模拟第2章晶体管放大.ppt
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1、,2.1 晶体管,2.2 放大的概念及放大电路的性能指标,2.3 共发射极放大电路的组成及工作原理,2.4 放大电路的图解分析法,2.5 放大电路的微变等效电路分析法,2.6 分压式稳定静态工作点电路,2.7 共集电极放大电路,2.8 共基极放大电路,2.9 组合单元放大电路,小结,第2章 晶体管及其基本放大电路,2.1晶体管,2.1.1 晶体三极管,2.1.2 晶体三极管的特性曲线,2.1.3 晶体三极管的主要参数,(Semiconductor Transistor),2.1.1 晶体三极管,一、结构、符号和分类,发射极 E,基极 B,集电极 C,发射结,集电结,基区,发射区,集电区,emi
2、tter,base,collector,NPN 型,PNP 型,分类:,按材料分:硅管、锗管,按功率分:小功率管 500 mW,按结构分:NPN、PNP,按使用频率分:低频管、高频管,大功率管 1 W,中功率管 0.5 1 W,二、电流放大原理,1.三极管放大的条件,内部条件,发射区掺杂浓度高,基区薄且掺杂浓度低,集电结面积大,外部条件,发射结正偏集电结反偏,2.满足放大条件的三种电路,共发射极,共集电极,共基极,3.三极管内部载流子的传输过程,1)发射区向基区注入多子电子,形成发射极电流 IE。,I CN,多数向 BC 结方向扩散形成 ICN。,IE,少数与空穴复合,形成 IBN。,I BN
3、,基区空穴来源,基极电源提供(IB),集电区少子漂移(ICBO),I CBO,IB,IBN IB+ICBO,即:,IB=IBN ICBO,2)电子到达基区后,(基区空穴运动因浓度低而忽略),I CN,IE,I BN,I CBO,IB,3)集电区收集扩散过 来的载流子形成集 电极电流 IC,IC,I C=ICN+ICBO,4.三极管的电流分配关系,当管子制成后,发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定,故电流的比例关系确定,即:,IB=I BN ICBO,IC=ICN+ICBO,穿透电流,IE=IC+IB,2.1.2 晶体三极管的特性曲线,一、输入特性,输入回路,输出回路,与二极管特性相似,
4、特性基本重合(电流分配关系确定),特性右移(因集电结开始吸引电子),导通电压 UBE(on),硅管:(0.6 0.8)V,锗管:(0.2 0.3)V,取 0.7 V,取 0.2 V,二、输出特性,截止区:IB 0 IC=ICEO 0条件:两个结反偏,截止区,ICEO,2.放大区:,放大区,截止区,条件:发射结正偏 集电结反偏特点:水平、等间隔,ICEO,3.饱和区:,uCE u BE,uCB=uCE u BE 0,条件:两个结正偏,特点:IC IB,临界饱和时:uCE=uBE,深度饱和时:,0.3 V(硅管),UCE(SAT)=,0.1 V(锗管),放大区,截止区,饱和区,ICEO,三、温度对
5、特性曲线的影响,1.温度升高,输入特性曲线向左移。,温度每升高 1C,UBE(2 2.5)mV。,温度每升高 10C,ICBO 约增大 1 倍。,T2 T1,2.温度升高,输出特性曲线向上移。,温度每升高 1C,(0.5 1)%。,输出特性曲线间距增大。,O,2.1.3 晶体三极管的主要参数,一、电流放大系数,1.共发射极电流放大系数,直流电流放大系数,交流电流放大系数,一般为几十 几百,Q,2.共基极电流放大系数,1 一般在 0.98 以上。,Q,二、极间反向饱和电流,CB 极间反向饱和电流 ICBO,,CE 极间反向饱和电流 ICEO。,三、极限参数,1.ICM 集电极最大允许电流,超过时
6、 值明显降低。,2.PCM 集电极最大允许功率损耗,PC=iC uCE。,U(BR)CBO 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。,3.U(BR)CEO 基极开路时 C、E 极间反向击穿电压。,U(BR)EBO 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。,U(BR)CBO,U(BR)CEO,U(BR)EBO,.放大的概念,2.2概述,一.扩音机示意图,1)输入量控制输出量,2)把直流能量转换成按输入量变化的交流能量,二.方框图,直流电源,信号源,放大电路,负载,方框图的示意图,三、放大电路的四端网络表示,us 信号源电压,Rs 信号源内阻,RL 负载电阻,ui 输入电压,uo 输出电压,ii
7、 输入电流,io 输出电流,.2.2 放大电路的主要性能指标,电压增益 Au(dB)=20lg|Au|,一、放大倍数,电压放大倍数 Au=uo/ui,电流放大倍数 Ai=io/ii,电流增益 Ai(dB)=20lg|Ai|,二、输入电阻,Ri 越大,ui 与 us 越接近,例 us=20 mV,Rs=600,比较不同 Ri 时的 ii、ui。,当信号源有内阻时:,三、输出电阻,放大电路的输出相当于负载的信号源,该信号源的内阻称为电路的输出电阻。,计算:,=0,测量:,uot 负载开路时的输出电压;,uo 带负载时的输出电压,,Ro 越小,uot 和 uo 越接近。,四、通频带,电抗元件(主要是
8、电容)使放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同,反映在:,Au(f)幅频特性,(f)相频特性,1.幅频特性和相频特性,2.频带宽度(带宽)BW,Aum,fL,fH,下限频率,上限频率,中频段,低频段,高频段,BW0.7,BW0.7=fH fL,(Band Width),放大电路主要用于放大微弱的电信号,输出电压或电流在幅度上得到了放大,这里主要讲电压放大电路。,2.3晶体管放大电路的组成及其工作原理,2.3.1 共射基本放大电路的组成,输出不失真,发射结加正向电压,集电结加反向电压,1.发射结加正向电压2.集电结加反向电压3.把信号源加到b-e之间4.在输入信号作用下得到不失真的输出信号以上
9、四条是判断三极管放大电路能否放大的依据,四条必须同时满足。,、共射基本放大电路的工作原理,1.静态:ui=0.,C1,+,2.动态:ui0,若输入为正弦信号,IBQ,ui,O,t,O,t,O,t,uo,O,t,O,t,ICQ,UCEQ,BQ,O,符号说明,IB+ib,Ic+ic,UCE+uce,UBE+uce,IBQ,ui,O,t,iB,O,t,uCE,O,t,uo,O,t,iC,O,t,ICQ,UCEQ,UBEQ,uBE,O,t,、放大电路中各元件的作用,做一变换,RB,VBB,RC,C1,C2,T,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,+VC
10、C,Rs,us,+,-,使发射结正偏,并提供适当的静态工作点IB和UBE。,RB,+VCC,VBB,RC,C1,C2,T,基极电源与基极电阻,集电极电源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。,Rb,+VCC,VBB,RC,C1,C2,T,集电极电阻,将变化的电流转变为变化的电压。,Rb,+VCC,VBB,RC,C1,C2,T,耦合电容:电解电容,有极性,大小为10F50F,作用:隔直通交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。,RB,+VCC,VBB,RC,C1,C2,T,+,+,单电源供电,可以省去,RB,+VCC,VBB,RC,C1,C2,T,RB,单电源供电,+VCC,RC
11、,C1,C2,T,uo,+,-,+,+,思考题1.什么是静态?什么是动态?两者的关系是什么?2.如何测量输入电阻和输出电阻?习题 2-1.2-3,1.静态:ui=0.,2.动态:若输入为正弦信号,下面研究的问题,2.4图解分析法,2.4.2 动态工作情况分析,2.4.1 静态工作情况分析,引 言,引言,基本思想,非线性电路经适当近似后可按线性电路对待,利用叠加定理,分别分析电路中的交、直流成分。,分析三极管电路的基本思想和方法,放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。,静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静 态值(直流值)UBE、IB、IC 和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。
12、,2.4.1 静态工作情况分析,Rb,为什么要设置静态工作点?,放大电路建立正确的静态工作点,是为了使三极管工作在线性区以保证信号不失真。,一、静态工作点的估算,1.直流通路,(1)含义,(2)目的,(3)画法,将交流电压源短路 将电容开路。,直流通路的画法:,静态工作点(IB、UBE、IC、UCE),2.估算,(1)估算IB(UBE 0.7V),Rb称为偏置电阻,IB称为偏置电流。,(2)估算UCE、IC,IC=IB,例:用估算法计算静态工作点。,已知:VCC=12V,RC=4K,Rb=300K,=37.5。,解:,请注意电路中IB和IC的数量级,UBE 0.7V,R,+VCC,RC,T,I
13、C,UBE,UCE,(IC,UCE),(IB,UBE),+,+,-,-,二、用图解法确定静态工作点,1.在输入回路中确定(IB,UBE),根据输入特性曲线及直流负载线方程:,BE=V BRB,输入回路图解,Q,静态工作点,VCC,VCC/RB,UBEQ,IBQ,O,可在输入特性曲线找出静态工作点,uCE=VCC iC RC,输出回路图解,VCC,VCC/RC,O,Q,UCEQ,ICQ,iB,根据输出特性曲线及直流负载线方程:,2.在输出回路中确定(IC,UCE),(IB,UBE)和(IC,UCE)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。,直流负载线,三、电路参数对静态工作点的影响,
14、1.改变 RB,其他参数不变,R B iB,Q 趋近截止区;,R B iB,Q 趋近饱和区。,2.改变 RC,其他参数不变,RC Q 趋近饱和区。,2.4.2 用图解法确定动态工作情况,一.输出空载时的图解法,1.根据ui在输入特性上画出ib和ube,0.7 V,Q,ui,IBQ,2.根据ib在输出特性上画出ic和uce,说明uce和ui反向,同时可以求出电压放大倍数,0.7 V,Q,ui,O t,IBQ,Q,Q,Q,O t,ICQ,UCEQ,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,二.放大电路的非线性失真问题,1.“Q”过低引起截止失真,NPN 管:顶部失真为截止失真。,PNP 管:底部失真
15、为截止失真。,不发生截止失真的条件:IBQ Ibm。,2.“Q”过高引起饱和失真,ICS,NPN 管:底部失真为饱和失真。,PNP 管:顶部失真为饱和失真。,IBS 基极临界饱和电流。,不发生饱和失真的条件:IBQ+I bm IBS,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,三.接上负载为RL时的图解法,RL,输出端接入负载RL,不影响Q,影响动态!,(2)目的,(3)画法,(1)含义,1.交流通路,对交流信号(输入信号ui),1/C0,将直流电压源短路,将电容短路。,方法和步骤,交流通路,2.交流负载线,(1)方程,其中:,iC,UCE,VCC,IB,交流负载线,直流负载线,Q,ICQ,UCE
16、Q,ICQRL,交流量ic和uce有如下关系:,这就是说,交流负载线的斜率为:,(2).交流负载线的作法:斜 率为-1/RL。(RL=RLRc),经过Q点。,IB,交流负载线,直流负载线,斜 率为-1/RL。(RL=RLRc),经过Q点。,u,iu/RL,直流负载线是用来确定工作点的;交流负载线是用来画出波形,分析波形失真。,注意:(1)交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运 动轨迹。,(2)空载时,交流负载线与直流负载线重合。,3.选择工作点的原则:,当 ui 较小时,为减少功耗和噪声,“Q”可设得低一些;,为获得最大输出,“Q”可设在交流负载线中点。,为提高电压放大倍数,“Q”可以设得高
17、一些;,4.最大输出电压幅度,放大电路在电路参数确定的条件下,输出端不发生饱和失真,和截止失真的最大输出信号电压的幅值称为最大不失真输出,电压幅值(Uom)M,放大器最大不失真输出电压的峰值(Uom)M为UF、UR所确定的数值中较小的一个,,(1)受截止失真限制最大不失真输出电压UF的幅度,(2)受饱和失真限制最大不失真输出电压UR的幅度,(Uom)M=minUR,UF,例:硅管,ui=10 sin t(mV),RB=176 k,RC=1 k,RL=1 k,VCC=VBB=6 V,图解分析各电压、电流值和最大输出电压幅度。,解,令 ui=0,求静态电流 IBQ,当 ui=0 uBE=UBEQ
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