晶体管与基本放大电路优秀PPT.ppt
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1、晶体管与基本放大电路你现在浏览的是第一页,共74页主菜单回 退前 进最 后返 回退 出 第3章 晶体管与基本放大电路 本章主要介绍构成线性放大电路的基本本章主要介绍构成线性放大电路的基本放大器件放大器件晶体三极管晶体三极管和和场效晶体管场效晶体管的的伏安特性和主要参数,分析有它们构成伏安特性和主要参数,分析有它们构成的的基本放大电路基本放大电路的工作特点、性能指标以的工作特点、性能指标以及分立线性放大电路与集成线性放大电路及分立线性放大电路与集成线性放大电路的主要区别和内在联系。的主要区别和内在联系。开 始作?业你现在浏览的是第二页,共74页 3.1 晶体管及共射极基本放大电路主菜单回 退前
2、进最 后返 回作?业退 出开 始晶体管的几种常见外形晶体管的几种常见外形 晶体管的符号晶体管的符号 你现在浏览的是第三页,共74页 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性主菜单回 退前 进最 后返 回作?业退 出开 始1.晶体管的结构(晶体管的结构(NPN管)管)在结构图中,基区在结构图中,基区比较薄且掺杂浓度很比较薄且掺杂浓度很低;发射区掺杂浓度低;发射区掺杂浓度很高;集电区结面较很高;集电区结面较大,掺杂浓度不高。大,掺杂浓度不高。因此,一般情况发射因此,一般情况发射区和集电区不可互换区和集电区不可互换使用。使用。你现在浏览的是第四页,共74页 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性主
3、菜单回 退前 进最 后返 回作?业退 出开 始2.晶体管的电流分配和放大原理晶体管的电流分配和放大原理 NPN型晶体管内部型晶体管内部载流子运动如图。放载流子运动如图。放大状态下,要求发射大状态下,要求发射结为正向偏置,集电结为正向偏置,集电结为反向偏置。结为反向偏置。你现在浏览的是第五页,共74页退 出作?业主菜单开 始回 退前 进最 后返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性 由晶体管内部载流子运动的示意图可以由晶体管内部载流子运动的示意图可以得出得出定义定义为直流电流放大系数,由为直流电流放大系数,由此可得此可得令式中令式中为三极管为三极管CE间间反向穿透电流。反向穿透电流。你现
4、在浏览的是第六页,共74页 NPN与与PNP型晶体管共射组态直流电源型晶体管共射组态直流电源电压极性相反,如图电压极性相反,如图3.1.9所示。所示。作?业退 出主菜单开 始回 退 前 进最 后返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性你现在浏览的是第七页,共74页3.伏安特性(以伏安特性(以NPN硅管为例)硅管为例)作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性(1)输入特性)输入特性 (2)输出特性)输出特性输出特性中基极电流输出特性中基极电流进入截止区,进入截止区,集集-射极电压射极电压进入饱和区。进入饱和区。你现在浏览的是第八页,共74
5、页作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性晶体管三种工作状态对比表晶体管三种工作状态对比表工作状态直流偏置条件电位关系输出伏安特性(以NPN管为例)NPN硅管PNP锗管截止发射结:不大于死区电压集电结:反向偏置uBE0.5VuBC0VIC=0,UCE=VCC放大发射结:大于死区电压集电结:反向偏置uBE0.5VuBC0VuBE0VIC=IB,UCE=VCC-ICRC饱和发射结:大于死区电压集电结:正向偏置uBE0.5VuBC0VuBE-0.1VuBCVBVE,PNP型型VCVBVE。A:是是B,是是E;B:是是E,是是B;C:是是E,是是B。你
6、现在浏览的是第十二页,共74页作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性参数分类参数名称性能参数1.共射极电流放大系数和;2.共基极电流放大系数和;3.极间反向饱和电流ICBO和ICEO;4.特征频率fT。极限参数1.集电极最大允许电流 ICM ;2.集电极最大允许损耗功率PCM;3.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO。4.主要参数主要参数你现在浏览的是第十三页,共74页作?业退 出主菜单开 始 回 退前 进最 后返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性图图3.1.6晶体管的三种输入、输出组态。晶体管的三种输入、输出组态。你现在浏览的是
7、第十四页,共74页作?业退 出主菜单开 始回 退 前 进最 后返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性与与的关系:的关系:共射极直流电流放大系数共射极直流电流放大系数 共射极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数一般情况可以认为一般情况可以认为 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数你现在浏览的是第十五页,共74页作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回 3.1.1 晶体管的结构、工作原理和特性图图3.1.7为晶体管极限参数的图示。为晶体管极限参数的图示。I C的最大值PCM线UCE的最大值 晶体管正常放大晶体管正常放大时,应
8、保证:时,应保证:你现在浏览的是第十六页,共74页作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回 3.1.2 共射极基本放大电路1.放大电路的工作原理放大电路的工作原理(1)电路的构成)电路的构成T:NPN型晶体管;型晶体管;R b:基极偏置电阻;基极偏置电阻;R C:直流负载电阻;直流负载电阻;R L:交流负载电阻;交流负载电阻;uS:交流信号源;交流信号源;R S:信号源内阻;信号源内阻;VCC:直流电压源;直流电压源;C 1、C 2:耦合电容。耦合电容。你现在浏览的是第十七页,共74页作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回 3.1.2 共射极基本放大电路 基本放大电路中每个元
9、件都有相应的基本放大电路中每个元件都有相应的作用。交流信号源作用。交流信号源u S是被放大的信号,直是被放大的信号,直流电压源流电压源VCC是给晶体管提供直流工作点,是给晶体管提供直流工作点,同时为信号放大提供能量。同时为信号放大提供能量。在分析放大电路时,可采用线性电路叠在分析放大电路时,可采用线性电路叠加原理,先来分析加原理,先来分析VCC单独作用单独作用直流分直流分析;再来分析析;再来分析u S单独作用单独作用 交流分析;交流分析;然后将结果叠加起来。然后将结果叠加起来。你现在浏览的是第十八页,共74页3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退前 进最 后返 回作?业退 出开 始共射极基本
10、放大电路共射极基本放大电路的组成及放大作用的组成及放大作用 我们可以通过动画演示理解一下信号叠加我们可以通过动画演示理解一下信号叠加放大和传递过程。放大和传递过程。你现在浏览的是第十九页,共74页3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退前 进最 后返 回作?业退 出开 始波形分析波形分析:经过以上分析可经过以上分析可以将放大过程波形以将放大过程波形叠加放大情况整理叠加放大情况整理成图成图3.1.11。你现在浏览的是第二十页,共74页3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退前 进最 后返 回作?业退 出开 始2放大电路的非线性失真放大电路的非线性失真 当信号进入截止区和饱和区,电路将产当信号进入
11、截止区和饱和区,电路将产生非线性失真。如图生非线性失真。如图3.1.123.1.12所示。所示。Q1:电流过大,易电流过大,易产生饱和失真;产生饱和失真;Q2:电流过小,易电流过小,易产生截止失真。产生截止失真。所以,直流工作所以,直流工作点一般设置为中点一般设置为中点。点。你现在浏览的是第二十一页,共74页作?业退 出主菜单开 始 回 退前 进最 后返 回 3.1.2 共射极基本放大电路(2)静态分析(直流分析)静态分析(直流分析)VCC单独作用时等效电路单独作用时等效电路直流通路。直流通路。此时此时uS=0,只有直流,只有直流电源电源VCC起作用,耦合电起作用,耦合电容容C 1、C 2相当
12、于开路,相当于开路,图图3.1.10(c)等效为图)等效为图3.1.10(b),称作放大),称作放大电路的直流通路。电路的直流通路。你现在浏览的是第二十二页,共74页3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退前 进最 后返 回作?业退 出开 始 直流参数计算:直流参数计算:晶体管的基极电流晶体管的基极电流IB、集电极电流集电极电流IC、发射结、发射结电压电压UBE和管压降和管压降UCECE,称称为放大电路的静态工作为放大电路的静态工作点,记作点,记作IBQ、ICQ、UBEQ和和UCEQ。工作点计算公式工作点计算公式 在近似分析时,可认为在近似分析时,可认为UBEQ已知,硅管取已知,硅管取作作0.
13、60.7V,锗管取作,锗管取作0.20.3V。你现在浏览的是第二十三页,共74页作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回 3.1.2 共射极基本放大电路(3)动态分析(交流分析)动态分析(交流分析)uS单独作用时,电容单独作用时,电容C 1、C 2和直流电源和直流电源VCC相当于短路相当于短路,其等效电路其等效电路交流通路如交流通路如图图3.1.14(a)。你现在浏览的是第二十四页,共74页作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后 返 回 3.1.2 共射极基本放大电路 由于放大状态晶体由于放大状态晶体管发射结正向偏置,管发射结正向偏置,可用可用PN结小信号模型结小信号模型电阻电阻r
14、be来等效;集电来等效;集电结反向偏置相当于开结反向偏置相当于开路;根据输出特性可路;根据输出特性可知,放大状态晶体管知,放大状态晶体管集集-射极可等效一个射极可等效一个电流控制电流源。电流控制电流源。晶体管放大状态小信号线性模型,如晶体管放大状态小信号线性模型,如图图3.1.13。你现在浏览的是第二十五页,共74页作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回 3.1.2 共射极基本放大电路 将晶体管小信号线性模型,代入图将晶体管小信号线性模型,代入图3.1.14(a)所示交流通路中,可得晶体管放大所示交流通路中,可得晶体管放大电路微变等效电路,如图电路微变等效电路,如图3.1.14(b)
15、。你现在浏览的是第二十六页,共74页3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退前 进最 后返 回作?业退 出开 始 交流参数计算:交流参数计算:放大电路的输入电阻放大电路的输入电阻R Ri i、输出电阻、输出电阻R RO O 和电和电压放大倍数压放大倍数A Auiui及源电及源电压放大倍数压放大倍数A AuSuS,称为,称为晶体管放大电路的交晶体管放大电路的交流参数。流参数。基本放大电路交基本放大电路交流参数计算公式:流参数计算公式:你现在浏览的是第二十七页,共74页3.1.2 共射基本放大电路主菜单回 退前 进最 后返 回作?业退 出开 始例例3.1.1 3.1.1 晶体管基本共射放大电路如图
16、晶体管基本共射放大电路如图3.1.10(C)3.1.10(C)所示,已知晶体管的所示,已知晶体管的r rbbbb=100=100,=80,导导通通时时UBEQ=0.75V。(1)估算静态工作点)估算静态工作点IBQ、ICQ、UCEQ;(2)估算电路的输入)估算电路的输入电阻电阻Ri、输出电阻、输出电阻Ro和电压放大倍数和电压放大倍数Aui及及Aus。你现在浏览的是第二十八页,共74页主菜单开 始回 退前 进最 后返 回退 出作?业3.1.2 共射基本放大电路解解:(:(1)根据静态工作点计算公式可得)根据静态工作点计算公式可得 结果分析:结果分析:UBEQUCEQ(1/2)VCC,因此,因此:
17、晶晶体管工作在放大状态;体管工作在放大状态;电流电流ICQ过大,若过大,若信号过大将可能产生饱和失真。信号过大将可能产生饱和失真。你现在浏览的是第二十九页,共74页主菜单开 始回 退前 进最 后返 回退 出作?业3.1.2 共射基本放大电路解解:(:(2)根据交流参数计算公式可得)根据交流参数计算公式可得你现在浏览的是第三十页,共74页作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回3.1.2 共射基本放大电路 结果分析:结果分析:由于晶体管的由于晶体管的rbe较小致使放大电路的输较小致使放大电路的输入电阻入电阻Ri较小,因此当信号源内阻较小,因此当信号源内阻RS较大时,较大时,放大倍数放大倍
18、数Aus将有较大的衰减。将有较大的衰减。放大电路输出对负载放大电路输出对负载R RL L可以看做是信号可以看做是信号源。由于放大电路输出是电流源模型,因此源。由于放大电路输出是电流源模型,因此在在R RL L一定时,内阻一定时,内阻R RC C越大越大,负载电阻负载电阻R RL L中分中分流越大,输出电压也越高,所以电压放大流越大,输出电压也越高,所以电压放大倍数倍数Aui越大。越大。你现在浏览的是第三十一页,共74页作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题1.静态工作点稳定的必要性静态工作点稳定的必要性 电源电压的波动、元器件的老化以及因温
19、电源电压的波动、元器件的老化以及因温度的变化所引起晶体管参数的变化,都会造成度的变化所引起晶体管参数的变化,都会造成静态工作点的不稳定,从而使动态性能不稳定,静态工作点的不稳定,从而使动态性能不稳定,甚至引起电路无法正常工作。甚至引起电路无法正常工作。放大电路静态工作点的变化主要体现在放大电路静态工作点的变化主要体现在“扰扰动动”使集电极电流使集电极电流ICQ发生改变,因此在电路发生改变,因此在电路设计上应采用必要的电流负反馈,以保证设计上应采用必要的电流负反馈,以保证ICQ的稳定。的稳定。你现在浏览的是第三十二页,共74页2.典型静态工作点稳定电路典型静态工作点稳定电路作?业退 出主菜单开
20、始回 退前 进最 后返 回3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题图图3.1.18 具有稳定集电极电流具有稳定集电极电流IC的功能。的功能。你现在浏览的是第三十三页,共74页作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题(1)稳定工作点的条件)稳定工作点的条件 在图在图3.1.18b中,合理选择电阻中,合理选择电阻Rb1和和Rb2 的值,可以满足的值,可以满足 。即即 则晶体管的基极电位则晶体管的基极电位VBQ可写作可写作你现在浏览的是第三十四页,共74页3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题 主菜单回 退前 进最 后返 回作?业退 出开
21、 始(2)工作点的稳定过程)工作点的稳定过程 下面举例说明电路的静态分析和动态分下面举例说明电路的静态分析和动态分析。析。你现在浏览的是第三十五页,共74页例例3.1.2 在图在图3.1.18所示的典型静态工作点稳所示的典型静态工作点稳定电路中,已知晶体管的输出特性曲线如定电路中,已知晶体管的输出特性曲线如图图3.1.19,rbb=100,UBEQ=0.7V。作?业退 出主菜单开 始回 退前 进最 后返 回3.1.3 共射放大电路的静态工作点稳定问题你现在浏览的是第三十六页,共74页解:根据解:根据题题目要求和已知条件,首先目要求和已知条件,首先进进行行直流分析;求得直流工作点直流分析;求得直
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