最新半导体三极管及放大电路基础1ppt课件.ppt
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1、学习目标学习目标: 1 1、掌握、掌握BJTBJT的电流分配关系、放大条件及放大工作原理;的电流分配关系、放大条件及放大工作原理; 2 2、掌握静态、动态、直流通路、交流通路、频率特性及温、掌握静态、动态、直流通路、交流通路、频率特性及温度漂移等基本概念;度漂移等基本概念; 3 3、掌握结合具体电路进行合理近似的估算法;、掌握结合具体电路进行合理近似的估算法; 4 4、学会用图解法分析放大电路的静态、动态工作情况;、学会用图解法分析放大电路的静态、动态工作情况; 5 5、熟练掌握运用小信号模型等效电路法计算放大电路的动熟练掌握运用小信号模型等效电路法计算放大电路的动态性能指标;态性能指标; 6
2、 6、熟练掌握共射(包括工作点稳定电路)、共集和共基放、熟练掌握共射(包括工作点稳定电路)、共集和共基放大电路的工作原理及特点;大电路的工作原理及特点; 7 7、掌握放大电路频率特性的相关概念;、掌握放大电路频率特性的相关概念;8 8、会画出近似波特图;、会画出近似波特图;9 9、定性了解多级放大电路频带宽度与单级的关系、定性了解多级放大电路频带宽度与单级的关系 。1010、多级放大电路的分析、多级放大电路的分析 RLecb1k共基极放大电路共基极放大电路4. 放大作用放大作用若若 vI = 20mV使使当则则电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOV vvAVEEVCCVEBIB
3、IEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iB iE = -1 mA, iC = iE = -0.98 mA, vO = - iC RL = 0.98 V, = 0.98 时,时,+-bceRL1k共射极放大电路共射极放大电路共射极放大电路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB vI = 20mV 设设若若则则电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOVvvA iB = 20 uA vO = - iC RL = -0.98 V, = 0.98mA98. 01BBCiii使使4. 放大作用放大作用 综上所述,三极管的放大作用,主要是依综上所述,三极
4、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。BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理vCE = 0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) (2) 当当v vCEC
5、E1V1V时,时, v vCBCB= = v vCECE - - v vBEBE00,集电结已进入反偏状,集电结已进入反偏状态,开始收集电子,基区复合减少,同样的态,开始收集电子,基区复合减少,同样的v vBEBE下下I IB B减小,减小,特性曲线右移。特性曲线右移。vCE = 0VvCE 1V(1) (1) 当当v vCECE=0V=0V时,相当于发射结的正向伏安特性曲线。时,相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线输入特性曲线3.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线死区死区 非线性区非线性区 线性区线性区饱和区:饱和区:i iC C明显受明显受v vCECE控控制的区域,该区域内
6、,制的区域,该区域内,一般一般v vCECE0.7V(0.7V(硅管硅管) )。此时,此时,发射结正偏,集发射结正偏,集电结正偏或反偏电压很电结正偏或反偏电压很小小。iC=f(vCE) iB=const2. 2. 输出特性曲线输出特性曲线3.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线截止区:截止区:i iC C接近零的接近零的区域,相当区域,相当i iB B=0=0的曲的曲线的下方。此时,线的下方。此时, v vBEBE小于死区电压小于死区电压。放大区:放大区:i iC C平行于平行于v vCECE轴的轴的区域,曲线基本平行等距。区域,曲线基本平行等距。此时,此时,发射结正偏,集电发射结正偏,集电结反
7、偏结反偏。共射输出特性共射输出特性 动画五动画五+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE判断三极管工作状态的依据:判断三极管工作状态的依据:饱和区饱和区: :发射结正偏,集电结正偏发射结正偏,集电结正偏截止区:截止区:发射结反偏,集电结反偏发射结反偏,集电结反偏或:或:Ube 0.5V(Si)|Ube | 0.2V(Ge)放大区放大区: : 发射结正偏,集电结反偏发射结正偏,集电结反偏3.1.4 BJT的主要参数的主要参数( (1)1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数1. 电流放大系数电流放大系数 (2) 共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 =
8、 IC/ IB vCE=const(3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 IC/IE ( (4)4)共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = IC/ IE VCB=const (2) 集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=(1+ )ICBO 2. 极间反向电流极间反向电流ICEO(1) 集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开发射极开路时,集电结的反向饱和电流。路时,集电结的反向饱和电流。 3.1.4 BJT的主要参数的主要参数 即输出特性曲即输出特性曲线线IB=0那条曲线所那条曲线所对应的对应的Y坐标的数值
9、。坐标的数值。 ICEO也称为集电极也称为集电极发射极间穿透电流。发射极间穿透电流。+bce-uAIe=0VCCICBO+bce-VCCICEOuA(1)(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流I ICMCM(2)(2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗P PCMCM PCM= ICVCE 3. 极限参数极限参数3.1.4 BJT的主要参数的主要参数 当集电极电流增加时,当集电极电流增加时, 就要下就要下降,当降,当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值的值的2/32/3时所对应的最大集电极电流。时所对应的最大集电极电流。 I IC CI ICMCM时,并不表示三极管会损坏。只
10、是管子的时,并不表示三极管会损坏。只是管子的放大倍数降低。放大倍数降低。( (3) 3) 反向击穿电压反向击穿电压V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。确定过损耗区、过电流区和击穿区。 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区输出特性曲线上的过损耗区和击穿区 基本放大电路组成基本放大电路组成 简单工作原理简单工作原理 放大电路的静态和动态放大电路的静态和动态 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 放大的概念放大的概念3.2 共射极放大电路共射极放大电路 基本放大电路基本放大电路
11、一般是指由一个三极管组成一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路。的三种基本组态放大电路。 1.1.放大电路主要用于放大电路主要用于放大微弱信号放大微弱信号,输出电压或电流在幅度上得到了放大,输输出电压或电流在幅度上得到了放大,输出信号的能量得到了加强。出信号的能量得到了加强。 2.2.输出信号的能量实际上是由直流电源输出信号的能量实际上是由直流电源提供的,只是经过三极管的控制,使之提供的,只是经过三极管的控制,使之转转换成信号能量换成信号能量,提供给负载。,提供给负载。1、放大的概念、放大的概念三三 极极 管管T负载电阻负载电阻RC 、RL偏置电路偏置电路VBB 、Rb耦合电容耦合电容
12、Cb1 、Cb2电源电源VBB 、VCC起放大作用起放大作用将变化的集电极电流转换为电压输出使三极管工作在线性区使三极管工作在线性区给输出信号提供能量给输出信号提供能量起隔直作用起隔直作用对交流起耦合的作用对交流起耦合的作用组成原则:组成原则:1 1、发射结正偏,集电结反偏、发射结正偏,集电结反偏2 2、输入信号能加到三极管上、输入信号能加到三极管上3 3、输出信号能有效地传送到负载、输出信号能有效地传送到负载4 4、不失真地放大信号、不失真地放大信号2、基本、基本放大电路的组成放大电路的组成发射结正偏,极电结反偏发射结正偏,极电结反偏Vi=0Vi=Vsin t3.2 共共射极放射极放大电路大
13、电路3 3、简单工作原理简单工作原理工作点合适工作点合适工作点偏低工作点偏低 静态:静态:输入信号为零时,放大电输入信号为零时,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。 动态:动态:输入信号不为零时,放大电输入信号不为零时,放大电路的工作状态,也称路的工作状态,也称交流工作状态交流工作状态。 电路处于静态时电路处于静态时, ,三极管各电极三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为的电压、电流在特性曲线上确定为一点一点, ,称为称为静态工作点静态工作点, ,常称为常称为Q Q点点. .常用常用IB、 IC和和VCE ( (或或IBQ、ICQ和和VCEQ) )表示。表示
14、。# # 放大电路为什么要建立合适放大电路为什么要建立合适的静态工作点?的静态工作点?4. 放大电路的静态和动态放大电路的静态和动态 共射极放大电路共射极放大电路5. 5. 简化电路形式简化电路形式放大电路的分析放大电路的分析指标指标:增益增益(放大倍数放大倍数)、输入阻抗、输出输入阻抗、输出阻抗、非线性失阻抗、非线性失真、频率响应等。真、频率响应等。交流通路交流通路 直流通路直流通路直流电源:内阻为零直流电源:内阻为零,电压变化电压变化量为量为0耦合电容:通交流、隔直流耦合电容:通交流、隔直流直流电源和耦合电容对交流相当于短直流电源和耦合电容对交流相当于短路路 共射极放大电路共射极放大电路6
15、. 直流通路和交流通路直流通路和交流通路3.3 图解分析法图解分析法 用近似估算法求静态工作点用近似估算法求静态工作点 用图解分析法确定静态工作点用图解分析法确定静态工作点 交流通路及交流负载线交流通路及交流负载线 输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 BJT的三个工作区与波形失真的三个工作区与波形失真 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形 3.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析 3.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析静态静态v vi i=0=0时,放大电路的工作状态,也称时,放大电路的工作状态,也称直流工作状态直流工作状态。静态分析静态分析确定放大电路的静态值确定
16、放大电路的静态值I IBQBQ、I ICQCQ、V VCEQCEQ, ,即静即静态工作点态工作点Q Q。静态工作点的位置直接影响放。静态工作点的位置直接影响放大电路的质量。大电路的质量。静态分析方法静态分析方法计算法图解分析法 要借助于放大电路的要借助于放大电路的直流通路,直流通路,直流通路直流通路是通过直流的通道。是通过直流的通道。 只要将电路中的耦合电容和旁路只要将电路中的耦合电容和旁路电容开路,即可得到直流通路。电容开路,即可得到直流通路。VoViVCC3.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析VCCIBQICQVBEQVCEQSi管:管:VBEQ=0.6V0.7VGe管管:VBEQ=
17、0.2V0.3VbBEQCCBQRVVI(2)求静态值)求静态值bCCRVBQCQII(1) 首先画出直流通路首先画出直流通路求解顺序是先求求解顺序是先求IBQICQVCEQVCEQ=VCC-ICQRC1.1.计算法求计算法求Q Q3.3.1 静态工作情况分析静态工作情况分析2. 2. 图解法图解法- -求求Q Q放大电路的输入和输出直流负载线放大电路的输入和输出直流负载线三极管的输入和输出特性曲线三极管的输入和输出特性曲线确定静态工作点确定静态工作点(1)由输入特性曲线和输入直流负载线求)由输入特性曲线和输入直流负载线求IBQ、VBEQVCCIBICVBEVCEVBE=VCC-IBRb 直流
18、负载线直流负载线iBVBEVcc/RbVccIBQVBEQQ- 1/Rb作出直流负载线,直流负载线和输入作出直流负载线,直流负载线和输入特性曲线的交点即是静态工作点特性曲线的交点即是静态工作点Q,由,由Q可确定可确定IBQ、VBEQVCE=VCC-ICRc 直流负载线直流负载线(1)由输入特性曲线和输入直流负)由输入特性曲线和输入直流负载线求载线求IBQ、VBEQ(2)由输出特性曲线和输出直流负)由输出特性曲线和输出直流负载线求载线求ICQ、VCEQVCCIBICVBEVCE求两点求两点IC=0 VCE=VCCVCE=0 IC=VCC/Rc作出直流负载线,它和输出特性曲线有作出直流负载线,它和
19、输出特性曲线有多个交点多个交点。只有与。只有与i iB B=I=IBQBQ对应的那条曲线对应的那条曲线的交点才是静态工作点。的交点才是静态工作点。2. 2. 图解法图解法若改变IB,便可改变静态工作点的位置,从而影响放大电路的放大质量。动态动态输入信号输入信号v vi i00时放大电时放大电路的工作状态,也称路的工作状态,也称交交流工作状态。流工作状态。动态分析要借助于交流通路动态动态分析分析确定放大电路的放大倍数确定放大电路的放大倍数A AV V 或或A AI I输入电阻输入电阻r ri i和输出电阻和输出电阻r ro o(1)(1)将放大电路中电容视作短路;将放大电路中电容视作短路;1、交
20、流通路的画法:(2)(2)直流电源内阻很小,对交直流电源内阻很小,对交流信号可视作短路。流信号可视作短路。voviVCCvoviIiIcIb3.3.2 动态工作情况分析动态工作情况分析vivBEVBEtvCEVCEvovoviVCCvoviIiIcIbv vo o与与v vi i的的相相差差为为1801800 02.2.放放大电大电路的路的工作工作过程过程当交流信号加到放大器输入端时当交流信号加到放大器输入端时, ,管子各点的电压和电流将在静管子各点的电压和电流将在静态值基础上叠加一交流分量态值基础上叠加一交流分量, , 电路中的信号既有直流又有交流。电路中的信号既有直流又有交流。由交流通路得
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