半导体三极管及其放大电路1.pptx

《半导体三极管及其放大电路1.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体三极管及其放大电路1.pptx（57页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2.1 半导体三极管2.2 三极管基本放大电路主要内容第1页/共57页考试要求1.理解三极管的基本构造、电流放大作用、伏安特性和主要参数。2.会用万用表判别三极管的管型和管脚极性。3.掌握共射放大电路的工作原理，理解静态工作点的概念；会估算法静态工作点、电压放大倍数和输入、输出电阻。4.了解射极输出器的电路组成及主要特点和作用。5.了解多级放大电路信号的耦合方式及其特点。6.会共发射极放大电路的制作及调试。第2页/共57页2.1 半导体三极管半导体三极管一一.基本结构基本结构NNP基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极NPNNPN型型型型BECB BE EC CPNP

2、PNP型型型型P PP PN N基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极符号：符号：BECIBIEICBECIBIEICNPNNPNPNPPNP第3页/共57页基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结集电结集电结B B B BE E E EC C C CN N N NN N N NP P P P基极基极发射极发射极集电极集电极结构特点：结构特点：集电区：集电区：面积最大面积最大第4页/共57页二.电流分配和放大原理n n1.1.三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件B BEC CN NN NP PEBRBE

3、ECCRC发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNP PNP发射结正偏发射结正偏 V VB B V VE E集电结反偏集电结反偏 V VC C V VE E集电结反偏集电结反偏 V VC C V VB B 第5页/共57页n n2.2.各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用I IB B(mA)(mA)I IC C(mA)(mA)I IE E(mA)(mA)0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.100.0010.0010.700.701.501.502.302.303.103.103.953.950.001 U UB B U

4、 UE E I IE E=I IC C+I IB B 第10页/共57页I IBB=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I ICC(mmA )A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 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 0 0 。在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。向偏置，晶体管工作于截止状态。饱饱和和区区截止区截止区（3 3）饱和区）饱和区 当当U UCECE

5、 U UBEBE时时，晶晶体管工作于饱和状态。体管工作于饱和状态。在饱和区，在饱和区，I IB B I IC C，发射结处于正向偏发射结处于正向偏置，置，集电结也处于正集电结也处于正偏。偏。深度饱和时，深度饱和时，硅管硅管U UCES CES，锗管锗管U UCES CES。第11页/共57页四.主要参数n n1.1.电流放大系数电流放大系数 ，直流电流放大系数直流电流放大系数 交流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是

6、设计电路、选用晶体管的依据。注意：注意：和和 的含义不同，但在特性曲线近于平行的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且等距并且I ICE0 CE0 较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的常用晶体管的 值在值在20 15020 150之间。之间。第12页/共57页例：在例：在U UCECE=6 V=6 V时，时，在在 QQ1 1 点点I IB B=40=40 A,A,I IC C；在在 QQ2 2 点点I IB B=60=60 A,A,I IC C。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=。I IBB=0=02020 A A4040 A A

7、6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I ICC(mmA )A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 912120 0QQ1 1QQ2 2在在 QQ1 1 点，有点，有由由 QQ1 1 和和QQ2 2点，得点，得第13页/共57页2.2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流 I ICBOCBO I ICBOCBO是由少数载流子的是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度I ICBOCBO ICBO A+EC3.3.集集-射极反向截止电流射极反向截止电流(穿透电流穿透电流)I ICEOCEO

8、AICEOIB=0+I ICEOCEO受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度I ICEOCEO ，所以所以I IC C也也相应增加。相应增加。三极管的温三极管的温度特性较差。度特性较差。第14页/共57页4.4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM5.5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO 集电极电流集电极电流 I IC C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流即值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为为 I ICMCM。基极开路时，集电极不致击穿，允许加在集基极开路时，集

9、电极不致击穿，允许加在集射极之间的最高反向电压。射极之间的最高反向电压。U U(BR)CBO(BR)CBO,U U(BR)EBO(BR)EBO6.6.集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCMCM P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。P PC C P PCM CM=I IC C U UCECE 硅硅管允许结温约为管允许结温约为150150 C C，锗锗管约为管约为7070 9090 C C。第15页/共57页I IC CU UCECE=P=PCMCMICMU(BR)CEO安全工作区由三

10、个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO第16页/共57页晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系1 1、温度每增加、温度每增加1010 C C，I ICBOCBO增大一倍。硅管优增大一倍。硅管优 于锗管。于锗管。2 2 2 2、温度每升高、温度每升高 1 1 C C，U UBEBE将减小将减小 (2(2 2.5)mV2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。3 3、温度每升高、温度每升高 1 1 C C，增加增加 0.5%1.0%0.5%1.0%。第17页/共57页2.2 三极管基本放大电路三极管基本放大电路 基本放大电路，

11、又称单管放大电路，一般是指由一个放大管与相应元件组成的简单电路。1.1.放大电路主要用于放大微弱电信号，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，但波形相同。2.2.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，使之转换成信号能量，提供给负载。共发射极、共集电极、共基极共发射极、共集电极、共基极常见的是三极管的三种基本组态放大电路。第18页/共57页放大电路的结构示意框图放大概念示意图第19页/共57页基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理一三极管的放大原理一三极管的放大原理 三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。UCE（-ICRc）放

12、大原理：UBEIBIC（IB）电压放大倍数：电压放大倍数：BCE第20页/共57页-+VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE符号说明第21页/共57页Rb+VCCVBBRCC1C2T放大元件放大元件iC=iB，工，工作在放大区，作在放大区，要保证集电要保证集电结反偏，发结反偏，发射结正偏。射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RL二二.单管共单管共射射极放大电路的结构及各元件的作用极放大电路的结构及各元件的作用第22页/共57页共射放大电路组成共射放大电路组成使发射结正使发射结正偏，并提供偏，并提供适当的静态适当的静态工作点工作点IB和和UBE。Rb+VCCVBB

13、RCC1C2TRL基极电源基极电源与基极电与基极电阻阻第23页/共57页集电极电源，集电极电源，为电路提供为电路提供能量。并保能量。并保证集电结反证集电结反偏。偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL第24页/共57页共射放大电路共射放大电路集电极电阻，集电极电阻，将变化的电将变化的电流转变为变流转变为变化的电压。化的电压。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL第25页/共57页耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性，电解电容，有极性，大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔直通隔直通交交隔离输入输隔离输入输出与电路直流出与电路直流的联系，同时的联系，同时能使信号顺利能使信号顺利输入输出。输入输

14、出。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL+uiuo第26页/共57页单电源供电单电源供电可以省去可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRL第27页/共57页Rb单电源供电单电源供电+VCCRCC1C2TRL第28页/共57页三三.放大电路的两种状态放大电路的两种状态n正常放大信号时，电路中既有直流电源，也有动态交流信号源电流中是“交、直流并存”，直流是基础，交流是放大对象.n将直流和交流分开讨论：直流分析是静态分析，交流分析是动态分析第29页/共57页静态和动态 静态-，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。动态-，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。为了不失真地放大信号，必须设置合理的静

15、态工作点（防止出现非线性失真）：1.1.要加直流偏置；2.2.所加的偏置要大小适合第30页/共57页直流通路和交流通路直流通路-电路中无变化量，电容相当于开路，电感相当于短路交流通路-电路中电容短路，电感开路，直流 电源对公共端短路 放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。第31页/共57页直流通路TRRVb1b2bCCCCC+vovi电容Cb1和Cb2断开TRRVbCCC直流通路 即能通过直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻，Rc、Rb。第32页/共57页 放大电路实现信号放大的工作过程 第33页/共57页

16、四.放大电路的分析1.静态分析静态分析 求静态工作点（求静态工作点（IBQ,ICQ ,UBEQ,UCEQ）,判判断是否满足放大条件。断是否满足放大条件。1）静态工作点的近似估算法）静态工作点的近似估算法a.画出电路的直流通路画出电路的直流通路b.根据电路定律计算电路各直流值，确定静态工作点。根据电路定律计算电路各直流值，确定静态工作点。第34页/共57页Rb+VCCRCC1C2RL直流通道直流通道Rb+VCCRCa.画电路的直流通路画电路的直流通路第35页/共57页（1）估算）估算IB（UBE 0.7V)Rb+VCCRCIBUBERb称为偏置电阻，称为偏置电阻，IB称为偏置电流。称为偏置电流。

17、b.近似估算静态工作点（近似估算静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）第36页/共57页（2）估算）估算UCE、ICRb+VCCRCICUCEIC=IB第37页/共57页例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，=37.5。解：解：请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级UBE 0.7VRb+VCCRC第38页/共57页2）静态工作点的图解法）静态工作点的图解法a.确定确定IBQ 的值，在输出特性曲线上找到的值，在输出特性曲线上找到IB=IBQb.在输出特性曲线上绘出直流负载线在输出特性曲线上绘出直流负载线c

18、.特性曲线特性曲线IB=IBQ与直流负载线的交点就是与直流负载线的交点就是Q点，点，即可求出即可求出ICQ,UCEQ UCE=VCCICRC第39页/共57页UCE=VCCICRC直流负载线直流负载线由估算法求出由估算法求出I IB B，I IB B对应的对应的输出特性与直输出特性与直流负载线的交流负载线的交点就是工作点点就是工作点Q QVCCICUCEQIB静态静态UCE静态静态IC第40页/共57页讨论：电路参数变化对Q点的影响MNQRb改变：Q点沿MN向下移动QRRbVCCC12V300K4K=40固定偏流电路第41页/共57页MNQRC改变：QRRbVCCC12V300K4K=40固定

19、偏流电路第42页/共57页MNQVCC改变：QRRVIBVBBbCCCV+_+_CEBEVIC第43页/共57页2.动态分析（微变等效电路法）动态分析（微变等效电路法）求动态参数：电压放大倍数求动态参数：电压放大倍数Au,输入电阻输入电阻ri ,输输出电阻出电阻 ro。当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三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。电路来处理。第44页/共57页1）三极管的微变等效

20、电路（非线性器件）三极管的微变等效电路（非线性器件 线性化）线性化）在小信号变化量的条件下，用线性电路来描述三极管的非线性特征第45页/共57页第46页/共57页2）放大电路的微变等效电路）放大电路的微变等效电路在放大电路交流通路中将三极管用其微变代替，即可得到。在放大电路交流通路中将三极管用其微变代替，即可得到。分析步骤：u画交流通路u画微变等效电路u计算电压放大倍数Auu计算输入电阻riu计算输出电阻ro第47页/共57页共射极放大电路uiuo3）用微变等效电路求动态指标）用微变等效电路求动态指标第48页/共57页负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。画微变等效电路rbe

21、RbRCRL电压放大倍数(Au)第49页/共57页电路的输入电阻越大，从信号源取电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。较大的的输入电阻。rbeRbRCRL根据输入电阻的定义：根据输入电阻的定义：输入电阻第50页/共57页当信号源有内阻时：Ui.UO.Ui.Us.第51页/共57页所以：所以：用加压求用加压求流法求输流法求输出电阻：出电阻：根据定义根据定义rbeRbRC00输出电阻第52页/共57页求：1.静态工作点。2.电压增益AU、输入电阻Ri、输出电阻R0。第53页/共57页解：1.IcVCE2.思路：微变等效电路AU、Ri、R0第54页/共57页第55页/共57页本讲结束！本讲结束！第56页/共57页感谢您的观看！第57页/共57页