ch4-分立元件放大电路ppt课件.ppt
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1、2022-6-5分立元件放大电路南京工业大学信息科学与工程学院电子系南京工业大学信息科学与工程学院电子系第四章2022-6-51、半导体器件、半导体器件2、基本放大电路、基本放大电路3、放大电路中静态工作点的稳定、放大电路中静态工作点的稳定4、共集电极放大电路、共集电极放大电路5、多级放大电路、多级放大电路第四章第四章 分立元件放大电路分立元件放大电路2022-6-5 重点重点 理解半导体二极管、稳压二极管、晶体理解半导体二极管、稳压二极管、晶体三极管三极管 的工作原理和主要参数;理解放的工作原理和主要参数;理解放大电路的基本性能指标;掌握共射极的大电路的基本性能指标;掌握共射极的微变等效电路
2、分析方法微变等效电路分析方法 。 2022-6-5第一节第一节 半导体器件半导体器件 PN PN结结 半导体二极管半导体二极管 晶体三极管晶体三极管 场效应管场效应管2022-6-5一、一、PNPN结结 本征半导体本征半导体 杂质半导体杂质半导体 PNPN结的形成结的形成 PNPN结的单向导电性结的单向导电性2022-6-5半导体半导体: 导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。最常用的半导体为硅和锗。为半导体。最常用的半导体为硅和锗。 1 1、本征半导体、本征半导体半导体导电性能的特点半导体导电性能的特点: 热敏性热敏性: :温度升高导电能力增强;温
3、度升高导电能力增强;光敏性光敏性: :光照增强导电能力增强;光照增强导电能力增强;掺杂后导电能力剧增。掺杂后导电能力剧增。2022-6-5本征半导体本征半导体: 完全纯净、具有晶体结构的半导体。完全纯净、具有晶体结构的半导体。+4+4+4+4共价键中的价电子被束缚很紧共价键中的价电子被束缚很紧2022-6-5本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。 +4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子本征激发本征激发2022-6-52 2、杂质半导体、杂质半导体 本征半导体由于载流子数量极少,因此本征半导体由于载流子数量极少,因此导电能力很低。导电能
4、力很低。 掺入有用杂质的半导体叫杂质半导体。掺入有用杂质的半导体叫杂质半导体。 N N型半导体型半导体 P P型半导体型半导体2022-6-5返回返回2022-6-52022-6-53、PN结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场E少子的漂移运动少子的漂移运动浓度浓度差差P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体空间电荷区空间电荷区空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 2022-6-5 PN结的形成: 当型半导体和型半导体结合在当型半导体和型半导体结合在一起的时侯,由于交界面处存在载流子一起的时侯,由于交界面处存在载流子浓度的差异浓度的差异多子扩散多子扩散产生产生空间电荷空
5、间电荷区区和和内电场内电场内电场阻碍多子扩散,有内电场阻碍多子扩散,有利少子漂移利少子漂移.当扩散运动和漂移运动达到动态平当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时,交界面形成稳定的空间电荷区,衡时,交界面形成稳定的空间电荷区,即结。即结。 2022-6-54、PN结的单向导电性结的单向导电性 PN 结加正向电压(正向偏置,结加正向电压(正向偏置,P 接正、接正、N接接负负 )时,)时, PN 结处于正向导通状态,结处于正向导通状态,PN 结正结正向电阻较小,正向电流较大。向电阻较小,正向电流较大。2022-6-5PN 结加反向电压(反向偏置,结加反向电压(反向偏置,P接接负、负、N接正接正 )时,)
6、时, PN 结处于反向结处于反向截止状态,截止状态,PN 结反向电阻较大,反结反向电阻较大,反向电流很小。向电流很小。2022-6-5二、半导体二极管二、半导体二极管 二极管的结构和类型二极管的结构和类型 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管的主要参数二极管的主要参数 二极管的应用二极管的应用 稳压二极管稳压二极管2022-6-51、二极管的结构和类型、二极管的结构和类型 按结构分二极管有点接触型和面接触型两类。按结构分二极管有点接触型和面接触型两类。2022-6-5D(c)符号)符号2022-6-52、二极管的伏安特性、二极管的伏安特性 二极管的伏安特性是指二极管两端的二极管的伏安特性是
7、指二极管两端的电压和电压和流过管子流过管子的电流之间的关系。二极的电流之间的关系。二极管本质上是一个管本质上是一个PN结,它具有单向导电性,结,它具有单向导电性,分分正向特性正向特性和和反向特性反向特性两部分。两部分。2022-6-52022-6-53、二极管的主要参数、二极管的主要参数(1 1)最大整流电流)最大整流电流 IFM二极管长期使用时所允许通过的最大正向平均电流。二极管长期使用时所允许通过的最大正向平均电流。(2 2)最高)最高(3 3)最大)最大指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大,说明管子的单向导电性差,电流大,说明管子
8、的单向导电性差, 受温度的影响受温度的影响,温度越高反向电流越大。温度越高反向电流越大。 2022-6-54、二极管的应用、二极管的应用 二极管的应用范围很广,主要二极管的应用范围很广,主要都是利用它的单向导电性实现都是利用它的单向导电性实现整流、整流、检波、限幅、箝位、开关、元件保护、检波、限幅、箝位、开关、元件保护、温度补偿等。温度补偿等。2022-6-5定性分析:定性分析:判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则,正向管压降否则,正向管压降硅硅0 0.60.7V锗锗0.20.3V 分析方法:分析方法:将二极管断开,分析二极管两端电位将二极管断开,分析二极管两端电位的高
9、低或所加电压的高低或所加电压UD的正负。的正负。若若 V阳阳 V阴阴或或 UD为正,二极管导通(正向偏置)为正,二极管导通(正向偏置)若若 V阳阳 8V 二极管导通,可看作短路二极管导通,可看作短路 uo = 8V ui UD1 VD2 优先导通,优先导通, VD1截止。截止。若忽略管压降,二极管可看作短路,若忽略管压降,二极管可看作短路,UAB = 0 VVD6V12V3k BAVD2例例2 22022-6-52022-6-5返回返回5、稳压二极管、稳压二极管2022-6-5ZZIUZr Zr2022-6-5三、晶体三极管三、晶体三极管 三极管的结构与类型三极管的结构与类型 三极管的放大原理
10、三极管的放大原理 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 三极管的主要参数三极管的主要参数2022-6-5结构与类型结构与类型后一页后一页前一页前一页返回返回2022-6-5返回返回2022-6-52 2、电流分配关系和放大原理、电流分配关系和放大原理BECNNPEBRBECRC三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏从电位的角度看:从电位的角度看: NPN 发射结正偏发射结正偏 VBVE 集电结反偏集电结反偏 VCVB2022-6-5三极管的连接方式三极管的连接方式: :方式信号输入端输出端共同端共基极发射极集电极基极共发射极基极集电极发射极共集电极基极
11、发射极集电极2022-6-52022-6-5IB(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC(mA)0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE(mA)0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05通过实验及测量结果,得通过实验及测量结果,得BCEIIIIC(或或IE)比比IB大得多,大得多,(如如表中第三、四列数据表中第三、四列数据)5.3704.050.1BCII3.3806.030.2IIBC2022-6-54004. 006. 050. 130. 2BCII晶体管的电流放大作用:晶体管的电流放大作用:IB的微小变化可以的微小变化可
12、以引起引起IC的较大变化的较大变化(第三列与第四列的电流增第三列与第四列的电流增量比量比)。 实质实质:用一个微小电流的变化去控制一个用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化,是较大电流的变化,是电流控制电流的放大电流控制电流的放大器件。器件。电流放大倍数电流放大倍数2022-6-5小结:小结:在晶体管中,不仅在晶体管中,不仅I IC C比比I IB B大很多;当大很多;当I IB B有微小变化时还会引起有微小变化时还会引起I IC C的较大变的较大变化化晶体管放大的外部条件发射结必晶体管放大的外部条件发射结必须正向偏置,集电结必须反向偏置须正向偏置,集电结必须反向偏置晶体管是晶体管是电流
13、控制电流的放大电流控制电流的放大器件器件2022-6-53 3、 特性曲线特性曲线 三极管的伏安特性反映了三极管电极之间三极管的伏安特性反映了三极管电极之间电压和电流的关系。要正确使用三极管必须了电压和电流的关系。要正确使用三极管必须了解其伏安特性。解其伏安特性。后一页后一页前一页前一页返回返回输入特性输入特性输出特性输出特性2022-6-5 实验线路实验线路输入回路输入回路输出回路输出回路EBICmA AVUCEUBERBIBECV共发射极电路共发射极电路 2022-6-5(1 1) 输入特性输入特性IB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V常数常数 CEUBEBUfI
14、)(特点特点:非线性非线性死区电压:死区电压:硅管硅管0.50.5V,锗管锗管0.20.2V。工作压降:工作压降: 硅硅U UBE BE 0.6 0.60.7V0.7V锗锗U UBE BE 0.2 0.20.30.3V2022-6-5(2 2) 输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A当当U UCE CE 大于一大于一定的数值时,定的数值时,I IC C只与只与I IB B有关,有关,即即I IC C= = I IB B。常数常数 BICECUfI)(此区域满足此区域满足IC= IB 称为称为线性区(线性区(放放大区大区),
15、具),具有恒流特性。有恒流特性。2022-6-5IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A UCE UBE, ,集电结正集电结正偏,偏, IB IC,称为称为饱和饱和区区。 此区此区域中域中IC受受UCE的影响的影响较大较大返回返回2022-6-5IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A 此区域中此区域中: : IB= 0,UBE 死死区电压,称为区电压,称为截截止区止区。 为可靠截止,为可靠截止,常取发射结零偏常取发射结零偏压或反偏压。压或反偏压。2022-6-5 输出特性可划分为三个区
16、,分别代表晶体输出特性可划分为三个区,分别代表晶体管的三种工作状态。管的三种工作状态。1 1)放大区放大区( (线性区,具有恒流特性线性区,具有恒流特性) )放大状态放大状态 I IC C = = I IB B ,发射结正偏、集电结反偏。,发射结正偏、集电结反偏。2 2)截止区(晶体管处于截止状态)开关断开)截止区(晶体管处于截止状态)开关断开 I IB B=0=0,I IC C 0 0,U UBEBE 死区电压死区电压 发射结反偏或零偏、集电结反偏。发射结反偏或零偏、集电结反偏。3 3)饱和区饱和区( (管子处于饱和导通状态管子处于饱和导通状态) )开关闭合开关闭合 IB IC, UCE U
17、BE, , 发射结正偏,发射结正偏,集电结正偏。集电结正偏。2022-6-52022-6-54 4、主要参数、主要参数 电流放大系数电流放大系数, 集集- -基极反向截止电流基极反向截止电流 I ICBOCBO 集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流 I ICEOCEO 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM 集集- -射极反向击穿电压射极反向击穿电压 U U(BR)EOC(BR)EOC 集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率P PCMCM2022-6-5直流电流放大系数:直流电流放大系数:BC_II 电流放大系数电流放大系数 和和_ 工作于动态的三极管,真正的信号是叠
18、工作于动态的三极管,真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为为 I IB B,相应的集电极电流变化为,相应的集电极电流变化为 I IC C 。BIIC 交流电流放大系数:交流电流放大系数:一般小功率三极管一般小功率三极管20020 _ 大功率三极管大功率三极管10010 2022-6-52022-6-5 放大电路的功能:将微弱的电信号加以放大,在输出端输出一个与输入信号波形相同而幅值增大的信号。 放大电路的性能指标:电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、非线性失真等。第二节第二节 基本放大电路基本放大电路2022-6-5参考点参考点一、放
19、大电路的组成及工作原理一、放大电路的组成及工作原理2022-6-5后一页后一页前一页前一页返回返回2022-6-52022-6-5RB+UCC2022-6-53. 工作原理工作原理2022-6-5uBEtuitiBtiCtuCEtuotUBEIBICUCE?无输入信号时无输入信号时动态动态:加有输入信号时加有输入信号时 uCE= VCC iC RC 2022-6-51)静态时,三极管各电极都是恒定的电压和电)静态时,三极管各电极都是恒定的电压和电流流: :IB、UBE和和 IC、UCE 。 ( (IB、UBE) ) 和和( ( IC、UCE ) )分别对应于输入、分别对应于输入、输出特性曲线上
20、的一个点称为输出特性曲线上的一个点称为静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEICUCEQUCEIC后一页后一页前一页前一页返回返回2022-6-52)动态时,各电极电流和电压的大小均发生了)动态时,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。变化,都在直流量的基础上叠加了一个交流量。iCtiCtIC+iCtic集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量静态分析静态分析动态分析动态分析2022-6-53)若参数选取得当,输出电压可比输入电压大,)若参数选取得当,输出电压可比输入电压大, 即电路具有电压放大作用。即电路具有电压放大作用。4)输出电压与输
21、入电压在相位上相差)输出电压与输入电压在相位上相差180,即即 共发射极电路具有反相作用。共发射极电路具有反相作用。uituot2022-6-5二、放大电路的分析二、放大电路的分析 静态分析(确定静态工作点): 估算法、图解法 动态分析(计算放大电路的性能指标): 微变等效电路法、图解法2022-6-51、静态分析(1)估算法求 步骤: 1)画出直流通路 2)根据直流通路估算)根据直流通路估算 IB 3)估算)估算IC 4)根据直流通路)根据直流通路估算估算UCE2022-6-5C看作开路看作开路开路开路直流通路直流通路开路开路VT+RB+UCCRC后一页后一页前一页前一页+UCCRCC1C2
22、+RBuoRL +-+-1)画出直流通路)画出直流通路直流通路:无信号时直流电流的通路直流通路:无信号时直流电流的通路2022-6-52 2)根据直流通路估算)根据直流通路估算 IBRBRCIBBBECCBRUUIKVL 由由BCCRU7 . 0 BCCRU RB称为称为 偏置电阻偏置电阻,IB 称为称为 偏置电流偏置电流。2022-6-5RBRC+UCC4 4)根据直流通道估算)根据直流通道估算UCEIC根据电流放大作用根据电流放大作用后一页后一页前一页前一页BC IIB ICCCCCE :KVLRIUU 由由返回返回3)估算)估算 IC2022-6-5RBRCIB+UCCIC例例1:用估算
23、法计算静态工作点。:用估算法计算静态工作点。已知:已知:UCC=12V,RC=4K ,RB=300K , =37.5。解:解:请注意电路中请注意电路中IB和和 IC的数量级的数量级A4030012RUIBCCB mA5 . 104. 05 .37BCIIV645 . 112 CCCCCERIUU2022-6-5ICRB+UCCREIB例例2:用估算法计算图示电路的静态工作点。:用估算法计算图示电路的静态工作点。后一页后一页前一页前一页ECCCRIUUCE EBBECCB) 1(RRUUI BCIIEBBEBBEEBEBBCC) 1 ( RIURIRIURIU 2022-6-5(2 2) 图解法
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