晶体管及基本放大电路概况.pptx

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1、12.1半导体晶体管半导体晶体管 要求要求:理解晶体管的放大原理掌握晶体管的三个状态特点掌握组成放大电路的外部条件掌握晶体管的电流关系第1页/共86页2一.基本结构与分类1.内部结构符号第2页/共86页31）按材料分2）按结构分3）按频率分4）按功率分高频管低频管硅管锗管NPN型PNP型大功率管小功率管对应型号3A（锗PNP）3B （锗NPN）3C（硅PNP）3D（硅NPN）2.分类第3页/共86页4放大器一般为4端网络，根据公共端的不同，晶体管有三种连接方式IC I E I E IC IB I C I B I C IB （共发射极）（共集电射极）（共基射极）二.晶体管的连接方式第4页/共86

2、页5（一）三个区的特点1)发射区是掺杂质比集电区掺杂多的N型半导体，电子浓度很大；2）基区很薄，为掺杂质很少的P型半导体。3）集电极面积大，保证尽可能收集到发射区发射的电子。（二）载流子运动规律及电流分配关系当一个NPN型的晶体管接成共射极接法的放大电路时：发射结正向偏置集电结反向偏置T 放大作用的内部条件T 放大作用的外部条件三.晶体管的放大作用第5页/共86页6晶体管共射极接法的放大电路图第6页/共86页71.载流子运动规律(a)(a)载流子运动 (b)(b)电流分配第7页/共86页82.电流关系1）据KCL 定律有：2）共射极晶体管的电流放大倍数：晶体管的电流关系体现了电流放大作用，故称

3、晶体管为电流控制型元件。因电流中有两种载流子的运动，所以又称为双极型晶体管。第8页/共86页91.输入特性曲线集一射极电压UCE 为常数时，输入电路(基极电路)中基极电流IB与基射极电压UBE之间的关系曲线，即IB=f(UBE)|U CE=常数四.特性曲线3DG6的输入特性第9页/共86页102.输出特性曲线当基极电流IB为常数时，输出电路(集电极电路)中集电极电流IC与集一射极电压UCE 之间的关系曲线，即IC=f(UCE)|I B=常数1）三个基本区(1)放大区(UCEUBE（0.7或0.3）);(2)截止区(IB0，UBE0,UCE0);(3)饱和区（UCEUBE)。第10页/共86页1

4、13DG6的输入特性3DG6的输出特性3.晶体管特性曲线第11页/共86页12a)静态电阻b)动态电阻 rceRCE4.晶体管输出回路电阻第12页/共86页131电流放大系数 1）共射极直流电流放大系数 在静态(无输入信号)时 称为共射极直流放大系数。2）交流电流放大系数 集电极电流的变化量I IC C 与基极电流的变化量I IB B 的比值。在放大区工作时，常有 五.主要参数第13页/共86页142.集电极最大允许电流ICM集电极电流IC超过一定值时，晶体管的值要下降。当值下降到正常数值的三分之二时的集电极电流IC，称为集电极最大允许电流ICM。3集射极反向击穿电压U(BR)CEO IB=0

5、时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，称为集射极反向。当晶体管的集射极电压U(BR)CEO。注：当UCEU(BR)CEO时，晶体管会被击穿。4集电极最大允许功率损耗PCM PCM允许在集电极上消耗功率的最大值。第14页/共86页15一般温度对所有参数都影响，但影响最显著的是：1.ICBO集电极与基极间的反向饱和电流 T (10C)ICBO（约一倍）；2.：T(1C)(1%);3.UBE:T (1C)UBE(约2mV）。IC六.温度对参数的影响第15页/共86页162.2共射极基本放大电路基本要求基本要求:理解组成基本放大电路各元件的作用掌握放大电路组成原则掌握直流通路和交流通路的画法第16

6、页/共86页17一.放大电路的组成第17页/共86页181.各元件的作用T T:放大元件，在线性区。放大元件，在线性区。U UCCCC :作为放大电路直流工作作为放大电路直流工作电源电源：与：与R RC C一起保证集电结一起保证集电结反向偏置。反向偏置。R RB B ：基极偏置电阻，与：基极偏置电阻，与U UCCCC共同提供适当的基极共同提供适当的基极电流电流I IB B（偏流），以使放大电路获得合适的工作（偏流），以使放大电路获得合适的工作点。点。C C1 1、C C2 2 ：用以耦合交流，隔断直流，通常称为耦：用以耦合交流，隔断直流，通常称为耦合电容器。合电容器。R RC C ：为集电极负

7、载电阻，将集电极电流的变化变：为集电极负载电阻，将集电极电流的变化变换为电压换为电压U UCECE的变化，以实现电压放大。的变化，以实现电压放大。第18页/共86页191).晶体管必须工作在放大区，即NPN管：UCUB，由RC、UCC保证，UBUE，由RB、UCC保证;PNP管：UCUBUE（与NPN管原理同，电源和电容极性相反）；2).信号能输入（C1），即u i能使i B变化;3).信号能输出（C2），即 iC变化产生u o输出。2.2.放大电路组成的原则第19页/共86页20例1：在晶体管放大电路中，测的得在晶体管放大电路中，测的得3 3个晶体管的个晶体管的各级电位如图所示。试判断其极性

8、（各级电位如图所示。试判断其极性（E E、B B、C C）和类型（）和类型（NPNNPN、PNPPNP、硅、锗）、硅、锗）解：（解：（a）,1 1 ,2 2 ,3 3 ;（b）,1 1 ,2 2 ,3 3 ;（c）,1 1 ,2 2 ,3 3 ;NPN 硅 E B CPNP 硅 C B EPNP 锗 C E B第20页/共86页21二.直流通路和交流通路交流通路（C C短路，U UCCCC对地短路。）直流通路（C C开路）直流分析：直流分析：IB、IC、UCE交流分析：交流分析：Aus、ri、ro第21页/共86页222.3放大电路的静态（直流）分析内容内容：放大电路的直流分析是指：当ui=0

9、，为保证晶体管工作在放大区，确定放大电路的直流值（静态值静态值），即I B、I C、UCE，又称静态工作点，简称Q点，Q点可通过公式估算或通过作图求出。任务：任务：掌握Q点估算的方法。第22页/共86页23解析法确定Q点直流通路根据直流通路计算，根据直流通路计算，UBE、为已知。为已知。硅管硅管 UBE=0.6V0.7V，锗管锗管 UBE=0.1V0.2V，IC=IBUC=UCC -ICRC第23页/共86页24 在图所示的放大电路中，已知在图所示的放大电路中，已知U UCCCC12V12V，R RC C 3k3k，R RB B280k 280k，=50=50。求静态值。求静态值。IC=IB=

10、500.04=2mAUCE=UCC-IC RC=12-23=6V例1.第24页/共86页25例2：判断图中各晶体管的工作状态（饱和，放判断图中各晶体管的工作状态（饱和，放大，截止）。设所有的二极管和晶体管均为大，截止）。设所有的二极管和晶体管均为硅管，硅管，4040。解：解：（a）截止截止 ,（b）饱和饱和 ,（c）放大放大 ,第25页/共86页262.4放大电路的动态分析动态：当放大电路的输入信号ui0时的工作状态。任务：分析信号（交流分量）的传输情况，掌握放大倍数 A u、输入电阻ri和输出电阻ro的计算方法。方法：微变等效电路法、图解法。第26页/共86页27表述：把非线性元件晶体管所组

11、成的放大电路等效为一个线性电路，也就是把晶体管线性化，等效为一个线性元件。这就是微变等效电路法。线性化的条件：晶体管在小信号(微变量)情况下工作，才能在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。一.微变等效电路第27页/共86页281.晶体管的微变等效电路1)输入回路在线性工作区，当UCE为常数时,晶体管输入端BE等效为一个电阻 rbe。第28页/共86页292)输出回路在线性工作区，当UCE为常数时，晶体管输出端CE可等效为一个受控电流源：受控电流ic=ib受控电流源内阻为r ce为称晶体管输出电阻第29页/共86页303）晶体管的微变等效电路图r ce R c第30页/共

12、86页312.放大电路的微变等效电路表述：将放大电路交流通路中的晶体管变换为微变等效电路就构成放大电路的微变等效电路第31页/共86页32二.放大电路的基本性能指标1.电压放大倍数 放大电路的输出电压与输入电压幅值或有效值之比，称为放大电路的电压放大倍数。2.输入电阻r ri i3.输出电阻ro表达式：第32页/共86页33三.分析举例1）.电压放大倍数riAu的特点：UO与Ui的相位相反；Au11。第33页/共86页342 2）输入电阻r ri i当RB rbe 时，ri r be第34页/共86页35讨论：当信号源为电压源时，若ri很小，则有:1）将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的

13、负担；2）经过信号源内阻Rs和ri的分压，使实际加到放大电路的输入电压ui减小，从而减小输出电压；3）后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路的电压放大倍数。结论：希望放大电路的输入电阻ri大。电流放大时，希望r ri i要低。功率放大时，希望r ri i=r=rs s 。第35页/共86页363 3）输出电阻 r ro o根据定义 Ui=0，Ib=0 Ib=0，ro=UO/IO=RC讨论：若r ro o 较小，当负载变化时输出电压的变化较小，放大电路带负载的能力较强。结论：希望放大电路的输出电阻r ro o 小。第36页/共86页374）源电压放大倍数考虑

14、信号源内阻，放大倍数将下降。RsUs+-第37页/共86页38四四.图解分析法图解分析法由于由于 ui 0 ，整个放大电路既有直流信，整个放大电路既有直流信号，又有交流信号，即号，又有交流信号，即 iB=IBQ+ib、iC=ICQ+ic、uCE=UCEQ+uce。若只考虑交流信号，由交流通路有：若只考虑交流信号，由交流通路有：i ic c=-1/R=-1/RL Lu ucece，R RL L=R=RC C/R/RL L称为交流负称为交流负载。载。基本放大器交流通路iC=-1/RL(UCE-uCE)+ICQ称为称为交流负载线交流负载线，其特点：斜率为其特点：斜率为-1/RL，过静态工作点过静态工

15、作点Q。第38页/共86页39直流负载线和交流负载线U/I=uce/ic=RLU I交流负载线Ucc交流负载线与交流负载线与UCE轴的轴的 截距为：截距为：UCC=U CEQ Q+I+IC Q C Q RLRL RC，交流负载线交流负载线比直流负载线陡，放大比直流负载线陡，放大倍数将减小。倍数将减小。当放大器空载时，即当放大器空载时，即RL=RC，此时交流负载交流负载线与直流负载重合。线与直流负载重合。1.1.交流负载线的画法交流负载线的画法第39页/共86页40交流负载线与直流负载线对比RL1，由幅频特性可以得到fT与f的近似关系：fT0f3.共基射极截止频率电流放大系数也是频率的函数，当频

16、率升高时，的幅值下降到07070时的频率定义为的截止频率f。上述三个频率参数的关系为ffTf,共基极放大电路的频率特性要比共发射极放大电路的频率特性好的多。第83页/共86页84小结1晶体管是一种电流控制器件，用改变基极电流可以控制集电极电流。它有三个极分别称为发射极e、基极b和集电极c。根据结构的不同可分为NPN和PNP两种类型，根据材料的不同又可分为硅晶体管和锗晶体管。2晶体管在电路中有共射、共集和共基三种组态。3晶体管的电流放大系数是它的主要参数，按电路组态的不同有共射极电流放大系数和共基极电流放大系数之分。4描述晶体管性能的有输入特性和输出特性，我们均称之为伏-安特性。从输出特性上可以

17、将晶体管分为放大区、饱和区和截止区。5.放大电路的分析方法有图解法和微变等效电路法。第84页/共86页85小结6放大电路工作点不稳定的原因，主要是由于温度的影响。常用的稳定工作点的电路有射极偏置电路等，它是利用反馈原理来实现的。7在多级放大电路的分析中，对于阻容耦合，各级静态工作点是独立的，互不影响，因此，各级静态工作点可单独计算。而各级间的输入电阻和输出电阻将分别影响前级的负载和后级的输入电阻，因此，计算多级放大电路的总增益时，应注意各级间的相互影响。8.将放大电路的电压放大倍数Au和相角作为频率的函数，这种函数关系称为放大电路的频率响应或频率特性。第85页/共86页第二章 晶体管及基本放大电路/2.3 动态分析/微变等效电路 86感谢您的观看。第86页/共86页