集电极放大电路和共基极放大电路 组合放大电路 放大电路的频率响应 重点与总结 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 2 第 3 页 BJT的结构简介 放大状态下BJT的工作原理 BJT的V－I特性曲线 BJT的主要参数 半导体三极管 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 4 页 (a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管 BJT的结构简介 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 5 页 第一部分的3表示为三极管。 第二部分表示器件的材料和结构， A： PNP型锗材料 B： NPN型锗材料 C： PNP型硅材料 D： NPN型硅材料 第三部分表示功能， U：光电管 K：开关管 X：低频小功率管 G：高频小功率管 D：低频大功率管 A：高频大功率管。 3DG6（高频小功率硅管） 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 6 页 半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。 (a) NPN型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图 (c) NPN管的电路符号 (d) PNP管的电路符号 “三区，两结，三极” 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 7 页 集成电路中典型NPN型BJT的截面图 实际上发射区的掺杂浓度大，面积小，作用是发射载流子，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大，作用是收集载流子。基区掺杂浓度最低，且制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米，作用是传输载流子，发射区与集电区的结构不同，不能互换。 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 8 页 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。 外部条件：发射结正偏 集电结反偏 1. 内部载流子的传输过程 发射区：发射载流子 集电区：收集载流子 基区：传送和控制载流子 （以NPN为例） 由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 IC= ICN+ ICBO IE=IB+ IC 放大状态下BJT中载流子的传输过程 放大状态下BJT的工作原理 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 9 页 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，用CB表示； 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； BJT的三种组态 2. 三极管的三种组态 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 10 页 3. 电流分配关系 通常 IC >> ICBO 根据传输过程可知 IC= ICN+ ICBO IE=IB+ IC 放大状态下BJT中载流子的传输过程 即 因此 发射极注入电流 传输到集电极的电流 设  为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般  = 0.90.99 。 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 11 页 根据 IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO 且令 ICEO= (1+  ) ICBO （穿透电流） 又设 当 时 则 若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。  是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般  >> 1 。 三极管是CCCS(电流控制电流源）器件 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 第 12 页 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，然后到达集电极而实现的。 实现这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。 （2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。 武汉大学电气工程学院 模拟电子技术 $