2022-2023学年高二物理竞赛课件：晶体三极管及其放大电路

晶体三极管及其放大电路 作为放大电路中的核心部件，晶体管的基本功能是将微弱的电信号不失真地放大到负载所需数值。本章首先介绍晶体管的结构、工作原理、伏安特性曲线、主要参数及其交流小信号等效电路模型，然后介绍放大电路工作原理、电路构成原则、基本分析方法及由晶体管构成的三种基本组态放大电路的分析及性能特点。 。 本章简介 晶体三极管 放大电路的基本分析方法 晶体管放大电路基础 放大电路静态工作点的稳定 晶体三极管及其放大电路 三种基本组态放大电路 2 晶体三极管的结构与符号 晶体管的电流分配与放大作用 1.晶体管内部载流子的传输过程 2.晶体管的电流分配关系及电流放大系数 晶体管的伏-安特性曲线 1.共射输入特性曲线 2.共射输出特性曲线 晶体管的工作状态分析 1.假定放大状态法 2.假定临界饱和状态法 晶体管的主要参数 晶体管的交流小信号等效电路模型 1.小信号线性化条件 2.H参数等效模型的引出 3.H参数的物理意义 4.H参数模型的简化及参数求取 本节内容 晶体三极管 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 晶体管有三个极、三个区、两个PN结，两各类型（NPN，PNP）。 晶体三极管的结构与符号 为什么有孔？ 多子浓度高 多子浓度很低，且很薄 面积大 2.1.1 晶体三极管的结构与符号 三种基本组态： NPN和PNP管的工作原理及内部载流子传输过程相同;二者所需电源电压极性相反，产生电流的方向相反。 无论哪种组态，要使晶体管具有放大作用必须保证发射结正偏，集电结反偏。 PNP NPN { iB b e c iC iE b e c iB iC iE 2.1.2 晶体管的电流分配与放大作用 1.晶体管内部载流子的传输过程 (1) E(B)区多子经Je注入B(E)区 电子电流IEn 空穴电流IEp IE =IEN + IEP≈ IEN E区多子. B区(成非平衡少子) B区多子。 E区(成非平衡少子) (2) 注入B区的(非平衡)少子的扩散与复合 B区非平衡少子 扩散(梯度浓度): 从Je边缘→Jc边缘 (3) C极收集扩散载流子 →C极吸收→ICN=IEN-IBN B区少子 →C区 C区少子 →B区 ICBO Jc(e极开路时)反向饱和电流 大部分 少部分 被 复合→IBN IC =ICN + ICBO IB =IBN + IEP - ICBO 受uBE控制 (4) 电流分配关系 经上分析可得： 2.1.2 晶体管的电流分配与放大作用 (符合KCL)定律 定义： 整理得 穿透电流 定义： 或 电流分配关系： （式中各量为瞬时量或交流量时同样成立） 2.1.3 晶体管的伏-安特性曲线 1. 共射输入特性曲线： 相当于两个PN结并联时的伏安特性; uCE增大，曲线右移。∵uCB增大，对基区的非平衡少子作用力增强，复合机会少，iB减小(若iB 不变，uBE 需增加）。 曲线右移不明显。∵ uCB足够大，C区收集绝大部由发射区注入到基区的载流子，uCB再增大， iB基本不变。 对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。 2. 共射输出特性曲线： 对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。 为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？ β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ? (1)放大区：Je正编,Jc反偏，uBE>Uon且uCE>uBE uCE对iC影响小 (2)截止区：Je截止,Jc反偏，uBE<Uon且uCE>uBE (3)饱和区：Je和Jc正偏，uBE>Uon且uCE<uBE (4)击穿区： Je正编,Jc反偏， 且uCE足够大,iC急剧增大. 2.1.3 晶体管的伏-安特性曲线 2.1.4 晶体管的工作状态分析 状态 NPN管 PNP管 uBE iC uCE uEB iC uEC 放大 ≥ Uon βiB ≥ uBE ≥ Uon βiB ≥ uBE 截止 ＜Uon ICEO VCC ＜Uon ICEO VCC 饱和 ≥ Uon ＜βiB ≤ uBE ≥ Uon ＜βiB ≤ uBE 晶体管的三个工作区域分别对晶体管的三各工作状态，即放大、截止和饱和。 NPN： PNP： 工作在放大状态下： 2.1.4 晶体管的工作状态分析 .假定放大状态法 假定BJT处于放大状态，计算iB和iC=βiB, BJT工作状态分析方法：若UBE<Uon,BJT截止;若UBE≥Uon则BJT可能处于放大或饱和状态,用以下两种方法判断: ,放大状态(假定正确) ,饱和状态(假定不正确) 2.假定饱和状态法 假定BJT处于临界饱和