晶体三极管及其基本放大电路不含频率响应.pptx

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1、第四章第四章 晶体三极管及其基本放大电路晶体三极管及其基本放大电路4.1 4.1 晶体三极管晶体三极管4.2 4.2 放大电路的组成原则放大电路的组成原则4.3 4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法4.4 4.4 晶体管放大电路的三种接法晶体管放大电路的三种接法4.5 4.5 放大电路的频率响应放大电路的频率响应第1页/共69页4.1 4.1 晶体三极管晶体三极管一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性四、温度对晶体管特性的影响四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数五、主要参

2、数第2页/共69页 一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号多子浓度高多子浓度很低，且很薄面积大晶体管有三个极、三个区、两个PN结。小功率管中功率管大功率管为什么有孔？第3页/共69页二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理 扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使扩散到基区的电子（非平衡少子）中的极少数与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴的扩散第4页/共69页电流分配：电流分配：I IE EI IB BI IC C

3、I IE E扩散运动形成的电流扩散运动形成的电流 I IB B复合运动形成的电流复合运动形成的电流 I IC C漂移运动形成的电流漂移运动形成的电流穿透电流集电结反向电流直流电流放大系数交流电流放大系数为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？第5页/共69页（1）集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO（穿透电流）ICEO=（1+）ICBO 第6页/共69页三、晶体管的共射输入特性和输出特三、晶体管的共射输入特性和输出特性性为什么UCE增大曲线右移？对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所

4、有输入特性曲线。为什么像PN结的伏安特性？为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？1.输入特性第7页/共69页2.2.输出特性输出特性是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下?对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？饱和区放大区截止区第8页/共69页晶体管的三个工作区域晶体管的三个工作区域 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC。状态状态uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和

5、 UoniB uBE第9页/共69页四、温度对晶体管特性的影响四、温度对晶体管特性的影响第10页/共69页五、主要参数五、主要参数 直流参数：、ICBO、ICEOc-e间击穿电压最大集电极电流最大集电极耗散功率，PCMiCuCE安全工作区 交流参数：、fT（使1的信号频率）极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO第11页/共69页1、分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态；2、已知T导通时的UBE0.7V，若当uI=5V，则在什么范围内T处于放大状态，在什么范围内T处于饱和状态？通过uBE是否大于Uon判断管子是否导通。临界饱和时的讨论一讨论一第12页/共69页讨论二讨论二

6、由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、。2.7uCE=1V时的iC就是ICMU（BR）CEO第13页/共69页利用Multisim分析图示电路在V2小于何值时晶体管截止、大于何值时晶体管饱和。讨论三讨论三约小于0.5V时截止约大于1V时饱和o以V2作为输入、以节点1作为输出，采用直流扫描的方法可得输出电压与输出电压之间函数关系的曲线，即电压传输特性。第14页/共69页2.1 2.1 放大的概念与放大电路的放大的概念与放大电路的性能指标性能指标一、放大的概念一、放大的概念二、放大电路的性能指标二、放大电路的性能指标第15页/共69页一、一、放大的概念放大的概念u放大的本质：能量的控制，

7、利用有源元件实现VCC至少一路直流电源供电，是能源判断电路能否放大的基本出发点u放大的特征：功率放大常用正弦波做测试信号u放大的对象：变化量u放大的基本要求：不失真放大的前提输入信号为零时为静态。能够控制能量的元件第16页/共69页二、二、性能指标性能指标：研究的是动态性能。1.放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。第17页/共69页2.2.输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值输入电压与

8、输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻第18页/共69页3 3、通频带、通频带4、最大不失真输出电压Uom：交流有效值。由于电容、电感及半导体元件的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率5、最大输出功率和效率：功率放大电路的主要指标参数。功率放大电路的主要指标参数。扩音机的 fL和 fH为多少？第19页/共69页4.2 4.2 放大电路的组成原则放大电路的组成原则一、基本共射放大电路的工作原理一、基本共射放大电路的工作原理二、如何组成放大电路二、如何组成放大电路第20页/共69页一、一、基本共射放

9、大电路的工作原基本共射放大电路的工作原理理VBB、Rb：使UBE Uon，且有合适的IB。VCC：使UCEUBE，同时作为负载的能源。Rc：将iC转换成uCE(uO)。动态信号作用时：输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。共射1.电路的组成及各元件的作用第21页/共69页2.2.设置静态工作点的必要性设置静态工作点的必要性 输出电压必然失真！设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？第22页/共6

10、9页3.3.基本共射放大电路的基本共射放大电路的波形分析波形分析饱和失真底部失真截止失真顶部失真输出和输入反相！动态信号驮载在静态之上与iC变化方向相反 要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！第23页/共69页二、如何组成放大电路二、如何组成放大电路静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。1.组成原则第24页/共69页2 2.两种实用放大电路两种实用放大电路：（1 1）直接耦合放大电路直接耦合放大电路问题：1.两种电源2.信号

11、源与放大电路不“共地”共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，动态时，b-e间电压是uI与VCC的共同作用的结果。将两个电源合二为一有直流分量有交流损失第25页/共69页（2 2）阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。静态时，C1、C2上电压？动态时，C1、C2为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。第26页/共69页讨论讨论：试用试用PNP型管分别组成直接耦合和阻容耦合共型管分别组成直接耦合和阻容耦合共射放大电路。射放大电路。照葫芦画瓢！第27页/共69页4.3 4.3

12、 放大电路的分析方法放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路一、放大电路的直流通路和交流通路二、二、图解法三、三、等效电路法第28页/共69页一、放大电路的直流通路和交流通路一、放大电路的直流通路和交流通路1.直流通路：Us=0，保留Rs；电容开路；电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。2.交流通路：大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路（内阻为0）。通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。第29页/共69页基本共射放大电路的直流通路和交流通路基本共射放大电路的直流通路和交流通路 列晶体管输

13、入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令ICQIBQ，可估算出静态工作点。VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。第30页/共69页当VCCUBEQ时，已知：VCC12V，Rb600k，Rc3k，100。Q？直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路通路第31页/共69页讨论一讨论一：画图示电路的直流通路和交流通路。第32页/共69页二、图解法二、图解法 应实测特性曲线应实测特性曲线 输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线1.静态分析：图解二元方程第33页/共69页2.2.电压放大倍数的分析电压放大倍数的

14、分析斜率不变第34页/共69页3.3.失真分析失真分析截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！减小Rb能消除截止失真吗？第35页/共69页饱和失真消除方法：增大Rb，减小Rc，减小，减小VBB，增大VCC。Rb或或VBB Rc或VCC：饱和失真是输出回路产生失真。o最大不失真输出电压Uom：比较UCEQ与（VCC UCEQ），取其小者，除以 。这可不是好办法！第36页/共69页直流负载线和交流负载线Uom=?Q点在什么位置Uom最大？交流负载线应过Q点，且斜率决定于（RcRL）第37页/共69页形象直观；适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出

15、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。4.4.图解法的特点图解法的特点第38页/共69页讨论二讨论二1、在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？2、从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？3、设计放大电路时，应根据什么选择VCC？讨论一第39页/共69页讨论三讨论三2、空载和带载两种情况下Uom分别为多少？3、在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？已知ICQ2mA，UCES0.7V。1、在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若

16、带负载情况呢？讨论二第40页/共69页三、等效电路法三、等效电路法半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。1.直流模型：适于Q点的分析理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。输入回路等效为恒压源输出回路等效为电流控制的电流源第41页/共69页2.2.晶体管的晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）参数等效模型（交流等效模型）在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。低频小信号模型第42页/共69页在低频、小信号作用下的关系式交流等效模型（按式子画模型）电阻无量纲无量纲电导第43页/共69页h

17、h参数的物理意义b-e间的动态电阻内反馈系数电流放大系数c-e间的电导分清主次，合理近似！什么情况下h12和h22的作用可忽略不计？第44页/共69页简化的h h参数等效电路交流等效模型查阅手册基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略利用PN结的电流方程可求得由IEQ算出在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！第45页/共69页3 3.放大电路的动态分析放大电路的动态分析放大电路的交流等效电路第46页/共69页阻容耦合共射放大电路的动态分析输入电阻中不应含有Rs!输出电阻中不应含有RL!第47页/共69页讨论一讨论一：基本共射放大电路带负载情况下的静态分析和动态分析QIBQ35AUBEQ0

18、.65V 为什么用图解法求解IBQ和UBEQ？第48页/共69页讨论二讨论二：电路如图如何增大电压放大倍数？直流负载线和交流负载线？在Rb变化使Q点变化时，在不失真的情况下，电压放大倍数的数值如何变化？Uom可能如何变化？在Ui不变的情况下，Rb减小，Uo如何变化？Au如何变化？当Uo最大时，再减小Rb，会出现失真吗？在什么情况下，空载时输出电压失真，带上负载后不失真了？不能将电子电路中动态参数的表达式看成纯数学式子，注意每个字母的物理意义！增大，不可行！增大时要适可而止！增大，不一定行！第49页/共69页4.4 4.4 晶体管放大电路的三种接法晶体管放大电路的三种接法一、静态工作点稳定的共射

19、放大电路一、静态工作点稳定的共射放大电路二、基本共集放大电路二、基本共集放大电路三、基本共基放大电路三、基本共基放大电路四、三种接法的比较四、三种接法的比较第50页/共69页一、一、静态工作点稳定的共射放大电路静态工作点稳定的共射放大电路 所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。若温度升高时要Q回到Q，则只有减小IBQ。T（）ICQQICEO若UBEQ不变IBQQ1.温度对静态工作点的影响第51页/共69页2 2、静态工作点稳定的静态工作点稳定的典型电路典型电路 直流通路？Ce为旁路电容，在交流通路中可视为短路（1 1）电路组成第52页/共69页（2

20、2）稳定原理 为了稳定Q点，通常I1 IB，即I1 I2；因此基本不随温度变化。设UBEQ UBEUBE，若UBQ UBEUBE，则IEQ稳定。第53页/共69页Re 的作用：T()ICUE UBE（UB基本不变）IB IC Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。关于反馈的一些概念：将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。Re有上、下限值吗？IC通过Re转换为UE影响UBE温度升高IC增大，反馈的结果使之减小第54页/共69页（3 3）Q 点分析分压式电流负反馈工作点稳定

21、电路Rb上静态电压是否可忽略不计？判断方法：第55页/共69页（4 4）动态分析利?弊?无旁路电容Ce时：如何提高电压放大能力？第56页/共69页3.3.稳定静态工作点的方法稳定静态工作点的方法引入直流负反馈温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。例如，Rb1或Rb2采用热敏电阻。它们的温度系数？第57页/共69页讨论一讨论一图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？若采用了措施，则是什么措施？第58页/共69页二、基本共集放大电路二、基本共集放大电路1.静态分析第59页/共69页2.2.动态分析动态分析：电压放大倍数故称之为射极跟随器Uo Ui第60页/共69页2.

22、2.动态分析动态分析：输入电阻的分析Ri与负载有关！RL带负载电阻后从基极看Re，被增大到（1+）倍第61页/共69页2.2.动态分析动态分析：输出电阻的分析（“加压求流法”）Ro与信号源内阻有关！3.特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！令Us为零，保留Rs，在输出端加Uo，产生Io,。从射极看基极回路电阻，被减小到（1+）倍第62页/共69页三、基本共基放大电路三、基本共基放大电路1.静态分析第63页/共69页2.2.动态分析动态分析3.特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！第64页/共69页四、三种接法的比较四、三种接法的比较：空载情况下 接法 共射 共集 共基 Au 大 小于1 大 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 频带 窄 中 宽第65页/共69页讨论二：讨论二：图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。接法接法共射共射共集共集共基共基输入输入bbe输出输出cec第66页/共69页电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。1、Q为多少？2、Re有稳定Q点的作用吗？3、电路的交流等效电路？4、V 变化时，电压放大倍数如何变化？讨论三讨论三第67页/共69页讨论三讨论三第68页/共69页感谢您的观看。第69页/共69页