第3章-半导体三极管及其放大电路2...ppt
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1、3.4.2用用 H 参数的简化模型参数的简化模型(微变等效电微变等效电路)分析共射极基本放大电路路)分析共射极基本放大电路v1.放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路(以以图图3.4.4为例为例)(1)先画出放大电路的交流通路,先画出放大电路的交流通路,P89图图3.3.3(b)v(2)用晶体管的简化模型代替交流通路中的用晶体管的简化模型代替交流通路中的晶体管。如图晶体管。如图3.4.4(b)所示。所示。3/3/20231第3章23/3/20232第3章23/3/20233第3章23/3/20234第3章2v(3)标出图中电压、电流的正方向。如图标出图中电压、电流的正方向。如图3.4.4
2、(b)所示。所示。v2.求电压增益求电压增益由图可以看出,由图可以看出,3/3/20235第3章2式中式中RL=Rc/RL所以:所以:3/3/20236第3章2v例例3.4.1 如图如图3.4.4a的电路,若的电路,若BJT为为3DG6,已知在,已知在Q点上的点上的=40,计算电压增益,计算电压增益。解:解:(1)确定确定Q点点 因已知因已知,故可用简单计算法确定,故可用简单计算法确定Q点:点:3/3/20237第3章2 IE ICIB4040A1.6mAVCEVCCICRc 12 V1.6 mA4 k 5.6 Vv(2)求求 r be,利用式,利用式(3.4.6b),得,得:3/3/2023
3、8第3章2(3)求求 利用式利用式(3.4.7),得,得3/3/20239第3章23.输入、输出电阻的计算输入、输出电阻的计算(1)输入电阻计算输入电阻计算(2)由图由图(3.4.5)所示,所示,转转123/3/202310第3章23/3/202311第3章2由于由于Rbrbe,所以,所以,Rirbe。按图。按图3.4.4(a)所给所给数据,可得:数据,可得:RiRbrbe300k0.866k0.866k3/3/202312第3章2v(2)输出电阻的计算输出电阻的计算v如图如图3.4.6所示,根据输出电阻的定义式,当所示,根据输出电阻的定义式,当测试电压加在放大电路的输出端时,由于测试电压加在
4、放大电路的输出端时,由于cJ处于反向偏置,故处于反向偏置,故Ib0,所以,所以Ic0,得:得:转转153/3/202313第3章23/3/202314第3章2因已知因已知Rc4k,故,故Ro4k。3/3/202315第3章2v讨论:讨论:(P100)v对于放大电路来说,一般要求输入电阻高一对于放大电路来说,一般要求输入电阻高一些,特别是在信号源内阻些,特别是在信号源内阻Rs较大的场合,作较大的场合,作为放大电路输入级来说有为重要;对于输出为放大电路输入级来说有为重要;对于输出级来说,则往往需要输出电阻级来说,则往往需要输出电阻Ro越小越好,越小越好,从而可以提高放大电路的带负载能力。在分从而可
5、以提高放大电路的带负载能力。在分析、设计放大电路时,应全面的加以考虑。析、设计放大电路时,应全面的加以考虑。3/3/202316第3章2v4.两种分析方法的比较两种分析方法的比较v图解分析法可用来分析放大电路的静态、动图解分析法可用来分析放大电路的静态、动态,主要用于静态分析,可以很方便、直观的设态,主要用于静态分析,可以很方便、直观的设计计Q点;点;v当输入的交流信号幅度较小或晶体管基本工当输入的交流信号幅度较小或晶体管基本工作在线性区时,应用小信号模型作在线性区时,应用小信号模型(微变等效电路微变等效电路)。v当输入的交流信号幅度较大,晶体管工作区当输入的交流信号幅度较大,晶体管工作区延伸
6、到非线性区时,应采用图解分析法。延伸到非线性区时,应采用图解分析法。3/3/202317第3章23.5放大电路工作点的稳定放大电路工作点的稳定v如前所述的固定偏置电路,当基极偏置电阻如前所述的固定偏置电路,当基极偏置电阻Rb确定以后,确定以后,Q点已经确定,只要点已经确定,只要Rb选择合选择合适,即可获得合适的适,即可获得合适的Q点。但是,当更换晶点。但是,当更换晶体管或是环境温度发生变化引起管子参数变体管或是环境温度发生变化引起管子参数变化时,化时,Q点的位置将引起变化,甚至使点的位置将引起变化,甚至使Q点移点移到不合适的位置而使放大电路无法正常工作。到不合适的位置而使放大电路无法正常工作。
7、3/3/202318第3章2v为使在更换晶体管或是温度变化引起管为使在更换晶体管或是温度变化引起管子参数变化时,不影响放大电路正常工子参数变化时,不影响放大电路正常工作作(即使即使Q点的位置基本不变点的位置基本不变),必须设,必须设计能自动调整工作点的偏置电路。计能自动调整工作点的偏置电路。3/3/202319第3章23.5.1温度对工作点的影响温度对工作点的影响v1.温度对晶体管参数的影响温度对晶体管参数的影响(观看观看教学课件教学课件:温度对晶体管温度对晶体管VI 特性的影响特性的影响)v当温度升高时,晶体管的参数将发生下列变化:当温度升高时,晶体管的参数将发生下列变化:v(1)VBE的温
8、度系数为:的温度系数为:(22.5)mVoC。VBE的减小通过的减小通过IB使使Q点的位置上移点的位置上移(此处此处VBE的的减小是指减小是指eJ实际所需的工作电压减小实际所需的工作电压减小)。3/3/202320第3章2v(2)温度每升高温度每升高1oC,值将增加值将增加0.5%1.0%左右。左右。值的增大使输出特性曲线的间隔变宽,值的增大使输出特性曲线的间隔变宽,Q点的位点的位置上移。置上移。v(3)温度每升高温度每升高10oC,ICBO增大约一倍增大约一倍(即即ICEO增增大约一倍大约一倍)。从而使。从而使IC升高,升高,Q点的位置上移。但因点的位置上移。但因为为ICBO较小,其影响可以
9、忽略不计。较小,其影响可以忽略不计。v综上所述:温度的变化将使综上所述:温度的变化将使Q点的位置发生变化,点的位置发生变化,从而影响放大电路的正常工作。从而影响放大电路的正常工作。3/3/202321第3章23.2.5射极偏置电路射极偏置电路(分压式电流负反馈偏置电路分压式电流负反馈偏置电路)v由上分析可知,稳定工作点其实就是稳由上分析可知,稳定工作点其实就是稳定晶体管的集电极电流定晶体管的集电极电流IC。其稳定电路如图。其稳定电路如图3.5.1所示。所示。v1.电路组成与要求电路组成与要求v(1)组成:在放大电路的基极加一下偏组成:在放大电路的基极加一下偏置电阻置电阻Rb2;在发射极到地之间
10、串联一个电阻;在发射极到地之间串联一个电阻R e。转转243/3/202322第3章2转转273/3/202323第3章2v(2)要求:要使放大电路具有稳定要求:要使放大电路具有稳定Q点功能,点功能,必须满足:必须满足:I1 IB(I1为流过为流过Rb1、Rb2的直流电流的直流电流)v2.稳定过程稳定过程v因为因为I1 IB,所以,晶体管的基极电位近似,所以,晶体管的基极电位近似为:为:3/3/202324第3章2v当温度升高时,其稳定过程如下:当温度升高时,其稳定过程如下:从而保持从而保持I C基本不便,基本不便,Q点基本稳定。点基本稳定。上述过程,实际上就是第七章要讲的上述过程,实际上就是
11、第七章要讲的负反负反馈馈过程。过程。3/3/202325第3章2v3.实际情况实际情况v在实际应用中,在实际应用中,I1、VBE应满足下列要求:应满足下列要求:I1 (510)IB (3.5.1)VB(35)V(3.5.2)3/3/202326第3章2v4.例例3.5.1 试近似估算图试近似估算图3.5.1的的Q点,并点,并计算它的电压增益、输入电阻和输出电阻。计算它的电压增益、输入电阻和输出电阻。v解:解:v(1)求静态工作点求静态工作点因因3/3/202327第3章2v所以所以VCEVCCICRcIERc VCCIC(RcRe)(3.5.3)IBIC/v 利用上式可以分别求得利用上式可以分
12、别求得Q点处的点处的IC、IB及及VCE。3/3/202328第3章2v(2)求电压增益求电压增益v在计算之前,应首先画出放大电路的小信号在计算之前,应首先画出放大电路的小信号(微变微变)等效电路等效电路,其过程:其过程:v画出放大电路的交流通路画出放大电路的交流通路(画图画图(3.5.1)的的交流通路交流通路);图中图中RbRb1Rb2,RLRcRL。转转313/3/202329第3章23/3/202330第3章2v画出放大电路的小信号画出放大电路的小信号(微变微变)等效电路等效电路(如如图图3.5.2所示所示);v计算增益计算增益P104转转333/3/202331第3章23/3/2023
13、32第3章2(3)求输入、输出电阻求输入、输出电阻输入电阻计算,如图输入电阻计算,如图3.5.3所示;所示;3/3/202333第3章23/3/202334第3章2 由此可见,加入电阻由此可见,加入电阻Re之后,放大电路的输入之后,放大电路的输入电阻提高了。电阻提高了。3/3/202335第3章2v输出电阻计算,如图输出电阻计算,如图3.5.4所示;所示;v先求出先求出Ro,然后再与,然后再与Rc并联并联,即可求得放大即可求得放大电路的输出电阻电路的输出电阻Ro.v在基极回路和集电极回路里,根据在基极回路和集电极回路里,根据KVL(回路回路电压定律电压定律)可得:可得:3/3/202336第3
14、章23/3/202337第3章23/3/202338第3章23/3/202339第3章2v例如,当例如,当BJT的的 60,rce=100k,rbe=1k,Re=2 k,Rs=0.5 k,Rb1=40k,Rb2=20k,RsRs/Rbl/Rb2=0.48k,则由式则由式(3.5.6)可算得可算得vRo=1001+602/(1+0.48+2)k =3.55Mv可见可见Ro的数值是很大的。的数值是很大的。3/3/202340第3章2v由此例可知,当由此例可知,当BJT的基极电位固定,并在的基极电位固定,并在射极电路里接一电阻射极电路里接一电阻Re,便可提高输出电阻,便可提高输出电阻,亦即提高电路的
15、恒流特性。亦即提高电路的恒流特性。v第第6章所要讨论的微电流源,正是利用这一特章所要讨论的微电流源,正是利用这一特点而构成的。点而构成的。v书中的解法有些复杂,也可以这样解:书中的解法有些复杂,也可以这样解:3/3/202341第3章23/3/202342第3章23.6共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路v3.6.1共集电极电路共集电极电路(射极输出器射极输出器)v原理电路如图原理电路如图3.6.1(a)所示,所示,v交流通路如图交流通路如图3.6.1(b)所示。所示。3/3/202343第3章23/3/202344第3章23/3/202345第3章2v1.电路分析电路分析v(1)
16、求求Q点点v根据图根据图3.6.1(a),在基极回路中,按电压方程,在基极回路中,按电压方程式:式:VCCIBRbVBEVEv式中式中VEIERe(1+)IBRe,为晶体管发射为晶体管发射极的直流电位。极的直流电位。3/3/202346第3章2此外,再有此外,再有ICIB及及VCEVCCICRe可求可求出出IC和和VCE。3/3/202347第3章2(2)电压增益电压增益小信号等效电路如小信号等效电路如图图3.6.2所示。所示。转转503/3/202348第3章23/3/202349第3章2将式将式(3.6.1)中的中的 代入式代入式(3.6.2),得,得3/3/202350第3章2v一般,一
17、般,R Lrbe,故射极输出器的电压增益,故射极输出器的电压增益近似等于近似等于1,而略小于,而略小于1。v原因是:原因是:的关系,因此的关系,因此 总是总是略小于略小于 。v由于射极输出器的由于射极输出器的电压增益接近于电压增益接近于1,且,且 和和 同相位同相位,因此,射极输出器由称为,因此,射极输出器由称为电压电压跟随器跟随器。3/3/202351第3章2(3)输入电阻输入电阻如图如图3.6.3(a)所示。所示。由于由于3/3/202352第3章2 有因有因1及及R Lrbe,则,则由此可见,射极输出器与共发射极放大电由此可见,射极输出器与共发射极放大电路相比,其输入电阻高得多。路相比,
18、其输入电阻高得多。3/3/202353第3章2(4)输出电阻输出电阻计算输出电阻的等效电路如图计算输出电阻的等效电路如图3.6.3(b)所所示。按输出电阻定义式:示。按输出电阻定义式:在测试电压在测试电压 的作用下,相应的测试电流的作用下,相应的测试电流 为:为:3/3/202354第3章23/3/202355第3章2v上式中,上式中,(Rs+rbe)(1+)为基极回路电阻为基极回路电阻(Rs+rbe)折合到射极回路时的等效电阻。通折合到射极回路时的等效电阻。通常有常有Re(Rs+rbe)(1+)及及1所以所以R o(Rs+rbe)3/3/202356第3章2v例如:例如:v当当BJT的的50
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- 半导体 三极管 及其 放大 电路
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