中北大学模电bjt基本放大电路

《中北大学模电bjt基本放大电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中北大学模电bjt基本放大电路（191页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第2章 双极型晶体管及其基本放大电路,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,2.1 晶体管,2.1.1 晶体管的结构及类型,2.1.2 晶体管的三种连接方式,2.1.3 晶体管的工作方式,一分类,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,

2、2.1.1 晶体管的结构及类型,二、结构、符号,发射极 Emitter,基极 Base,集电极 Collector,NPN 型,PNP 型,基区很薄，厚度一般只有1几um，掺杂浓度最低； 另外两个掺杂区，虽然类型相同，但其中发射区的掺 杂浓度远大于集电区； 集电结结面积要大。,三、结构特点,2.1.2 晶体管的三种连接方式（组态）,根据所选择的公共端e、c、b的不同，晶体管在电路 中分别有三种不同的连接方式,共基极,共发射极,共集电极,2.1.3 晶体管的工作状态,四种工作状态：,饱和状态：e结正偏 ，c结正偏,截止状态：e结反偏， c结反偏,放大状态：e结正偏， c结反偏（重点）,倒置状态：

3、e结反偏， c结正偏,2.1.3 晶体管的工作状态 放大状态,发射结正向偏置 集电结反向偏置,发射结向基区注入多子电子形成电流 IE。,因集电结反偏,所以多数向 BC 结 方向漂移形成 ICN。,I CN,IE,少数与空穴复合，形成 IBN 。,电子在基区的复合和传输,(1) 放大状态下晶体管中载流子的传输过程,首先考虑发射区发射出去的多子的情况,(基区空穴运动因浓度低，因而可以忽略),I BN,（2）放大状态下电流控制和放大作用,在一个结构尺寸和掺杂浓度已定的晶体管中，在正常工作条件下，最终被c区收集的电子数在e区发射的总电子数中所占的比例是一定的。用 表示这个比例。,或者,定义,考察,讨论

4、： 1） 总是小于1，但由于晶体管结构上的保证， 又非常接近于1，一般可达0.950.995；,则：,2）与 对应的 值为19199，换言之，ICN比IBN大很多倍。,3）只要稍稍改变IBN， ICN就会有很大的变化。,改变IE就可改变ICN； 稍稍改变IBN，ICN就会有很大的变化。,放大状态下电流控制和放大作用的内容,I CN,IE,I BN,I CBO,其次考虑基区和集电区少子的情况,IC,I C = ICN + ICBO （1）,IBN = IB + ICBO,IB = IBN ICBO （2）,（3）,IB,（3）放大状态下晶体管的电流分配关系,考虑,工程应用中,！必须记住的一组公式

5、,以上公式虽然是在共发射极的基础上推倒出来的，但反映的是三极管工作在放大区时管子自身的特性，因此对共基极和共集电极组态仍然适用,（4）实现电流控制和放大作用的条件,“内因”：三个浓度不同的掺杂区； “外因”：外加直流电源的极性必须保证： 发射结（ e 结）正偏。 集电结 （c结）反偏。,前面推导出那些结论和公式的，是不是也适合于PNP管呢？,答案是肯定的。只是各极的电流方向正好与NPN管的相反。,（）举例说明实现放大的过程,则：iC=0.98mA。 uo = iCRc = 0.98*1k =0.98V。 电路的电压放大倍数：,没实现电流放大，实现了电压放大。,实现放大的过程：,电流放大倍数,R

6、C大,ui发射结电压发生变化ie有大的变化ic也有大的变化从而使uO大。,RC大,如图所示共基接法下晶体管的放大电路。若在图中VEE上叠加一幅度为20mV的正弦电压ui，则正向发射结电压会引起相应的变化。由于e结正向电流与所加电压呈指数关系，所以发射极会产生一个较大的注入电流iE= 1mA ，,例如为iB=20uA， =0.98。 iE=1mA， iC=0.98mA，uo=iCRL=0.98*1k=0.98V,如图所示共射接法下晶体管放大电路。若在图中VBB上叠加一幅度为100mV的正弦电压ui，则正向发射结电压会引起相应的变化。由于e结正向电流与所加电压呈指数关系，所以发射极会产生一个较大的

7、注入电流iB，,实现了电流放大，也实现了电压放大。,实现放大的过程:,ui发射结电压发生变化IB有变化ic有大的变化从而使uO大。,RC大,问题1：负载上得到的功率的确大了，这些能量来自哪里？,问题2：既然能量来自于直流电源，从能量的角度看，三极管起了什么作用？,三极管的放大作用实质上是一个小的变化量去控制大的变化量，从而使输出电压或者输出电流或者两者都变大，从而使输出负载上获得比输入信号更大的功率。,只有三极管才有这样的作用！,（1）晶体管是一种能量转换器，因此也叫做有源器件。,得到的结论,（2）晶体管的放大作用是指输出负载上获得比输入信号大得多的功率。,（6）双极型晶体管为电流控制型器件。

8、电流放大作用的实质是通过改变基极电流IB的大小，达到控制IC的目的，而并不是真正把微小电流放大了。,小结,（2）三极管在放大状态下的电流控制作用,（3）放大状态下，三极管的各级电流之间的定量关系,（1）三极管进入放大状态的偏置条件,（5）三极管的能量控制作用,（4）三极管实现放大的原理,2.1.4 晶体管的伏安特性曲线,包括：输入特性与输出特性,以共射极NPN为例：IB-Ube,和 IC-Uce的关系,伏安特性测试电路,组态不同，伏安特性曲线不一样,晶体管特性测试仪,一、输入特性,分别就,进行讨论,导通电压 UBE(on),硅管： (0.6 0.8) V,锗管： (0.2 0.3) V,取 0

9、.7 V,取 0.2 V,特性曲线向右移。,特性曲线仍向右移，但移动不大。,二. 输出特性,1. 放大区,放大区,条件： 发射结正偏 集电结反偏,ICEO,比较平坦的区域,区域：,特点：1 水平、等间隔,2,应用：,求,(具体说来uCE u BE,uCB = uCE u BE 0),uCE =u BE,2. 饱和区：,(具体说来uCE u BE,uCB = uCE u BE 0),条件：两个结正偏,特点： IC IB, uCE小,相当于CE间短路,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,饱 和 区,靠近纵轴的区域,

10、区域：,应用：开关闭合,uCE =u BE,uCE =u BE,区域： IB 0,截止区,ICEO,特点: IB= IC=0,相当于C、E间开路,3.截止区,偏置条件：两个结反偏,应用：,相当于开关断开,2.1.5 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 值明显降低。,2. PCM 集电极最大允许

11、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,晶体管的安全工作区,4. 频率参数,特征频率fT是当的模等于1（0dB）时所对应的频率 。,2.1.6 温度对晶体管参数的影响,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

12、升高 1C， (0.5 1)%。,输出特性曲线间距增大。,O,【例2-1】 测得放大电路中工作在放大状态中的两只 晶体管的直流电位如下图所示。在圆圈中画出管子， 并分别说明它们是硅管还是锗管。,【解】,【例2-2】 测得工作在放大状态的晶体管两个电极的电流如下图所示。 (1) 求另一个电极的电流，并在图中标出实际方向。 (2) 标出e、b、c极，并判断出该管是NPN管还是PNP管。 (3) 若ICBO均为零，试求 及 的值,【例2-3】 晶体管VT的特性曲线如下图所示。在如下右图所示电路中，当开关S接在A、B、C三个触点时，判断晶体管VT的工作状态，确定UCE的值。,【解2.3】由图可以计算,

13、计算临界饱和电流ICS、IBS, S接在触点A时,IB1IBS,UBE=0.7V、UCE=4.01V、UBEUCE， 所以晶体管工作于放大状态。, S接在触点B时,IB2IBS,(c) S接触点B (d) S接触点C,例2-3题解,晶体管工作于饱和区，硅管UCE=UCES0.3V, S接在触点C,UBE= -1V，发射结反向偏置，晶体管处于截止状态,RC上无电流，所以RC上也没有电压降，故UCE=6V,2.1.8 晶体管的选用原则（同学们自己看书）,1. 手册的使用,2. 选管的原则,或者假定晶体管处于放大状态,从而计算出IC,UCE,再 进行判断.,深度拓展,1. 有没有四层、五层的半导体器

14、件？有没有六层、七层的半导体器件？,2.针对上一个问题，如果有，请自行查阅器件的功能。,3.请自行查阅半导体器件的发展方向和趋势。,4.查找最小功耗的三极管的型号 ，并自主学习器件手册，列出它的几个主要性能指标。,5.查找最小封装的三极管，列出它的参数。,6.查找8050、8550、90119018三极管的参数,一、放大电路的分类,按被放大信号的频率,音频放大电路,视频放大电路,宽频带放大器,脉冲放大电路,谐振放大电路,小信号放大器,大信号放大器,按电路结构来分,直流耦合放大电路（直流放大器）,交流耦合放大电路（交流放大器）,按信号的强弱来分,2.2 放大电路的基本组成及放大电路的性能指标,二

15、、放大电路的基本组成及各部分的功能,RL,放大电路的基本组成,信号源：将非电量变换为电量的传感器，可以是电压信号也可以是电流信号。在实验室里用的是交流信号源。,直流电源和相应的偏置电路保证晶体管能够工作在放大区。,输出负载能够把变化的电流转换成变化的电压、或者变化的功率。,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 输入电流,io 输出电流,当然也可以表示成输入端是电流源的形式,四、放大电路的主要性能指标,电压增益 Au (dB) = 20lg |Au|（dB）,（1） 放大倍数,电压放大倍数 （增益） Au = uo/ui,电流放大倍数 （增益） Ai = io/ ii,电流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai| （dB）,互阻放大倍数（增益） Ar = uo/ ii,互导放大倍数（增益） Ag = io/ ui,分贝（dB）,用分贝做单位的优点?,大小合适就好。,（2）输入电阻,Ri 越大， ui 与 us 越接近,例