4.1半导体三极管

4.1.1BJT的结构简介

结构特点：

+、++、- 表示掺杂浓度的高低

4.1.2放大状态下BJT的工作原理

发射结正偏，发射区向基区注入载流子，基区有了大量与原基区少数载流子相同极性的载流子，从而集电区收集到大量载流子，形成较大的集电极电流。
改变发射结正偏电压，则有不同的i_B 和i_E ，从而导致不同的i_C

发射结正偏电压与发射极电流的关系就是PN结正向特性

2 电流分配关系：


3 三极管的三种组态

集电极不能作输入
基极不能作输出

4 放大作用


A_V 与负载电阻R_L有直接关系

两个电压源的作用：
1、提供三极管的工作条件（发射结正偏集电结反偏）
2、提供能量

4.1.3BJT的V-I特性曲线

1、输入特性曲线


2、输出特性曲线

4.1.4BJT的主要参数

4.2共射极放大电路的工作原理

4.2.1 信号放大的实现

1、发射结正偏，集电结反偏的建立

一般硅管V_BEQ=0.7V ，锗管V_BEQ=0.2V ，β已知。

3、静态工作点对信号放大的影响
1、I_BQ 过大→I_CQ 过大→R_C 上压降过大→V_CEQ 过小
2、R_C 阻值过大→R_C 上压降过大→V_CEQ 过小

若I_BQ 过小，使I_CQ 过小，导致R_C 上压降很小，则V_CEQ 过大

因此，
1、必须为BJT提供合适的静态偏置，使其工作在放大区
2、信号叠加在静态电量上，并通过BJT的控制关系传输到输出，信号也经常称为交流量
3、输出信号的幅值受输出回路电源电压的限制

4.2.2 BJT的静态偏置

1、基极固定偏流电路


2、基极分压式射极偏置电路

3、双电源射极偏置电路

计算Q的方法：
1、电路理论知识
2、i_B 、i_C 关系
3、三极管的恒压降模型或理想模型

4、电流源偏置电路

4.2.3 信号的输入和输出

1、直接耦合

信号在没有阻隔直流通过的路径上传输

注：基极永远是中间电压点

三种组态的判断：
根据信号输入到BJT的电极和信号取出电极来区分
信号由基极输入，集电极输出——共射极放大电路
信号由基极输入，发射极输出——共集电极放大电路
信号由发射极输入，集电极输出——共基极电路

解决：
2、阻容耦合
信号传输路径上有阻隔直流通过的电容

此处电容越大越好

阻容耦合电路特点：
1、信号和负载的接入不影响BJT的静态工作点
2、难以放大频率过低的信号

但是并非直接耦合电路的信号源和电源不能共地，如前面的双电源射极偏置电路就可以。

4.2.4 直流通路和交流通路

直流通路是仅有直流电流流通的路径，交流通路是仅有交流流通的路径

耦合电容：通交流、隔直流
直流电压源：内阻为零（交流短路）
直流电流源：内阻无穷大（交流开路）

如果两个电路的交流通路完全一样（结构完全一样，参数值完全一样），那么这两个电路对信号的放大是完全相同的。

4.3放大电路的分析方法

4.3.1 图解分析法

1、静态工作点的图解分析法

2、动态工作情况的图解分析




通过图解分析法可以得到以下结论：
1、v_i↑ →v_BE↑ →i_B↑→i_C ↑→v_CE↑→ |v_O|↑（v_i正半周时）
2、v_o 与v_i 相位相反
3、可以测量出放大电路的电压放大倍数
4、可以确定最大不失真输出的幅度

BJT的三个工作区：
饱和区特点：i_C 不再随i_B0 的增加而线性增加，即
i_C ≠β·i_B
此时β·i_B ＞i_C
i_C 的最大值为v_CC ➗R_C

v_CE =V_CES 典型值为0.3V

截止区特点：
i_B =0
i_C =I_CEO

3、非线性失真的图解分析
截至区

饱和区

4、图解分析法的适用范围
幅度较大而工作频率不太高的情况

4.3.2 小信号模型分析法

1、BJT的H参数及小信号模型







电阻v_ce /h_oe 与后面的负载比起来很大，因此当作开路处理

注意：
1、βi_b 是受控源，且为电流控制电流源（CCCS）
2、受控源电流方向与i_b的方向是关联的

答：测出来的是直流电阻

需要测的是切线的斜率
2、用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路

3、小信号模型分析法的适用范围
放大电路的输入信号幅度较小，BJT工作在其I-V特性曲线的线性范围（即放大区）内，H参数的值是在静态工作点上求得的，所以，放大电路的动态性能和静态工作点参数的大小及稳定性密切相关。

优点：
分析放大电路动态性能指标非常方便，且适用于频率较高时的分析。
缺点：
不能用于分析静态工作点


当V_CE 的值在中间时，工作在放大区

4.4放大电路静态工作点的稳定问题

4.4.1 温度对静态工作点的影响

1、温度变化对I_CBO的影响
T↑→输出特性曲线上移→集电极电流↑
2、温度变化对输入特性曲线的影响
T↑→输出特性曲线左移→基极电流↑→集电极电流↑

3、温度变化对β的影响
温度每升高1℃，β要增加0.5%~1.0%
T↑→输出特性曲线族间距增大→集电极电流↑

4.4.2 射极偏置电路

1、基极分压式射极偏置电路

提高了放大倍数

通常R_e1 比R_e2 小很多
牺牲了一部分放大倍数，但提高了输入电阻
2、含有双电源的射极偏置电路

3、含有恒流源的射极偏置电路

4.5共集电极放大电路和共基极放大电路

错误：在多级放大电路中，通过大的输入电阻对前一级的电压增益产生影响

答：电流源

4.6组合放大电路

4.6.1 共射—共基放大电路


此电路的电压增益与单极放大的倍数相同，但带宽要宽很多。
4.6.2 共集—共集放大电路



两只不同型号的管子复合后的型号与第一个管子的型号相同

多加一根管子的优点：
1、此处的β为β1和β2的乘积，因此（1+β）R’_L 远大于r_be ，电压增益更加接近1，电压跟随效果更好
2、输入电阻增大了
3、输出电阻变小了

总之，更加接近理想的电压跟随器

4.7放大电路的频率响应

研究放大电路的动态指标（主要是增益）随信号频率变化时的响应
4.7.1 单时间常数RC电路的频率响应

4.7.2 放大电路频率响应概述

直接耦合放大电路——等效为一个RC常数


直接耦合放大电路——等效为两个RC常数


若不满足f_H2 >4f_H1 ，则上限频率点会左移。

一阶RC的相移最大为90°，二阶为180°

若f_H2 =f_H1，斜率不同

阻容耦合：

前一个高通电路为耦合电容、旁路电容的等效
后一个低通电路为PN结电容、分布电容的等效

如何等效？

修改频率响应时，改C不改R，因为改C不会影响静态工作点，也不会影响通频带内的指标。
降低f_L 增大C₁
增大f_H减小C₂ （无法实现，需要换三极管，因为是结电容）
4.7.3 单极共射极放大电路的频率响应
混合Π型高频小信号模型：





结论：β与频率有关，这就是为什么模型中用g_m 不用β的原因
f_T ：β下降到只有一倍时所对应的频率
增益和带宽的乘积是常数

高频小信号等效模型：







低频等效电路：

4.7.4 单极共集电极和共基极放大电路的高频响应
4.7.5 多级放大电路的频率响应
https://www.doc88.com/p-9169490491757.html