模拟电子技术康华光双极型三极管及放大电路基础.pptx

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1、第第第第4 4 4 4章章章章 半导体三极管及放大电路基半导体三极管及放大电路基半导体三极管及放大电路基半导体三极管及放大电路基础础础础按频率：按频率：高频管、低频管按功率：按功率：按材料：按材料：小、中、大功率管硅管、锗管按类型：按类型：NPN型、PNP型半导体三极管:是具有电流放大功能的元件三极管分类：4.1 半导体三极管半导体三极管（BJTBJT双结晶体管双结晶体管）第1页/共92页4.1.1 4.1.1 基本结基本结基本结基本结构构构构NNPNPN型becb be ec cPNP型P PP PN N基极基极发射极发射极集电极集电极beciBiEiCbeciBiEiCNPN型三极管符号P

2、NP型三极管符号发射极箭头表示：当发射结正偏时，电流的流向。发射极集电极基极集电极电流发射极电流第2页/共92页基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结发射结JeJe集电结Jcb be ec cN NN NP P基极发射极集电极集电区：面积最大问题：c、e两极可否互换？BJT结构特点结构特点：第3页/共92页 发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图BJTBJT结构剖面图：结构剖面图：第4页/共92页三极管的基本接三极管的基本接法法共集电极接法：c作为公共端；b为输入端，e为输出端；共基极接法：b作

3、为公共端，e为输入端，c为输出端。共发射极接法：e作为公共端；b为输入端，c为输出端；第5页/共92页4.1.2 BJTBJT的电流分配和放大原的电流分配和放大原理理b bec cN NN NP PEBRBE ECCRC在三极管内部：在三极管内部：发射结正偏、集电结反偏PNPPNP管管发射结正偏 VBVE集电结反偏 VCVB即VCVBVE（EB来实现）集电结反偏集电结反偏：VCVB （EC来实现）即 VCVBVE共射放大电路组成第6页/共92页4.1.2 BJT的电流分配与放大原理2.内部载流子的传输过程 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。外部条件：发射结正偏

4、，集电结反偏。发射区：发射载流子 以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或BJT(Bipolar Junction Transistor)。（以NPN为例）放大状态下BJT中载流子的传输过程集电区：收集载流子基区：传送和控制 载流子IE=IB+IC第7页/共92页 、为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 1，几十。3.三极管三极管电流分配关系电流分配关系第8页/共92页IEIC IB（3）（4）（2）（1）4.三极管的电流分配关系总结三极管的电流分配关系总结（5）电流放大系数第9页/共92页发射极是输入回路、输出回路的

5、公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端 1.共发射极电路输入回路输出回路ICVBBmAAVCEVBERBIBVC C+注意：T的类型与VBE、IB、VCE、IC极性ebc4.1.3 BJTBJT的特性曲的特性曲线线第10页/共92页vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE)vCE=常数vCE=0V vCE 1V(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。（以共射极放大电路为例）1.输入特性曲线输入特性曲线(2)当vCE1V时，vCB=vCE-vBE0，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vBE 下 IB减小，

6、特性曲线右移。第11页/共92页(3)输入特性曲线的三个部分死区非线性区线性区结论：整体是非线性的，局部可看作是线性的第12页/共92页2.输出特性输出特性IB=020A40A60A80A100A36iC(mA)1234vCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区 在放大区有 iC=iB，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。+-bceRL第13页/共92页iB=020A40A60A80A100A3 36 6i iCC(mA )1 12 23 34 4v vCECE(V)(V)9

7、 91212O（2 2）截止区）截止区i iB B 0 0 以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有 i iC C=I=ICEOCEO 0 0 。在截止区发射结Je处于反向偏置，集电结Jc处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区截止区（3 3）饱和区）饱和区 当vCE vBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。深度饱和时，硅管vCES 0.3V，锗管vCES 0.1V。VCES第14页/共92页(1)放大区：Je正偏，Jc反偏；IC=IB,且 iC=iB；VCVBVE。(2)饱和区:Je正偏，Jc正偏；即vCEvBE，vCE0.3V；i

8、C iB。(3)截止区:Je反偏或零偏，VBEVbVe放大VcVb0VCE1V第62页/共92页1.图(b)示出了图(a)固定偏流放大电路中三极管的输出特性及 交、直流负载线，试求输出电压的最大不失真幅度为_。A.1V B.1.6V C.2V D.2.4V 2.若想得到最大的不失真输出电压,VCEQVCES=？无RL：2.4V有RL：1.5VVCEQVCES=ICQRL课堂练习题课堂练习题第63页/共92页3.如图所给电路及vi和vo的波形，问出现的是什么失真？如改变直流电源极性和三极管类型,但vi和vo的波形不变,则出现的是什么失真？若改为共射或共集放大电路，vi和vo的波形还是如此,则出现

9、的又是什么失真？课堂练习题课堂练习题第64页/共92页5、图解法的适用范围形象直观；适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析；能够用于大信号分析；不易准确求解；不能求解输入电阻、输出电阻、频带等等参数。第65页/共92页6.判断三极管工作状态小结（）根据直流电位判别：对于NPN管,当VCVBVE，T为放大状态；对于PNP管，当VC VB VE，T为放大状态。（）根据电流判别：（3）根据Q点的位置判别：0IBIBS，T为放大状态；IB IBS，T为饱和状态。参阅习题4.2.2Q点变化过程中始终处在放大区。第66页/共92页1 BJT的小信号建模2 共射极放大电路的小信号模型分析 H参数

10、的引出 H参数小信号模型 模型的简化 H参数的确定（意义、思路）利用直流通路求Q点 画小信号等效电路 求放大电路动态指标4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法第67页/共92页建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。1、BJT的小信号建模的小信号建模第68页/共92页 H参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微

11、分得用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce 对于BJT双口网络，已知输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：BJT双口网络(1)BJT(1)BJT的的H H参数及小信号模型参数及小信号模型第69页/共92页 三极管可以用一个模型（只适用交流小信号 条件下）来代替。H 参数模型vBEvCEiBcebiCBJT共射接法 对于低频模型可以不考虑结电容的影响。小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变 也具有同样的含义。（2 2）.BJT.BJT的小信号模型引出的小信号模型引出第70页/共92页hf

12、eibicvceibvbehrevcehiehoe即 rbe=hie =hfe ur=hre rce=1/hoe一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为 ibicvceibvbeur vcerberce ur很小，一般为10-310-4，rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路。ib 是受控源，且为电流控制电流源(CCCS)。电流方向与ib的方向是关联的。.模型的简化模型的简化第71页/共92页 一般用测试仪测出；rbe 与Q点有关，一般用公式估算：rbe=rbb+(1+)re其中对于低频小功率管 rb200 则 而 (T=300K).H参数的确定参数的确定为什么要乘以（1

13、+）？第72页/共92页.用近似估算法求Q点：一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。2、用、用H参数小信号模型分析参数小信号模型分析 共射极基本放大共射极基本放大电路电路iBiC第73页/共92页RbviRbRbviRcicvce+-交流通路RbviRcRL小信号模型(H参数等效)电路（2 2）.画出小信号等效电画出小信号等效电路路第74页/共92页.求电压增益根据RbviRcRL则电压增益为小信号等效电路中电流电压的符号一律用相量可作为公式第75页/共92页.求输入电阻RbRcRLRi.求输出电阻RbRcRLRo令Ro=Rc 第76页/共92页1.如图所示放大电路的H参数小信

14、号等效电路为图_。课堂练习第77页/共92页2.如图所示放大电路的H参数小信 号等效电路为图_。课堂练习第78页/共92页 3.电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。解：PNP型小信号模型如何画？课堂练习第79页/共92页 解：（1）（2）2.放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（2）、。已知=50。例题例题第80页/共92页 温度变化对ICBO的影响 温度变化对输入特性曲线的影响 温度变化对 的影响 稳定工作点原理 放大电路指标分析 固定偏流电路与射极偏置电路的比较4.4.1 温度对工作点的影响4.4.2 射极偏置电路4.4.放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题第81

15、页/共92页4.4.1 温度对工作点的影响1.温度变化对ICBO的影响2.温度变化对输入特性曲线的影响温度T 输出特性曲线上移温度T 输入特性曲线左移3.温度变化对 的影响温度每升高1 C，要增加0.5%1.0%温度T 输出特性曲线族间距增大总之：ICBO ICEO T VBE IB IC 第82页/共92页4.4.2 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 稳定原理：IC IEIC VE、VB不变 VBE IB（反馈控制）b点电位基本不变的条件：I1 IB，此时，不随温度变化而变化。VB VBE 且Re

16、可取大些，反馈控制作用更强。一般取 I1=(510)IB，VB=3V5V 图4.4.1 射极偏置电路 第83页/共92页 2 2 放大电路指标分析放大电路指标分析静态工作点第84页/共92页输出回路：输入回路：电压增益：画小信号等效电路确定模型参数已知，求rbe增益电压增益电压增益第85页/共92页根据定义则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻RS输入电阻输入电阻第86页/共92页2.放大电路指标分析输出电阻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对回路1和2列KVL方程rce对分析过程影响很大，此处不能忽略其中则当时，一般（）第87页/共92页静态：3.

17、固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较第88页/共92页3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较 固定偏流共射极放大电路电压增益：RbviRcRL固定偏流共射极放大电路输入电阻：输出电阻：Ro=Rc#射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？第89页/共92页有旁路电容的射极偏置电路无旁路电容的射极偏置电路第90页/共92页本章作业（1 1）4.1.2；4.1.3；4.2.1；4.2.2；4.3.1；4.3.5；4.3.8：（a）（c）；4.3.9；4.3.11；第91页/共92页感谢您的观看。第92页/共92页