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1、第三章 晶体三极管 BJT 及 放大电路基础 3 1 半导体BJT 一 BJT结构与电路符号 二 晶体管电流的分配与放大作用 演示实验 结论 晶体管起放大作用的条件 发射结正偏 集电结反偏 称为BJT的放大偏置 即满足下列电压关系 NPNVCB 0 VBE 0或VC VB VE PNPVCB 0 VBE 0或 VC VB VE 放大偏置时的电流分配与放大关 系 1 IE IC IB 2 IC和IE IE 基极电流的少量变化 IB可引起集电极电流 IC 的较大变化 3 当IB 0时 IC ICEO 解释 BJT内部载流子的传输过程 发射区向基区注入电子 电子在基区中的扩散与复合 集电区收集扩散过
2、来的电子 三 BJT静态特性曲线 BJT静态特性曲线 是在伏安平面上作出的 反映晶体管各极直流电流电压关系的曲线 BJT静态特性曲线用途 晶体三极管的组态 将晶体三极管视为双端口器件 分析其三种典型接法 称为组态 共基极接法 CB 共射接法 CE 共接接法 CC 共射输入特性曲线 共射输入特性曲线是以输出电压VCE为参变量 输入口 基极电流iB随发射结电压vBE变化的曲线 共射输入特性曲线的特点 共射输出特性曲线 共射输出特性曲线是在集电极电流IB一定的情况下 的 输出回路中集电极与发射极之间的电压VCE与集电极电流 IC之间的关系曲线 工作区域划分 1 放大区 线性区 条件 发射结正偏 集电
3、结反偏 对NPN管 VC VB VE 特性 IC IB 2 截止区 条件 发射结反偏 对NPN管 VBVBE 特性 IB增加 IC却不再增加 即 IC IB 而 且VCE很小 四 BJT的主要参数 1 电流放大系数 共发射极直流电流 交流电流放大系数 例 书图3 1 7 b 为3DG6晶体三极管输出特性 曲线 求它的共发射极直流电流 交流电流放 大系数 2 极间反向电流 1 ICBO 2 ICEO 3 极限参数 3 2 共发射极放大电路 一 共发射极基本放大电路 教材图3 2 1 T NPN型晶体管 放大的核心部件 VCC 集电极回路直流电源提供集电结反偏 RC 集电极负载电阻 作用 将iC
4、转换成U0 反应在 输出端 VBB Rb 提供发射结正偏和合适的基极偏流 C1 C2 隔直流通交流 二 组成原则 1 发射结正偏 集电极反偏 使T管处于放大状 态 2 输入回路 Ui 产生ib 控制ic 3 输出回路 使iC尽可能多流到RL上 减少其 他支路的分流 4 保证放大电路工作正常 T 处于放大状态 合理设置静态工作点Q 三 放大电路的性能指标 放大倍数 输入信号若为正弦波 a 电压放大倍数 AV U0 UI UO 输出电压 有效值 UI 输入电压 有效值 电压增益 AV db 20lgAV 分贝 DB b 电流放大倍数 AI IO II 电流增益 AI db 20lgAI 分贝 c
5、功率放大倍数 功率增益 20lgAp 分贝 Ap Po PI 2 最大输出幅度 U0MAX U0 U0PP 以正弦 为例子 3 输入电阻 Ri 4 输出电阻 Ro 5 通频带BW Bf 四 放大电路的基本分析方法 分析方法 1 图解法 在特性曲线上用作图来进 行分析 2 微变等效电路法 在一定条件下等效为线性 电路进行分析 3 计算机仿真 一 直流通路 交流通路 电路分析的两种基本电路 1 直流通路 静 态工作点分析 UBEQ UCEQ IBQ ICQ 2 交流电路 动态分析 AV ri r0 1 直流通路 直流信号通过的电路 原则 遇C 视为开路 遇L 视为短路 1 交流通路 交流信号通过的
6、电路 原则 遇C 充分大 近似视 为短路 遇L 充分大 近似视为开路 直流电源 内阻小 近似为短路 3 3 图解分析法 一 静态分析 静态工作点估算 从输入特性中知 晶体管导通时UBE变化很小 硅管 0 6 0 8V 锗管 0 1 0 3V 一般情况UBEQ 硅管 0 7V 锗管0 2V 1 从直流通路中 列KVL方程 IBQ RB UBEQ EC 0 IBQ EC UBEQ RB 2 从晶体管电流分配关系 ICQ IBQ 3 从直流通路中 列负载回路的KVL方程 ICQ RC UCEQ EC 0 UCEQ EC ICQ RC 2 用图解法确定 点 1 给出输入特性 输出特性曲线 2 画出直流
7、通路 标出IBQ ICQ UBEQ UCEQ 3 利用输入特性曲线来确定IBEQ和UBEQ 基极偏置线 UBE EC IB RB 与输入特性曲线的交点对 应的IBQ UBEQ 4 利用输出特性曲线来确定ICQ和UCEQ 直流负载线 UCE EC IC RC 与输出特性曲线中IBQ线 的交点确定ICQ UCEQ 只给出输出特性曲线来确定UCEQ和ICQ 1 估算IBQ及UBEQ 2 利用输出特性曲线来确定ICQ UCEQ 由估算的IBQ所对应的输出特性曲线 与直流负 载线的交点Q 对应ICQ UCEQ 2 动态工作情况分析 利用输入特性画出iB uBE波形 设输入为Ui UmSINwt mv u
8、BE UBEQ ui iB IBQ IBMSINwt 2 利用输出特性画iC和uCE波形 交流负载线 a 空载时RL 交流负载线与直流负载线重合 动态工作点在 交流负线上移动 斜率 1 RC uCE EC IC RC b RL不等于 放大电路的交流负载电阻RL R C RL 交流负载线作法 过 点作一条斜率 为 1 RL 的直线 3 非线性失真 1 截止失真 Q点过低 信号进入截止区 iC uCE uo 放大电路产生 截止失真 输出波形 输入波形ib iC uCE 2 饱和失真 Q点过高 信号进入饱和区 放大电路产生 饱和失真 ib输入波 形 uo 输出波形 波形的 失真 饱和失真 截止失真
9、由于放大电路的工作点达到了三极管 的饱和区而引起的非线性失真 对于NPN管 输出电压表现为底部失真 由于放大电路的工作点达到了三极管 的截止区而引起的非线性失真 对于NPN管 输出电压表现为顶部失真 动态工作情况分析小结 Q点合适 Ui幅度过大 双向失真 截止 饱和失真 iC uCE uo 可输出的 最大不失 真信号 选择静态工作点 ib 3 4 微变等效电路法 条件 指输入信号UI变化量小 即小信号 输入信号频率在低中频范围 原因 根据输入 输出特性曲线 在如上条件下 小信号 特性曲线近似直线性 可用等 效的线性电路代替T管 低中频 晶体管中结电容的影响极小 一 BJT的微变等效电路 rbe
10、称为BJT的输入电阻 它表示BJT的输入特性近似计算公 式 rbe UBE IB rb 1 re rb 基区体电阻 re 发射击区体电阻 rbe 200 1 B 26 mV IE mA rce称为BJT的输出电阻 rce uce ic IB 一般rce 10k可忽略 二 用H参数微变等效电路法分析共射极基 本放大电路 画出放大电路的微变等效电路 由BJT的微变等效电路和放大电路的交流通路 可得出放大电路的微变等效电路 求电压增益AV AV UO UI UI IBRBE 1 空载时 RL U0 I ORC ICRC U0 IBRC 所以AV UO UI IBRC IBRBE RC RB RL U
11、O Io RL ICRL IBRL AV UO UI IBRL IBRBE RL RBE RC RL RBE 计算输入电阻和输出电阻 1 计算输入电阻 RI UI IB RB RBE RBE 2 计算输出电阻 当RL 时 向左看进去 所以UI 0 IB 0则 IB 0 RO RC 3 5 放大电路的工作点稳定问题 一 温度对工作点的影响 1 ICBO VBE影响 T升 升 输出特性曲线间隔宽 Q点上移 饱和区 放大能力减弱 2 ICBO影响 T升 ICBO升 ICEO升 输出特性曲线向 上平移 Q点向饱和区移动 放大能力减弱 硅管 ICBO很少 影响可忽略 锗管ICBO很大 造成工作 点不稳的
12、主要因素 高温下应选硅管 3 VBE影响 T升 VBE降 导通电压 输入特性曲 线向左移动 IBQ升 工作点上移 ICQ不稳 归上述 T升 Q点 饱和区移动 T降 Q点 截止区移动 二 分压式射极偏置电路 电路应满足 IRb2 IBQ UBQ UBEQ 1 稳定工作点原理 目标 温度变化时 使IC维持恒定 如果温度变化时 b点电位能基本不变 则可实现静态工作点的稳定 稳定原理 T IC IE VE VB不变 VBE IB IC 负反馈控制 2 静态分析 I1 I2 IB RB1 EC RC T RB2RE 直流通路 算法 3 动态分析 交流通路 微变等效电路 Av Av ri ro ri Rb
13、1 Rb2 rbe 1 Re ro Rc 故 Re Av 矛盾 采用改进电路在Re上并联一大电容 交流旁路 RB1 EC RC C1 C2 RB2 CE RE RL uiuo CE 交流旁 路电容 RE射极直流 负反馈电阻 CE的作用 交流通路中 CE将RE短路 RE对交流不起作用 放大倍数不受影响 有旁路电容CE Av ri Rb1 Rb2 rbe ro RC RB1 EC RC C1 C2 T RB2 CE RE1 RL uiuo RE2 如果电路如下图所示 如何分析 RB1 EC RC C1 C2 T RB2 CE RE1 RL uiuo RE2 动态分析 交流通路 RB1 RC RL
14、ui uo RB2 RE1 交流通路 RB1 RC RL ui uo RB2 RE1 微变等效电路 rbe RC RL RE1 R B 3 6 共集电极放大电路 和共基极放大电路 一 共集电极放大电路 静态工作点计算 直流通路 EC RbIBQ IEQRe UBEQ EC UCEQ ReIEQ 又 IEQ 1 IBQ IBQ EC UBEQ Rb 1 Re ICQ IBQ UCEQ EC 1 IBQRe 动态分析 交流通路 微变等效电路 电压增益 UI IBRBE IERL IBRBE IB 1 RL UO IERL 1 RL AV UO UI 1 RL RBE 1 RL 注 当 1 RL R
15、BE时 AV 1 说明共级电路 UO与UI同相 电压无放大作用 输入电阻 输出电阻 结论 1 U0与UI同相 2 V 1 电压无放大作用 电流有放大 就电压信号讲又称为射极跟随器 3 RI大 对前级影响小 对信号源索取电流小 4 RO小 带负载能力强 射极输出器的使用 1 将射极输出器放在电路的首级 可以提高输 入电阻 2 将射极输出器放在电路的末级 可以降 低输 出电阻 提高带负载能 3 将射极输出器放在电路的两级之间 可以起 到电路的匹配作用 二 共基极放大电路 静态工作点 直流通路 VB RB1 RB1 RB2 EC VB RBEQ IEQRE IEQ UB UBEQ RE IBQ IE
16、Q 1 UCEQ EC ICQRC IEQRE EC IEQ RC RE 当IB 很小 则 动态分析 交流通路 微变等效电路 电压增益 输入电阻 输出电阻 结论 A 共基电路是同相放大器VO VI同相 B 电压其有放大 电流不具有放大作用 C 输入电阻小可作为宽频带放大器 频率响应带 工作频率范围宽 三种电路比较 AV AI RI RO UO与VI 应用 共基 放大 1 小 大 同相 频率特性好应用于宽带 放大 共集 UB1 NPN管 UC1 UB2 UC2 PNP管 UC2 UB3 UC2 NPN管 2 零点漂移问题 在直接耦合电路中 输出端VO包含交流及直流UO两部分 当输入Ui 0时 输出端VO随时间有输出电压出现且忽大忽 小不规则变化 这种现象称为零点漂移现象 零漂现象 折合到输入端计算 零漂原因 温度影响T管参数 影响静态工作点
