模拟电子技术 第4章 双极结型三极管及放大电路基础.ppt
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1、第四章 半导体三极管及放大电路基础,4.1 半导体三极管(BJT),4.2 共射极放大电路,4.3 图解分析法,4.4 小信号模型分析法,4.5 放大电路的工作点稳定问题,4.6 共集电极电路和共基极电路,4.7 放大电路的频率响应,一、BJT的结构简介,二、BJT的电流分配与放大原理,三、BJT的特性曲线,四、BJT的主要参数,4.1 半导体三极管(BJT),第四章 半导体三极管及放大电路基础,又称半导体三极管、晶体三极管,或简称晶体管。,(Bipolar Junction Transistor),三极管的外形如下图所示:,三极管有两种类型:NPN 型和 PNP 型。,图 1三极管的外形,第
2、四章 半导体三极管及放大电路基础,一、晶体管的结构简介,一、晶体管的结构简介,图 3三极管结构示意图和符号NPN 型,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,基极 b,发射极 e,第四章 半导体三极管及放大电路基础,1、符号,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,发射极 e,基极 b,第四章 半导体三极管及放大电路基础,二、晶体管的电流分配与放大作用,三极管若实现放大,必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。,不具备放大作用,第四章 半导体三极管及放大电路基础,二、晶体管的电流分配与放大作用,三极管放大的外部条件:,第四章 半导体三极管及放大电路基础,(1)外加电
3、源的极性应使发射结处于正向偏置状态(2)集电结处于反向偏置状态。,1、晶体管内部载流子的运动,多数电子在基区继续扩散,到达集电结的一侧。,晶体管内部载流子的运动,第四章 半导体三极管及放大电路基础,(3)集电区收集扩散过来的电子的过程 集电结反偏,有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 Icn。其能量来自外接电源 VCC。,另外,集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流,用ICBO表示。,晶体管内部载流子的运动,第四章 半导体三极管及放大电路基础,2、晶体管的电流分配关系,IEp,ICBO,IE,IC,IB,IEn,IBn,ICn,IE=IC+IB,图5 晶体管
4、内部载流子的运动与外部电流,第四章 半导体三极管及放大电路基础,IE=IEn+IEp IEn,IC=ICn+ICBO ICn,IB=IEp+IBnICBO IBn,第四章 半导体三极管及放大电路基础,3.三极管的三种组态,iB=f(uBE)UCE=const,(2)当uCE1V时,uCB=uCE-uBE0,集电结已进入反偏状态,开始收 集电子,基区复合减少,在同样的uBE下 IB减小,特性曲线右移。,(1)当uCE=0V时,相当于二极管的正向伏安特性曲线。,1、输入特性曲线,第四章 半导体三极管及放大电路基础,三、晶体管的特性曲线,iC=f(uCE)IB=const,2、输出特性曲线,输出特性
5、曲线的三个区域:,第四章 半导体三极管及放大电路基础,(1)共发射极直流电流放大系数=(ICICEO)/IBIC/IB vCE=const,1.电流放大系数,第四章 半导体三极管及放大电路基础,四、BJT的主要参数,第四章 半导体三极管及放大电路基础,(3)共基极直流电流放大系数=(ICICBO)/IEIC/IE,(4)共基极交流电流放大系数=IC/IE VCB=const,当ICBO和ICEO很小时,、,可以不加区分。,第四章 半导体三极管及放大电路基础,(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
6、 发射极开路时,集电结的反向饱和电流。,第四章 半导体三极管及放大电路基础,注意:选择三极管时极间反向饱和电流尽量小些,以减小温度对BJT的影响。硅管与锗管相比反极间反向饱和电流要小得多,3、极限参数,(1)集电极最大允许电流ICM,(3)反向击穿电压,UCBO发射极开路时的集电结反 向击穿电压。,U EBO集电极开路时发射结的反 向击穿电压。,UCEO基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系 UCBOUCEOUEBO,第四章 半导体三极管及放大电路基础,(2)最大集电极耗散功率PCM,PCM=iCuCE,第四章 半导体三极管及放大电路基础,1.既然BJT具有两个PN结
7、,可否用两个二极管相联以构成一只BJT,试说明其理由。,2.能否将BJT的e、c两个电极交换使用,为什么?,3.为什么说BJT是电流控制器件?,思 考 题,第四章 半导体三极管及放大电路基础,例1某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。,解:电流判断法。电流的正方向和KCL。IE=IB+IC,A,B,C,IA,IB,IC,C为发射极B为基极A为集电极。管型为NPN管。,管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。,第四章 半导体三极管及放大电路基础,例2:测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3
8、分别为:(1)U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V(2)U1=3V、U2=2.8V、U3=12V(3)U1=6V、U2=11.3V、U3=12V(4)U1=6V、U2=11.8V、U3=12V判断它们是NPN型还是PNP型?是硅管还是锗管?并确定e、b、c。,第四章 半导体三极管及放大电路基础,(1)U1 b、U2 e、U3 c NPN 硅(2)U1 b、U2 e、U3 c NPN 锗(3)U1 c、U2 b、U3 e PNP 硅(4)U1 c、U2 b、U3 e PNP 锗,原则:先求UBE,若等于0.6-0.7V,为硅管;若等于0.2-0.3V,为锗管。发射结正偏,集电结反偏。NP
9、N管UBE0,UBC0,即UC UB UE PNP管UBE0,UBC0,即UC UB UE(UE UB UC),第四章 半导体三极管 及放大电路基础,电路组成及各元件作用,简化电路及习惯画法,工作原理与波形分析,放大电路的性能指标,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,4.2 共射极放大电路,一、共发射极基本放大电路组成 与各元件作用,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,二、简化电路及习惯画法,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,第四章 半导体三极管及放大电路基础,无输入信号(vi=0)时:,三、工作原理与波形
10、分析,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,VBE,无输入信号(vi=0)时:,?,有输入信号(vi 0)时,vCE=VCC iC RC,四、放大电路的性能指标,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,1、电压放大倍数,2、输入电阻,3、输出电阻,图解分析法,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,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,交流通路及交流负载线,输入交流信号时的图解分析,BJT的三个工作区,4.3.1 静态工作情况分析,4.3.2 动态工作情况分析,放大电路的静态和动态,静态:输入信号为零(vi=0 或 ii=0)时,放大电路的工作状态,也称直流工作状态。,动态:输入信
11、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。一般用IB、IC、和VCE(或IBQ、ICQ、和VCEQ)表示。,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,一、直流通路和交流通路,1、直流通路,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,2、交流通路,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,估算 IBQ、VCEQ、ICQ,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,一般硅管VBE=0.7V,锗管VBE=0.2V。,1、用估算法确定静态值,二、静态工作情况分析,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,采用图解分析法确定静
12、态工作点,必须已知三极管的输入输出特性曲线。,2.用图解分析法确定静态工作点,VCC,Rb,VBB,Rc,C1,C2,T,+,+,+,vi,+,vo,+,+,+,vBE,vCE,iC,iB,iE,非线性部分,线性部分,最后,在输出特性曲线上,与IB=IBQ对应的曲线与直流负载 线交点即为Q点,从而得到VCEQ 和ICQ。,首先,用估算法确定IBQ,在输出特性曲线上,找到IB=IBQ 对应的那一条曲线。,其次,作一条直流负载线VCE=VCCIcRc,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,由交流通路得纯交流负载线:,共射极放大电路,vce=-ic(Rc/RL),因为交流负载线必过Q点,即 vce=
13、vCE-VCEQ ic=iC-ICQ 同时,令RL=Rc/RL,1.交流通路及交流负载线,则交流负载线为,vCE-VCEQ=-(iC-ICQ)RL,即 iC=(-1/RL)vCE+(1/RL)VCEQ+ICQ,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,三、动态工作情况分析,2.输入交流信号时的图解分析,共射极放大电路,通过图解分析,可得如下结论:1.vi vBE iB iC vCE|-vo|2.vo与vi相位相反;3.可以测量出放大电路的电压放大倍数;4.可以确定最大不失真输出幅度。,第四章 半导体三极管及放大电路基础,3、波形非线性失真的分析,(1)截止失真:,ib,vi,结论:iB 波形失真,
14、第四章 半导体三极管 及放大电路基础,静态工作点过低,引起 iB、iC、vCE 的波形失真。,iC、vCE(vo)波形失真,NPN 管截止失真时的输出 vo 波形。,vo=vce,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,截止失真也称为顶部失真,(2)饱和失真:若Q点偏高,当ib按正弦规律变化时,Q/进入饱和区,造成ic和uce的波形与ib(或ui)的波形不一致,对NPN管输出电压uo(即uce)的负半周出现平顶畸变。,饱和失真也称为底部失真,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,饱和失真和截止失真统称为非线性失真。,放大电路的动态范围,放大电路要想获得大的不失真输出幅度,要求:,工作点Q要设置在
15、输出特性曲线放大区的中间部位;,要有合适的交流负载线。,问题:如何求最大不失真输出电压?,Vomax=min(VCEQ-VCES),(VCC-VCEQ),VCC,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,1.能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系;2.方便估算最大输出幅值的数值;3.可直观表示电路参数对静态工作点的影响;4.有利于对静态工作点 Q 的检测等。,第四章 半导体三极管 及放大电路基础,图解法小结,4.用图解法分析电路参数对静态工作点的影响,(1)改变 Rb,保持VCC,Rc,不变;,Rb 增大,,Rb 减小,,Q 点下移;,Q 点上移;,(2)改变 VCC,保持 Rb,Rc,
16、不变;,升高 VCC,直流负载线平行右移,动态工作范围增大,但管子的动态功耗也增大。,Q2,3.改变 Rc,保持 Rb,VCC,不变;,4.改变,保持 Rb,Rc,VCC 不变;,增大 Rc,直流负载线斜率改变,则 Q 点向饱和区移近。,Q2,增大,ICQ 增大,UCEQ 减小,则 Q 点移近饱和区。,图 2.4.9(c),图 2.4.9(d),晶体管在小信号(微变量)情况下工作时,可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线,三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。,一、微变等效条件,研究的对象仅仅是变化量,信号的变
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