41、双极结型三极管及放大电路基础.ppt

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1、1,4 双极结型三极管及放大电路基础,4.1 半导体三极管,4.3 放大电路的分析方法,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路,4.2 共射极放大电路的工作原理,4.6 组合放大电路,4.7 放大电路的频率响应,2,4.1 半导体三极管,4.1.1 BJT的结构简介,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,4.1.3 BJT的VI特性曲线,4.1.4 BJT的主要参数,3,4.1.1 BJT的结构简介,(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管,NPN型管和PNP型管,4,&1,4.1.1 BJT的结构简介,(a)NPN型管结构示意图(b)

2、PNP型管结构示意图(c)NPN管的电路符号(d)PNP管的电路符号,NPN,PNP,5,三极管的型号命名,6,7,外部条件：发射结正偏,集电结反偏:,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,1.内部载流子的传输过程,发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子（以NPN为例）,IC=ICN+ICBO,IE=IB+IC,&1,IE=IEN+IEP(4.1.1a),eO空穴,&2,8,补充：,9,2.电流分配关系,根据传输过程可知,IC=ICN+ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,10,且令,2.电流分配关系,11,3.三极管的三种

3、组态,共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。,共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,BJT的三种组态,12,共基极放大电路,4.放大作用,电压放大倍数,vO=-iC RL=0.98 V，,13,综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,14,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,iB=f(vBE)vCE=const,(2)当vCE1V时，vC

4、B=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，特性曲线右移。,(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1.输入特性曲线,（以共射极放大电路为例）,共射极连接,&1,测BJT的V-I曲线电路,15,饱和区：iC受vCE控制明显的区域，该区域内，一般vCE0.7V(硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。,iC=f(vCE)iB=const,2.输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域:,截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压。,放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。

5、此时，发射结正偏，集电结反偏。,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,16,17,18,19,共发射极直流电流放大系数=（ICICEO）/IBIC/IB IC ICEO,直流电流放大系数,4.1.4 BJT的主要参数,与iC的关系曲线,1、电流放大系数,20,共基极直流电流放大系数=（ICICBO）/IEIC/IE IC ICBO,21,交流电流放大系数,4.1.4 BJT的主要参数,共发射极交流电流放大系数=IC/IBvCE=const,22,共基极交流电流放大系数=IC/IEvCB=const,当ICBO和ICEO很小时、。,23,2.极间反向电流,(1)集电极基极间反向饱和电流ICBO

6、发射极开路时，集电结的反向饱和电流。,4.1.4 BJT的主要参数,24,(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO,ICEO=（1+）ICBO,4.1.4 BJT的主要参数,2.极间反向电流,25,(1)集电极最大允许电流ICM,(2)集电极最大允许功率损耗PCM,PCM=ICVCE,3.极限参数,4.1.4 BJT的主要参数,26,3.极限参数,4.1.4 BJT的主要参数,(3)反向击穿电压,V(BR)CBO发射极开路时的集电结反向击穿电压。,V(BR)EBO集电极开路时发射结的反向击穿电压。,V(BR)CEO 基极开路时 ce 间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV

7、(BR)CEOV(BR)EBO,27,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响,(1)温度对ICBO的影响,温度每升高10，ICBO约增加一倍。,(2)温度对 的影响,温度每升高1，值约增大0.5%1%。,(3)温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响,温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。,2.温度对BJT特性曲线的影响,1.温度对BJT参数的影响,end,28,29,4.2 共射极放大电路的工作原理,4.2.1 基本共射极放大电路的组成,图4.2.1 基本共射极放大电路,&1,30,4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理,1.静态(直流工作状态),

8、输入信号vi0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。,直流通路,VCEQ=VCCICQRc,输入回路方程：,输出回路：,31,4.2.2 基本共射极放大电路的工作原理,2.动态,输入正弦信号vs后，电路将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。,交流通路,32,4.3 放大电路的分析方法,4.3.1 图解分析法,4.3.2 小信号模型分析法,1.静态工作点的图解分析,2.动态工作情况的图解分析,3.非线性失真的图解分析,4.图解分析法的适用范围,1.BJT的H参数及小信号模型,2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,3.小信号模型分

9、析法的适用范围,33,4.3.1 图解分析法,1.静态工作点的图解分析,采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。,共射极放大电路,34,4.3.1 图解分析法,1.静态工作点的图解分析,列输入回路方程,列输出回路方程（直流负载线）VCE=VCCiCRc,首先，画出直流通路,直流通路,35,在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。,作出直线，它与输入特性曲线的交点即是Q点，得到IBQ。,36,画交流通路规则：容量大的电容（如耦合电容）视为短路；无内阻的直流电源（VCC）视为短路；交流通路如下图（b）所示

10、。,2.动态工作情况的图解分析,37,根据vs的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出vBE、iB 的波形,2.动态工作情况的图解分析,38,根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和vCE 的波形,2.动态工作情况的图解分析,39,2.动态工作情况的图解分析,共射极放大电路中的电压、电流波形,40,3.静态工作点对波形失真的影响 p122,41,饱和失真的波形,3.静态工作点对波形失真的影响,42,4.图解分析法的适用范围：,幅度较大而工作频率不太高的情况,优点：直观、形象。,缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。,43,4.

11、3.2 小信号模型分析,1.BJT的H参数及小信号模型,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,小范围内的特性曲线近似地直线化,三极管小信号模型，就是将非线性的三极管做线性化处理。,44,1.BJT的H参数及小信号模型,H参数的引出,在小信号情况下，对上两式取全微分得,小信号用交流分量表示,vbe=hieib+hrevce,ic=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=const,iC=f(vCE)iB=const,可以写成：,BJT双口网络,&1,45,输出端交流短路时的输入电阻；,输出交流短路时的正向电流传输比(电流放大系数)

12、,输入端交流开路时的反向电压传输比,输入端交流开路时的输出电导。,其中：,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,1.BJT的H参数及小信号模型,H参数的引出,46,1.BJT的H参数及小信号模型,H参数小信号模型,根据,可得小信号模型,BJT的H参数模型,BJT双口网络,47,1.BJT的H参数及小信号模型,H参数小信号模型,H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。,&1,48,1.BJT的H参数及小信号模型,模型的简化,hre和hoe都很小，常忽略它们的影响。,BJT在共射连接时，其H参数的

13、数量级一般为,49,1.BJT的H参数及小信号模型,H参数的确定,一般用测试仪测出；,rbe 与Q点有关.&1,rbe=rbb+(1+)re&2,其中对于低频小功率管 rbb200,则,50,4.3.2 小信号模型分析法,2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（1）利用直流通路求Q点,共射极放大电路,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。,51,2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（2）画小信号等效电路,H参数小信号等效电路,52,2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（3）求放大电路动态指标,根据,则电压增益为,（可作为公式）,电压增益,H参数小信号

14、等效电路,53,2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路,（3）求放大电路动态指标,输入电阻,输出电阻,54,3.小信号模型分析法的适用范围,放大电路的输入信号幅度较小，BJT工作在其VT特性曲线的线性范围（即放大区）内。H参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。,优点：分析放大电路的动态性能指标(Av、Ri和Ro等)非常方便，且适用于频率较高时的分析。,4.3.2 小信号模型分析法,缺点：在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及BJT的H参数均是针对变化量(交流量)而言的，不能用来分析计算静态工作点。,55,共射极

15、放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：,（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）,解：（1）,（2）当Rb=100k时，,静态工作点为Q（40A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。,其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：,，所以BJT工作在饱和区。,VCE不可能为负值，,此时，Q（120uA，6mA，0V），,例题,end,56,4.4 放大电路静态工作点的稳定问题,4.4.1 温度对静态工作点的影响,4.4.2 射极偏置

16、电路,1.基极分压式射极偏置电路,2.含有双电源的射极偏置电路,3.含有恒流源的射极偏置电路,p133,57,4.4.1 温度对静态工作点的影响,4.1.6节讨论过，温度上升时，BJT的反向电流ICBO、ICEO及电流放大系数或都会增大，而发射结正向压降VBE会减小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流ICQ随温度升高而增加（ICQ=IBQ+ICEO），从而使Q点随温度变化。,要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流IBQ。,58,4.4.2 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

17、本不变，则可实现静态工作点的稳定。,T,IC,IE,VE、VB不变,VBE,IB,（反馈控制）,1.基极分压式射极偏置电路,(a)原理电路(b)直流通路,I1比IB越大，稳定控制的作用越好,59,b点电位基本不变的条件：,I1 IBQ，,此时，,VBQ与温度无关,VBQ VBEQ,Re取值越大，反馈控制作用越强,1.基极分压式射极偏置电路,（1）稳定工作点原理,一般取 I1=(510)IBQ，VBQ=（35）,为了兼顾其他指标，对硅管：,锗管：,I1=(1020)IBQ，VBQ=（13）,60,1.基极分压式射极偏置电路,（2）放大电路指标分析,静态工作点,61,电压增益,画小信号等效电路,（2）放大电路指标分析,62,电压增益,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,（2）放大电路指标分析,（可作为公式用）,63,电压增益：,讨论,64,输入电阻,则输入电阻,放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻,（2）放大电路指标分析,65,输出电阻,输出电阻,求输出电阻的等效电路,其中,（2）放大电路指标分析,66,2.含有双电源的射极偏置电路 p139,（1）阻容耦合,静态工作点,67,2.含有双电源的射极偏置电路,（2）直接耦合,68,3.含有恒流源的射极偏置电路,静态工作点由恒流源提供,end,