半导体三极管放大电路基础.ppt
《半导体三极管放大电路基础.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《半导体三极管放大电路基础.ppt(173页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、1,第2章 半导体三极管放大电路基础,授课人:庄友谊,模拟电子技术,2,第2章 半导体三极管放大电路基础,2.1 三极管工作原理2.2 共射极放大电路2.3 图解分析法2.4 微变等效电路分析法2.5 工作点稳定的放大电路2.6 共集电极放大电路和共基极放大电路,3,2.1 三极管工作原理,BJT全称为双极型半导体三极管,内部有自由电子和空穴两种载流子参与导电。种类很多:有硅管和锗管,有高频管和低频管,有大、中、小功率管。,4,2.1.1 三极管的结构与符号:,基极,发射极,集电极,NPN型,PNP型,几微米至几十微米,5,发射结,集电结,6,基区:较薄,掺杂浓度低,集电区:面积较大,发射区:
2、掺杂浓度较高,7,为使发射区发射电子,集电区收集电子,必须具备的条件是:a.发射结加正向电压(正向偏置):NPN管:Vbe0;PNP管:Vbe0,2.1.2 三极管放大的工作原理,8,RC,EB,RB,EC,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合,形成复合电流IBN,多数扩散到集电结,发射结正偏,发射区电子不断向基区扩散,形成发射结电子扩散电流IEN,1、发射区向基区扩散其多数载流子:,2、载流子在基区的扩散与复合:,9,EB,RB,集电结反偏,有少子形成的反向电流ICBO,RC,EC,从基区扩散来的电子作为集电结的少子,漂移进入集电结而被收集,形成ICN。,3、集电区收集载流子:,10,IB=
3、IEP+IBN-ICBOIBN,11,12,IE=IEN+IEP 且有IENIEP IEN=ICN+IBN 且有IEN IBN,ICNIBN,IC=ICN+ICBO,IB=IEP+IBNICBO,IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN=(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)IE=IC+IB,于是可得如下电流关系式:,13,ICN与IEN之比称为共基直流电流放大倍数,总结:要使三极管能放大电流,必须使发射结正偏,集电结反偏(外部条件)。且发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度,基区很薄(内部条件),ICN与IBN之比称为共射直流电流放大倍数,14,IC=ICN+ICBO,IE=IEP
4、+IENICN,15,16,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;,三极管的三种组态,双极型三极管有三个电极,其中一个可以作为输入,一个可以作为输出,这样必然有一个电极是公共电极,在放大电路中有三种接法,三种接法也称三种组态。,17,BJT在电压放大电路中的应用举例,其信号放大的原理如下:VEE+vi(vi=20mV)iE(iE=1mA)iC(iC=-0.98mA)vo=-iC*RL(vo=-iC*RL=0.981=0.98V),vo/vi 增大倍数称为电压增益 Av=vo/vi=(0.9810
5、00/20)=49,18,2.1.3 三极管的V-I特性曲线,实验线路,一、共射极连接时的V-I特性曲线,19,1、输入特性:,工作压降:硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。,死区电压,硅管0.5V,锗管0.2V。,20,2、输出特性,IC(mA),此区域满足IC=IB称为线性区(放大区)。,当UCE大于一定的数值时,IC只与IB有关,IC=IB。,21,此区域中UCEUBE,集电结正偏,IBIC,UCE0.3V称为饱和区。,22,此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电压,称为截止区。,23,输出特性三个区域的特点:,放大区:发射结正偏,集电结反偏。即:IC=IB,
6、且 IC=IB,(2)饱和区:发射结正偏,集电结正偏。即:VCEUBE,IBIC,硅管:VCE0.3V 锗管:VCE0.1V,(3)截止区:VBE 死区电压,IB=0,IC=ICEO 0,例:=50,USC=12V,RB=70k,RC=6k,当USB=-2V,2V,5V时,晶体管的静态工作点Q位于哪个区?,当USB=-2V时:,IB=0,IC=0,IC最大饱和电流:,Q位于截止区,例:=50,USC=12V,RB=70k,RC=6k,当USB=-2V,2V,5V时,晶体管的静态工作点Q位于哪个区?,IC ICmax(=2mA),Q位于放大区。,USB=2V时:,USB=5V时:,例:=50,U
7、SC=12V,RB=70k,RC=6k,当USB=-2V,2V,5V时,晶体管的静态工作点Q位于哪个区?,Q 位于饱和区,此时IC 和IB 已不是 倍的关系。,27,二、共基极连接时的V-I特性曲线,28,1、输入特性:,29,2、输出特性,此区域满足IC=IB称为线性区(放大区)。,饱和区,截止区,30,2.1.4 三极管的主要参数,共射直流电流放大倍数:,共射交流电流放大倍数:,1.电流放大系数:,共基直流电流放大倍数:,共基交流电流放大倍数:,31,例:UCE=6V时:IB=40 A,IC=1.5 mA;IB=60 A,IC=2.3 mA。,在以后的计算中,一般作近似处理:=,32,(1
8、)集-基极反向饱和电流ICBO,ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流,受温度的变化影响。,2、极间反向电流:,33,B,E,C,N,N,P,ICBO进入N区,形成IBE。,根据放大关系,由于IBE的存在,必有电流IBE。,集电结反偏有ICBO,(2)集-射极反向饱和电流ICEO,ICEO受温度影响很大,当温度上升时,ICEO增加很快,所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,34,(1)集电极最大电流ICM,集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降,当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,(2)反向击穿电压,射-基反向极击穿电压U(BR)EBO:几伏集-基反向极击穿电
9、压U(BR)CBO:几十几百伏集-射反向击穿电压U(BR)CEO:介于两者之间,3、极限参数:,35,(3)集电极最大允许功耗PCM,集电极电流IC 流过三极管,所发出的焦耳 热为:,PC=ICUCE,必定导致结温上升,所以PC 有限制。,PCPCM,ICUCE=PCM,安全工作区,36,4、频率参数:,1.共发射极截止频率f:,2.共基极截止频率f:,3.特征截止频率fT:,|=0.707|max,|=0.707|max,|下降到1时对应的频率,f=(1+|max)f,fT|max f,37,国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B,第二位:A锗PNP管、B锗NPN管、C硅P
10、NP管、D硅NPN管,第三位:X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管,用字母表示材料,用字母表示器件的种类,用数字表示同种器件型号的序号,用字母表示同一型号中的不同规格,三极管,半导体三极管的型号,例如:3AX31D、3DG123C、3DK100B,38,双极型三极管的参数,注:*为 f,39,2.1.5 温度对三极管参数及性能的影响,1、温度对BJT参数的影响:,温度对BJT的UBE、ICEO、U(BR)CBO和U(BR)CEO都有一定的影响,T,UBE,ICEO,U(BR)CBO,U(BR)CEO,40,2、温度对BJT特性曲线的影响:,温度升高,输入特性
11、曲线左移,说明在同样的iB下,UBE减小。,温度升高,、ICEO、ICBO都增大,即输出特性曲线上移。,41,电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示,如图:,2.2 共射极放大电路,Au,包含有半导体器件,42,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,43,放大元件iC=iB,工作在放大区,要保证集电结反偏,发射结正偏。,输入,输出,参考点,作用:使发射结正偏,并提供适当的静态工作点。,集电极电源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。,2.2.1 单管共射放大电路,44,直流通道
12、和交流通道,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。,但是,电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大,可以认为它对交流不起作用,即对交流短路。而对直流可以看成开路,这样,交直流所走的通道是不同的。,交流通道:只考虑交流信号的分电路。直流通道:只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。,45,1、静态对直流信号(只考虑+VCC),46,2、动态对交流信号(输入信号ui),ui,uo,耦合电容:电解电容,有极性。大小为10F50F,作用:隔离输入输出与电路直流的联系,同时能使信号顺利输入输出。,实际:,48,符号规定:,VA,大写字母、大写下标,表示
13、直流量。,vA,小写字母、大写下标,表示全量。,va,小写字母、小写下标,表示交流分量。,vA,va,全量,交流分量,t,VA直流分量,49,电路改进:采用单电源供电,54,直流通道,55,交流通路,56,放大器的性能指标:,1、电压放大倍数Au,Ui 和Uo 分别是输入和输出电压的有效值。,Au是复数,反映了输出和输入的幅值比与相位差。,57,2、输入电阻ri,放大电路一定要有前级(信号源)为其提供信号,那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大,从其前级取得的电流越小,对前级的影响越小。,定义:,即:ri越大,Ii 就越小,ui就越接近uS,问题:
14、Au 和 Aus 的关系如何?,定义:,Aus称源电压放大倍数,59,3、输出电阻ro,放大电路对其负载而言,相当于信号源,我们可以将它等效为戴维南等效电路,这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,60,戴维南定理:,任何一个线性有源单口网络,可用一个电压源串联一个阻抗来代替,其电压源的电压等于该网络端口的开路电压,而等效阻抗则为全部独立源为零时从端口看进去的阻抗。,例:,61,如何确定电路的输出电阻ro?,步骤:,1.所有的电源置零(将独立源置零,保留受控源)。,2.加压求流法。,方法一:计算。,思考,62,方法二:测量。,1.测量开路电压。,2.测量接入负载后的输出电压。,步骤:,3.计算
15、。,63,4、通频带,通频带:,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,64,2.3 图解法分析法,由于电源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,当放大电路没有输入信号(vi0)时,电路各点电压、电流都是直流,称为直流工作状态或静止状态,简称静态。,静态工作点的图解分析,65,IBQ,ICQ,(ICQ,UCEQ),(IBQ,UBEQ),66,(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点(Q点)。,67,1近似估算Q点:,静态工作点的确定:,68,直流负载线,一般可认为:硅管UBEQ为0.7V,锗管为0.3V,
16、IBQ,2图解法确定Q点:,69,与输出特性的交点就是Q点,直流负载线,UCEIC满足什么关系?,1.三极管的输出特性。,2.UCE=VCCICRC。,直流负载线,IB,70,假设uBE有一微小的变化,uce与ui反相,2.3.2 动态工作情况的图解法分析:,1、RL=:,71,各点波形,72,交流负载线:,其中:,2、RL:,73,iC 和 uCE是全量,与交流量ic和uce有如下关系,所以:,这条直线通过Q点,称为交流负载线。,74,交流负载线的作法,IB,过Q点作一条直线,斜率为:,交流负载线,75,假设uBE有一微小的变化,uce与ui反相,直流负载线,交流负载线,76,图解法的步骤:
17、,1、确定静态工作点,2、画直流负载线,3、画交流负载线,4、作图:viiBiC、vCEvo,5、求放大倍数:,6、还可以确定最大不失真输出电压的幅度(动态范围),77,实现放大的条件,1.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏,集电结反偏。,2.正确设置静态工作点,使整个波形处于放大区。,3.输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。,4.输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压,经电容滤波只输出交流信号。,78,如何判断一个电路是否能实现放大?,3.晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏,集电结反偏。,4.正确设置静态工作点,使整个波形处于放大区。如果已给定电路的参数,则计算静态工作点来判
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 半导体 三极管 放大 电路 基础
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-5096238.html