第三章 双极结型三极管及放大电路基础PPT讲稿.ppt

《第三章 双极结型三极管及放大电路基础PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章 双极结型三极管及放大电路基础PPT讲稿.ppt（101页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三章 双极结型三极管及放大电路基础模拟电子线路模拟电子线路第1页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路3.1 双极型晶体管（BJT，bipolar junction transistor）双极型晶体管由两个靠得很近的PN结构成。其中，带正电的空穴和带负电的电子均参与导电。一、晶体管的结构及符号晶体管的结构特点：发射区掺杂浓度高，基区薄且浓度低，集电结面积大，以保证晶体管具有电流放大作用。第2页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路二、晶体管的电流分配与放大作用晶体管内载流子的传输过程n发射区向基区注入载流子n电子在基区扩散和复合n集电结收集电子

2、第3页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路 晶体管直流电流传输方程 晶体管做放大器时，三个端中一个作输入端，一个作输出端，另一个作输入和输出的公用端。根据作公用端的电极的不同，晶体管可分为三种不同的连接方式：共基集、共发射极和共集电极连接。在这三种不同连接关系下的晶体管内部直流电流关系，称为晶体管的直流电流传输方程。第4页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路1、共基极直流电流传输方程(发射极输入，集电极输出)共基极电流放大系数共基极直流电流传输方程若ICICBO，则所以 稍小于1，电流无放大作用第5页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟

3、电子线路模拟电子线路2、共发射极直流电流传输方程基极为输入端，集电极为输出端，发射极为公共端输入电流为IB、输出电流为Ic，Ic IB，有电流放大作用！利用上节晶体管内载流子关系式令则此式称为共发射极直流电流传输方程。第6页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路n其中 ，代表基极开路时的集电极到发射极的直通电流，通常称为穿透电流。n有 表明 等于集电极电流与 基极电流的比值。由于n共发射极电路的直流电流传输方程可表示为第7页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路3、共集电极直流电流传输方程基极为输入端，发射极为输出端，集电极为公共端由于IE=IC

4、+IB 所以 上式即为共集电极直流电流传输方程。通常 ，故共集电极电路的直流电流传输方程与共射电路近似。第8页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路三、晶体管的共射组态特性曲线 晶体管外部各极电流和电压的关系曲线称为晶体管的特性曲线。共发射极晶体管的输入端电流为iB，输入端电压为vBE，输出端电流为iC，输出端电压为vCE。第9页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路1、输入特性曲线以集电极电压vCE为参变量，输入回路中基极电压vBE与基极电流iB的关系曲线称为输入特性曲线，即 iB=f(vBE)|vCE(1)vCE=0时,iB-vBE曲线和普通

5、 二极管的特性相似。(2)vCE1V时的IB-VBE曲线与 vCE=0时的曲线相比,特性右移,且不同vCE的曲线基本重合。第10页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路2、输出特性曲线 输出特性是指以输入基极电流iB为参变量,输出集电极电流iC和集电极与发射极之间输出电压vCE的关系,即 iC=f(vCE)|iB 第11页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路1)放大区n发射结正向偏置，集电结反向偏置niB等变量变化时输出iC基本是平行等距的。n受基区调制效应影响，随vCE加大，曲线斜率略有加大。基区调制效应：基区宽度受集电极电压调制：vCE，集

6、电结厚度，基区宽度，电子空穴复合，维持相同iC所需iB，相同iB时iC。常数 第12页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路2)饱和区 vCE较小时，集电结吸引电子能力弱，iC不随iB的增加而增加，晶体管失去放大作用。饱和时集电极电压称为饱和压降VCE(sat)。nSi管VCE(sat)0.3V，而发射结的饱和压降VBE(sat)0.8V，故VCB(sat)=VCE(sat)-VBE(sat)-0.5Vn在饱和区，集电结和发射结均处于正向偏置。3)截止区 通常将iB=0以下的区域称为截止区，此时iE=iC=iCEO。严格的说，iE=0，iC50时，AV随IE线性增大 第

7、57页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路C、计算输入电阻和输出电阻n放大器的输入电阻n放大器的输出电阻 若使用完整的h参数等效，不忽略hoe，有第58页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路D、计算源电压放大倍数 根据源电压放大倍数的定义，有 而 第59页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知BJT的=80，Rb=300k ，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k 时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略

8、BJT的饱和压降）解：（1）（2）当Rb=100k 时，静态工作点为Q（40 A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：BJT工作在饱和区。VCE不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），例第60页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路3.4 放大电路静态工作点的稳定一、温度变化对工作点的影响 温度上升时，BJT的反向电流ICBO、ICEO及电流放大系数或都会增大，而发射结正向压降VBE会减小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流ICQ随温度升高而增加（ICQ=IBQ+ICEO），从而使Q点随温度

9、变化。要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流IBQ。第61页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路二、二、射极偏置电路射极偏置电路（1）稳定工作点原理 目标：温度变化时，使IC维持恒定。如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。T IC IE VE、VB不变 VBE IBIC（反馈控制）1、基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路(a)原理电路 (b)直流通路第62页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路b点电位基本不变的条件：I1 IBQ，此时，VBQ与温度无关VBQ VBEQRe取值

10、越大，反馈控制作用越强一般取 I1=(510)IBQ，VBQ=35V 第63页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路（2）放大电路指标分析静态工作点第64页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路电压增益画小信号等效电路第65页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路输出回路：输入回路：电压增益：确定模型参数 已知，求rbe增益第66页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻第67页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路输出电阻

11、输出电阻求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零 负载开路 输出端口加测试电压其中则当时，一般（）第68页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路2、含有双电源的射极偏置电路（1）阻容耦合静态工作点第69页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路（2）直接耦合第70页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路3、含有恒流源的射极偏置电路静态工作点由恒流源提供分析该电路的Q点及、第71页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路3.5 共集电极电路和共基极电路共集电极电路射极输出器集电极为输入和输出信号的公共端第7

12、2页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路一、静态工作点基极回路电压方程又有第73页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路二、电压放大倍数输入回路电压方程为输出回路电压方程为电压放大倍数为n ，射极输出器电压放大倍数小于1但接近1。n输出电压跟随输入电压的变化而变化，又称射极跟随器。nIo=(1+)Ib远大于输入电流Ib，有电流和功率放大作用。第74页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路三、输入电阻和输出电阻输入电阻为Vs短路，输出端加Vt，其中输出电阻为通常第75页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟

13、电子线路通常RE较大，1，有n射极输出器输入电阻较大，比共发射极的高几十到几百倍。n射极输出器输出电阻较小，一般为几十到几百欧。第76页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路四、主要特点和应用射极输出器具有以下特点：n电压放大倍数稍小于1n输出电压与输入电压同相n输入电阻大，输出电阻小射极输出器的应用n多极放大器的输出级，以增强负载能力n多极放大器的中间缓冲级，利用其输入电阻大、输出电阻小的特点，实现阻抗变换，隔离前后级的相互影响。第77页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路共基极电路集电极为输入和输出信号的公共端第78页，共101页，编辑于2

14、022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路一、电压放大倍数输入回路电压方程为输出回路电压方程为电压放大倍数为n输出电压与输入电压同相。第79页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路二、输入电阻和输出电阻输入电阻为考虑RE后，输入电阻Ri为输出电阻为n共基极放大电路输入电阻比共发射极的小得多。n共基极放大电路频率响应特点较好，适用于较高频率场合。第80页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路三种放大器性能小结共发射极共集电极共基极第81页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路三种组态的特点及用途共射极放大电路：电压和电流增益都

15、大于1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。共基极放大电路：只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。第82页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路一、共射共基放大电路共射共基放大电路3.6 组合放大电路第83页，共101页，编辑于

16、2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路其中 所以 因为因此 组合放大电路总的电压增益等于组成它的各级单管放大电路电压增益的乘积。前一级的输出电压是后一级的输入电压，后一级的输入电阻是前一级的负载电阻RL。电压增益第84页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路输入电阻RiRb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 输出电阻Ro Rc2 第85页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路T1、T2构成复合管，可等效为一个NPN管(a)原理图 (b)交流通路二、共集共集放大电路第86页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路1、复合管

17、的主要特性两只NPN型BJT组成的复合管 两只PNP型BJT组成的复合管 rberbe1(11)rbe2 第87页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路PNP与NPN组成的复合管 NPN与PNP组成的复合管 rberbe1第88页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路2、共集 共集放大电路的Av、Ri、Ro 式中 12 rberbe1(11)rbe2 RLRe|RL RiRb|rbe(1)RL 第89页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路3.7 放大电路的频率响应一、放大器频率特性的概念 放大电路中由于有耦合电容、旁路电

18、容、分布电容以及放大管的极间电容等电抗元件的存在，使放大倍数与信号的各频率分量有关，这种关系称为放大器的频率特性，又称频率响应。放大器的频率特性可表示为 表示电压放大倍数的模与频率的关系，称为放大器的幅频特性，表示输出电压与输入电压间的相位差和频率的关系，称为相频特性。第90页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路RC低通电路的频率响应第91页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路 幅频特性的X轴和Y轴都是采用对数坐标,称为上限截止频率。当 时，幅频特性将以十倍频20dB的斜率下降，或写成-20dB/dec。在 处的误差最大，有3dB。当 时，相

19、频特性将滞后45，并具有 -45/dec的斜率。在0.1 和10 处与实际的相频特性有最大的误差，其值分别为+5.7和5.7。这种折线化画出的频率特性曲线称为波特图，是分析放大电路频率响应的重要手段。第92页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路RC高通电路式中 下限截止频率、模和相角为第93页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路单极放大电路的高频响应高频小信号模型 基区体电阻，b是假想的基区内的一个点。、发射结电阻和电容。、集电结电阻和电容。受控电流源第94页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路高频混合型小信号模型电

20、路 这一模型中用 代替 ，这是因为本身就与频率有关，而gm与频率无关。推导如下:用 代替第95页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路gm与频率无关。若IE=1mA，gm=1mA/26mV38mS。gm称为跨导，还可写成第96页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路 在 型小信号模型中，因存在Cbc 和rbc,对求解不便，可通过单向化处理加以变换。首先因rbc很大，可以忽略，只剩下Cbc。可以用输入侧的C和输出侧的C两个电容去分别代替Cbc，但要求变换前后应保证相关电流不变。单向化高频混合型小信号电路第97页，共101页，编辑于2022年，星期二

21、模拟电子线路模拟电子线路输入侧高频混合型小信号电路第98页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路输出侧所以 由于C C ,所以可简化为图中C=Cbe+C。简化高频小信号电路第99页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路几点结论：1.放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因，下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定；2.三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因，上限截止频率由高频时间常数中较大的一个决定；第100页，共101页，编辑于2022年，星期二模拟电子线路模拟电子线路3.由于若电压放大倍数K增加，Cbe也增加，上限截止频率就下降，通频带变窄。增益和带宽是一对矛盾，所以常把增益带宽积作为衡量放大电路性能的一项重要指标。4.CB组态放大电路由于输入电容小，所以CB组态放大电路的上限截止频率比CE组态要高许多。第101页，共101页，编辑于2022年，星期二