《极管及放大电路》PPT课件.ppt
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1、2 2 晶体三极管及放大电路基础晶体三极管及放大电路基础 晶体三极管 2.2 放大电路的基本组成和主要性能指标放大电路的基本组成和主要性能指标 放大电路的分析法放大电路的分析法 晶体管偏置电路晶体管偏置电路 放大电路三种组态放大电路三种组态 2.6 多级放大电器多级放大电器(理解理解)4.7 放大器的频率响应放大器的频率响应(了解了解)三极管及放大电路三极管及放大电路2.1 晶体三极管晶体三极管一、一、基本结构基本结构NNPNPN型型PNP集电极集电极集电极集电极基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极BBCCEEPNP型型基区:较薄,基区:较薄,掺杂浓度低掺杂浓度低集电区:集电区:面积较大面
2、积较大发射区:发射区:掺杂浓度较高掺杂浓度较高BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结BECNNPBECPPNEBCBEC*三极管的符号三极管的符号NPN型三极管型三极管PNP型三极管型三极管二、二、IE,IB,IC 电流形成电流形成BECNNPEBRBECIE进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合,形成空穴复合,形成电流电流IB ,多数扩,多数扩散到集电结。散到集电结。发射结正偏,发射结正偏,发射区电子发射区电子不断向基区不断向基区扩散,形成扩散,形成发射极电流发射极电流IE。I IB BBECNNPEBRBECIE集电结反偏,有集电结反偏
3、,有少子形成的反向少子形成的反向电流电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEICE从基区扩从基区扩散到集电散到集电区的电子,区的电子,被收集,被收集,形成形成ICE。内部载流子的传输过程:内部载流子的传输过程:(1)E区向区向B区注入电子区注入电子,形成形成I IE E(2)电子在)电子在B区复合,形成区复合,形成I IB B (3)C区收集电子,形成区收集电子,形成I IC CI IB B三、三、V-I V-I特性曲线及结论特性曲线及结论iCmA AVVuCEuBERBiBECEB 实验线路实验线路三、三、V-I V-I特性曲线及结论特性曲线及结论iCmA AVVuCEuBERB
4、iBECEB 实验线路实验线路(一一)、输入特性输入特性:uCE 1ViB(A)uBE(V)204060800.40.8发射结发射结压降:压降:硅管硅管UBE 0.60.8V,锗锗管管UBE。uCE=0VuCE=0.5V 死区电压死区电压:硅硅管约,锗管约。管约,锗管约。(二二)、输出特性输出特性:iC(mA )1234uCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 AuBuE和和uCuB,iC只与只与iB有关且有关且iC=iB,称为放大称为放大区区uCE 0.3V,uBuE和和uBuC,称称为饱和区。为饱和区。iB=0,iC=iCEO,uB uE和和uBiC,uCE(3
5、)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,iB=0,iC=iCEO 0 1、三极管工作在三个区域的条件及特点、三极管工作在三个区域的条件及特点:C C、E E间相当于短路间相当于短路C C、E E间相当于开路间相当于开路2、电流的放大作用及分配、电流的放大作用及分配电流分配关系IB=020 A40 A60 A80 AiC(mA)1234uCE(V)36912思考:思考:处于放大区时,处于放大区时,NPN型、型、PNP型两种三极管的各型两种三极管的各 电极电位如何?电极电位如何?EBCBECN NN NP PP PP PN NUB、UC、UE大于零大于零UB、UC、UE小于
6、零小于零且且UC UBUE且且-UC-UB-UE总的来说总的来说:处于放大区时,处于放大区时,NPN型、型、PNP型两种三极管,型两种三极管,满足满足四、主要参数四、主要参数前面的电路中,三极管的发射极是输入输出的前面的电路中,三极管的发射极是输入输出的公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数:工作于动态的三极管,真正的信号是叠加在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。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB,相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC,
7、则则交流电流交流电流放大倍数放大倍数为:为:1.电流放大倍数电流放大倍数 和和 四、主要参数四、主要参数前面的电路中,三极管的发射极是输入输出的前面的电路中,三极管的发射极是输入输出的公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数:工作于动态的三极管,真正的信号是叠加在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。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB,相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC,则则交流电流交流电流放大倍数放大倍数为:为:1.电流放大倍数电流放大倍
8、数 和和 2.集集-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流,受温流,受温度的变化度的变化影响。影响。BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区,形成区,形成IBE。根据放大关系,根据放大关系,由于由于IBE的存的存在,必有电流在,必有电流 IBE。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3.集集-射极反向饱和电流射极反向饱和电流ICEOICEO受温度影响很受温度影响很大,当温度上升大,当温度上升时,时,ICEO增加很快增加很快,所以,所以IC也相应也相应增加。增加。三
9、极管的三极管的温度特性较差温度特性较差。4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降,值的下降,当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CEO当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值时,超过一定的数值时,三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压。基极开路时的击穿电压。6.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过
10、三极管,流过三极管,所发出的焦耳所发出的焦耳 热为:热为:PC=ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升,所以上升,所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区五、温度对五、温度对参数及特性参数及特性的影响的影响T 、ICEO、ICBOICiCuCE温度上升时,温度上升时,输出特性曲输出特性曲线上移线上移六、常见三极管实物外形六、常见三极管实物外形三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共发射极放大电路共发射极放大电路共基极放大电路共基极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路以共发射以共发射极放大电极放大电路为例讲路为
11、例讲解工作原解工作原理理一、放大电路的分类一、放大电路的分类 2.2 放大电路的基本组成和主放大电路的基本组成和主要性能指标要性能指标二、二、共发射极放大电路的基本组成共发射极放大电路的基本组成iCiBRsuSC1uBEECRCTRBEBC2RB+ECuotuStuitiCtu0t未加电容未加电容加电容加电容uiu0三、三、符号规定符号规定IB:大写字母、大写下标,表示直流量。大写字母、大写下标,表示直流量。iB :小写字母、大写下标,表示交直流小写字母、大写下标,表示交直流量量(全量全量)。ib :小写字母、小写下标,表示交流分量。小写字母、小写下标,表示交流分量。iB全量全量i ib交流分
12、量交流分量tIB直流分量直流分量 四、四、放大的概念、放大器的组成框图放大的概念、放大器的组成框图、放大就是将微弱的、放大就是将微弱的变化信号变化信号放大成较大的放大成较大的信号,包括对电压、电流的放大。信号,包括对电压、电流的放大。、放大器的一般组成框图:、放大器的一般组成框图:电压放大电压放大功率放大功率放大负载负载输输入入信信号号放大器放大器五、五、放大电路的性能指标放大电路的性能指标、静态性能指标:、静态性能指标:静态值:静态值:I、IC、UCE静态值决定了三极管的直流偏置,从而决定了放大静态值决定了三极管的直流偏置,从而决定了放大电路能否正常工作,也决定了放大电路能否不失真电路能否正
13、常工作,也决定了放大电路能否不失真地放大信号。地放大信号。放大电路的性能指标主要包括静态性能指标和放大电路的性能指标主要包括静态性能指标和动态性能指标动态性能指标RB+CRCC1C2TRsuSRLu02、动态性能指标:、动态性能指标:(1)、输入电阻、输入电阻i输入电阻输入电阻是衡量放是衡量放大电路从其前级信大电路从其前级信号源获取信号大小号源获取信号大小的参数。输入电阻的参数。输入电阻越大,从其前级取越大,从其前级取得的信号越大。得的信号越大。RSUsRi.uiiiRou0RLuoi0RB+ECRCC1C2TRsuSRLu00i放大电路放大电路放大电路放大电路定义为:定义为:输入电阻的意义:
14、输入电阻的意义:()、输出电阻、输出电阻Ro放大电路的输出对其放大电路的输出对其负载负载而言,相当于信而言,相当于信号源,其内阻就是输号源,其内阻就是输出电阻。出电阻。输出电阻输出电阻是衡量放大电路是衡量放大电路带动负载能力大小的参数。带动负载能力大小的参数。输出电阻越小,带动负载输出电阻越小,带动负载的能力越大。的能力越大。RB+ECRCC1C2TRsuSRLu0R0Ri放大电路放大电路RSusRiuiiiRou0RLuoi0放大电路放大电路定义为:定义为:输入电阻的意义:输入电阻的意义:a、电压放大倍数、电压放大倍数Au、AusRSusRiuiiiRoAuuiRLuoi0放大放大电路电路i
15、iuSuiRLuoi0RS(3)、放大倍数)、放大倍数放大倍数放大倍数b、电流放大倍数、电流放大倍数AiRSisRiuiiiRoAuuiRLuoi0(4)、通频带、通频带fAvAvm0.7Avmfl下限截下限截止频率止频率fh上限截上限截止频率止频率通频带:通频带:fbw=fhfl放大倍数放大倍数随频率变随频率变化曲线化曲线放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效法微变等效法图解法图解法计算机仿真计算机仿真 2.3 放大电路分析方法放大电路分析方法一、静态分析一、静态分析放大电路中各点的电压或电流都是在直流上放大电路中各点的电压或电流都是在直流上
16、附加了小的交流信号。附加了小的交流信号。在令交流信号在令交流信号us=0,只考虑直流信号单独作用时只考虑直流信号单独作用时放大电路的工作状态称为静态。放大电路的工作状态称为静态。静态分析静态分析着重计算静态值(着重计算静态值(IQ Q、ICQ Q、UCEQ Q)和画出静态工作点和画出静态工作点Q Q。估算法:估算法:图解法:图解法:主要用于计算静态值(主要用于计算静态值(IQ Q、ICQ Q、UCEQ Q)主要用于画出静态工作点主要用于画出静态工作点Q Q并找出最佳并找出最佳Q Q。步骤:原电路步骤:原电路直流通道直流通道RB+ECRC(一一)、静态、静态(估算法估算法)分析的步骤分析的步骤直
17、流通道直流通道计算计算IQ Q、ICQ Q、UCEQ Q开路开路开路开路RB+ECRCC1C2TRsuS原电路原电路令令uS=0根据直流通道估算根据直流通道估算IBQ Q、ICQ Q、UCEQ Q、IBQ QUBEQ Q(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)估算法估算法ICQUCEQ Q直流负直流负载线的载线的方程方程+ECRBRCICUCEEC直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q点点IB(二二)、静态、静态(图解法图解法)分析的步骤及应用分析的步骤及应用1、步骤:、步骤:画出画出三极管三极管的输出特性的输出特性画出直流负载线画出直流负载线(U
18、CE=ECICRC)计算计算I直流负载线与直流负载线与i iB B=I=IB B的输出特性的输出特性的交点就是的交点就是Q Q点点Q QiB iC、uCE变化,使工作点将移动变化,使工作点将移动iBuBEvItiBtIBQiCtICQQ QiCuCEQ Q2 2Q Q1 1UCEQtiBiCuOiBRsuSC1uBERCTui iC2RB+EC(1)、分析)、分析uS造成工作点造成工作点在在Q点上下移动的原因点上下移动的原因uS的变化,使的变化,使ui、uBE有一有一微小的变化微小的变化,从而造成从而造成iB、2 2、图解法的应用、图解法的应用(2)、运用图解法选择最佳的静态工作点)、运用图解
19、法选择最佳的静态工作点可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号iCuCEuouBEQiBtuiiBtvitECa、Q点在直流负载线的中点:点在直流负载线的中点:可输出的最大不失真信号可输出的最大不失真信号u0=uCEb、Q点过低:点过低:放大电路放大电路产生截止产生截止失真失真iCuCEvouBEiBtuiiBtuiQt放大电路产生截止失真放大电路产生截止失真u0=uCEc、Q点过高:点过高:放大电路放大电路产生饱和产生饱和失真失真iCuCEuouBEiBtuitiBtuiQt放大电路产生饱和失真放大电路产生饱和失真u0=uCE思考:思考:电源电压电源电压VCC,电阻,电阻RB,RC,温度
20、的变化,温度的变化对静态工作点的影响如何?对静态工作点的影响如何?iCuCEECIBQ QQ Q1 1I1BE1C以以EC降低为例降低为例 以以RB降低为例降低为例 Q Q3 3IBI2BQ Q2 2以以RC增大为例增大为例 Q Q4 4以温度上升为例以温度上升为例 例:例:已知:已知:EC=12V,RC=4k,RB=300k,。用估算法用估算法计算静态工作点计算静态工作点解:解:RB+ECRCC1C2TRsuSIBQUBEQ+ECRBRCICQUCEQ二、动态分析二、动态分析放大电路中各点的电压或电流都是在直流上放大电路中各点的电压或电流都是在直流上附加了小的交流信号。附加了小的交流信号。在
21、令直流信号在令直流信号EC=0,只考虑交流信号单独作用时只考虑交流信号单独作用时放大电路的工作状态称为动态。放大电路的工作状态称为动态。微变等效法:微变等效法:图解法:图解法:用于计算动态值用于计算动态值略略动态分析动态分析着重计算动态值(着重计算动态值(Au、Aus、Ri、R0)分析分析方法方法(一一)、三极管的微变等效电路、三极管的微变等效电路1、输入回路的等效输入回路的等效(b、e间的等效)间的等效)从输入特性可知,当从输入特性可知,当工作点围绕工作点围绕Q点作小点作小幅波动时,可将幅波动时,可将Q1、Q2曲线近似为线段。曲线近似为线段。rbe(hie)的量级从几百欧到几千欧。的量级从几
22、百欧到几千欧。cubeibuceicbeiBuBE uBE iBQQ2Q1三极管的三极管的b、e间间可等效为电阻可等效为电阻rbe(或或hie)等等效效h hieieibbe(rbe)iCuCE从输出特性可从输出特性可知,三极管处知,三极管处于放大区时,于放大区时,i iC C与与uce无关无关2、输出回路的等效输出回路的等效(c、e间的等效)间的等效)三极管的微变三极管的微变等效电路等效电路cubeibuceicbe三极管的三极管的c、e间间可等效为一个受可等效为一个受ib 控制的电流源控制的电流源ce简易等效简易等效完全等效完全等效c hoeerce(hoe)很很大大可认为可认为开路开路(
23、rce)hfeib(ib)(ib)hfeib三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路等等效效cubeibuceicbehoe(rce)很大,很大,可认为开路可认为开路ibiccehfeib(ib)ichie(rbe)ibb简易等效简易等效c hoee(rce)(ib)hfeibhie(rbe)b完全等效完全等效(二二)、动态分析的步骤、动态分析的步骤步骤:原电路步骤:原电路交流通道交流通道短路短路短路短路置零置零RsuSRB+ECRCC1C2TRLu0uiRBTRsuSuiRLu0RBC1RCC2RC原电路原电路交流通路交流通路方法方法:将交流通道中的三极管用微变等效电路代替将交流通道中的三极
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