半导体三极管及放大电路基础1.ppt
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1、3.1 半导体三极管(BJT),3.2 共射极放大电路,3.3 图解分析法,3.4 小信号模型分析法,3.5 放大电路的工作点稳定问题,3.6 共集电极电路和共基极电路,3.7 放大电路的频率响应,3 半导体三极管及放大电路基础,学习指导,小结,3.8 多级放大电路,作业,学习目标:1、掌握BJT的电流分配关系、放大条件及放大工作原理;2、掌握静态、动态、直流通路、交流通路、频率特性及温度漂移等基本概念;3、掌握结合具体电路进行合理近似的估算法;4、学会用图解法分析放大电路的静态、动态工作情况;5、熟练掌握运用小信号模型等效电路法计算放大电路的动态性能指标;6、熟练掌握共射(包括工作点稳定电路
2、)、共集和共基放大电路的工作原理及特点;7、掌握放大电路频率特性的相关概念;8、会画出近似波特图;9、定性了解多级放大电路频带宽度与单级的关系。10、多级放大电路的分析,3.1.1 BJT的结构简介,3.1 半导体三极管(BJT),3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,3.1.3 BJT的特性曲线,3.1.4 BJT的主要参数,BJT是通过一定的工艺,将两个PN结结合在一起的器件。由于两个PN结之间的相互影响,使BJT表现出不同于单个PN结的特性而具有电流放大作用,从而使PN结的应用发生了质的飞跃。,3.1.1 BJT的结构简介,半导体三极管的结构示意图如下图所示。它有两种类型:NPN型和P
3、NP型。两种类型的三极管,发射结(Je),集电结(Jc),基极,用B或b表示(Base),发射极,用E或e 表示(Emitter);,集电极,用C或c 表示(Collector)。,发射区,集电区,基区,三极管符号,结构特点:,发射区的掺杂浓度最高;,集电区掺杂浓度低于发射区,且面积大;,基区很薄,一般在几个微米至几十个微米,且掺杂浓度最低。,管芯结构剖面图,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,1.内部载流子的传输过程,三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下,通过载流子传输体现出来的。外部条件:发射结正偏,集电结反偏。,发射区:发射载流子 基区:传送和控制载流子集电区:收集载流子,载流子
4、的传输过程,以上看出,三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电,故称为双极型三极管或BJT(Bipolar Junction Transistor)。,载流子运动 动画四,2.电流分配关系,根据传输过程可知,IC=InC+ICBO,IB=IB-ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+IC,载流子的传输过程,3.三极管的三种组态,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,4.放大作用,若,vI=20mV,使,当,则,电压放大倍数,VEE,VCC,VEB,IB,IE,IC,
5、vI,+vEB,+iC,+iE,+iB,iE=-1 mA,,iC=iE=-0.98 mA,,vO=-iC RL=0.98 V,,=0.98 时,,VBB,VCC,VBE,IB,IE,IC,vI,+vBE,+iC,+iE,+iB,vI=20mV,设,若,则,电压放大倍数,iB=20 uA,vO=-iC RL=-0.98 V,,=0.98,使,4.放大作用,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。,BJT的
6、电流分配与放大原理,vCE=0V,iB=f(vBE)vCE=const,(2)当vCE1V时,vCB=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,3.1.3 BJT的特性曲线,死区,非线性区,线性区,iC=f(vCE)iB=const,2.输出特性曲线,3.1.3 BJT的特性曲线,共射输出特性 动画五,特性曲线,判断三极管工作状态的依据:,饱和区:,发射结正偏,集电结正偏,截止区:,发射结反偏,集电结反偏,或:,Ube0.5V(Si),|Ube|0.2V
7、(Ge),放大区:,发射结正偏,集电结反偏,3.1.4 BJT的主要参数,(1)共发射极直流电流放大系数,1.电流放大系数,(2)共发射极交流电流放大系数=IC/IBvCE=const,(3)共基极直流电流放大系数 IC/IE,(4)共基极交流电流放大系数=IC/IE VCB=const,(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=(1+)ICBO,2.极间反向电流,ICEO,(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。,3.1.4 BJT的主要参数,(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,
8、3.1.4 BJT的主要参数,当集电极电流增加时,就要下降,当值下降到线性放大区值的2/3时所对应的最大集电极电流。,ICICM时,并不表示三极管会损坏。只是管子的放大倍数降低。,(3)反向击穿电压,V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR)EBO,由PCM、ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,基本放大电路组成,简单工作原理,放大电路的静态和动态,直流通路和交流通路,放大的概念,3.2 共射极放大电路,基本放大电路一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路。,1.放大电路主要用于放大微弱信号,输出电压或电流在幅度上得
9、到了放大,输出信号的能量得到了加强。,2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的,只是经过三极管的控制,使之转换成信号能量,提供给负载。,1、放大的概念,三 极 管T负载电阻RC、RL偏置电路VBB、Rb耦合电容Cb1、Cb2电源VBB、VCC,起放大作用,将变化的集电极电流转换为电压输出,使三极管工作在线性区给输出信号提供能量,起隔直作用,对交流起耦合的作用,组成原则:,1、发射结正偏,集电结反偏,2、输入信号能加到三极管上,3、输出信号能有效地传送到负载,4、不失真地放大信号,2、基本放大电路的组成,发射结正偏,极电结反偏,Vi=0,Vi=Vsint,3、简单工作原理,工作点合适,工作点偏
10、低,静态:输入信号为零时,放大电路的工作状态,也称直流工作状态。,动态:输入信号不为零时,放大电路的工作状态,也称交流工作状态。,电路处于静态时,三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点,称为静态工作点,常称为Q点.常用IB、IC和VCE(或IBQ、ICQ和VCEQ)表示。,#放大电路为什么要建立合适的静态工作点?,4.放大电路的静态和动态,共射极放大电路,5.简化电路形式,放大电路的分析指标:增益(放大倍数)、输入阻抗、输出阻抗、非线性失真、频率响应等。,交流通路,直流通路,共射极放大电路,6.直流通路和交流通路,3.3 图解分析法,用近似估算法求静态工作点,用图解分析法确定静态工作点
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