《模拟电子技术基础第04章半导体三极管及放大电路基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术基础第04章半导体三极管及放大电路基础（138页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,湖南科技大学信息与电气工程学院,第四章 三极管及放大电路基础,2,本章主要内容,4.1 三极管的结构及类型,三极管的电流放大作用,三极管的共射特性曲线,三极管的主要参数,4.2 放大电路基本概念,共射放大电路,3,4.3 图解分析方法,小信号模型分析法,4.4 放大电路的工作点稳定问题,4.5 共集电极电路和共基极电路,4.6 放大电路的频率响应,4.7 多级放大电路,4,基极,发射极,集电极,NPN型,符号：,(Semiconductor Transistor）,collector,base,emitter,一、晶体三极管的结构和类型,4,5,按材料分： 硅管、锗管,按功率分： 小功率管
2、 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,分类：,中功率管,大功率管,5,6,半导体三极管的型号,国家标准对半导体三极管的命名如下: 3 D G 110 B,第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管,第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管,材料,器件的种类,同种器件型号的序号,同一型号中的不同规格,三极管,7,1. 三极管放大的条件,1）三极管放大的内部条件,基区：最薄， 掺杂浓度最低,发射区：掺 杂浓度最高,发射结,集电结,集电区： 面积最大,二
3、、电流放大作用,7,8,发射结正偏、集电结反偏,PNP 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,从电位的角度看： NPN 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,2）三极管放大的外部条件,8,9,2. 满足放大条件的三种电路,共发射极,共集电极,共基极,9,10,(3)晶体管的工作状态,上一页,下一页,返 回,下一节,上一节,10,11,IEP,基区空穴向发射区的扩散可忽略。,集电结反偏，有基区的电子和集电区的空穴等少子形成的反向电流ICBO。,4. 三极管内部载流子的传输过程,(1). 发射结正偏，扩散运动形成发射极电流IE,(2). 扩散到基区的电子与空穴复合，形成基极电流IB,(
4、3). 集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC,IBE,11,12,双极三极管性载流子运动,13,13,14,IC = ICE+ICBO,IB = IBE- ICBO,ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数,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：,4. 三极管的电流分配关系,14,15,集射极穿透电流,(常用公式),若IB =0, 则,温度ICEO,为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？,15,16,IE = IC + IB,16,17,即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放
5、大电路的依据。,为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析管子的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路,重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线,三、特性曲线,17,18,发射极是输入回路、输出回路的公共端,共发射极电路,输入回路,输出回路,测量晶体管特性的实验线路,18,19,输入 回路,输出 回路,与二极管特性相似,1.输入特性,19,20,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,20,21,三极管输入特性曲线,上一页,下一
6、页,返 回,下一节,上一节,21,22,截止区： IB 0 IC = ICEO 0 条件：两个结反偏,截止区,ICEO,2.输出特性,对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。,22,23,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,23,24,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,24,25,三极管输出特性曲线,上一页,下一页,返 回,
7、下一节,上一节,25,26,1）. 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 T1,3.温度对特性曲线的影响,26,27,2）. 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,27,28,1、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,四、晶体管的主要参数,28,29,2. 共基极电流放大系数, 1 一般在 0.98 以上。,Q,3、极间反向饱和电流,CB 极间反向饱和电流 ICBO，,
8、CE 极间反向饱和电流 ICEO。,29,30,4、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 集电极最大允许功率损耗,PC = iC uCE。,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,U(BR)CBO 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。,由三个极限参数可画出三极管的安全工作区,30,31,例1：UCE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 点IB=60 A, IC=2.3mA。,
9、在以后的计算中，一般作近似处理： = 。,Q1,Q2,在 Q1 点，有,由 Q1 和Q2点，得,上一页,下一页,返 回,下一节,上一节,31,32,（1）V1=3.5V， V2=2.8V， V3=12V。,例2： 测得工作在放大电路中几个晶体管三个极电位值V1、V2、V3，判断管子的类型、材料及三个极。,NPN型硅管，1、2、3依次为B、E、C,（2）V1=3V， V2=2.7V， V3=12V。,（3）V1=6V， V2=11.3V， V3=12V。,（4）V1=6V， V2=11.7V， V3=12V。,NPN型鍺管，1、2、3依次为B、E、C,PNP型硅管，1、2、3依次为C、B、E,P
10、NP型鍺管，1、2、3依次为C、B、E,上一页,下一页,返 回,下一节,上一节,32,33,基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件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。,放大的概念,34,放大电路的结构示意框图见图06.01。,图06.01 放大概念示意图,35,基本放大电路的放大作用,36,共发射极基本电路,输入信号源,晶体三极管,输出负载,直流电源和相应的偏置电路,放大电路基本组成框图,37,晶体管T-
11、放大元件, iC= iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区 。,基极电源EB与基极电阻RB-使发射结 处于正偏，并提供大小适当的基极电流。,共发射极基本电路,4. 2 共发射极基本电路组成,各元件作用,38,集电极电源EC -为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC-将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容C1 、C2 -隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。,信号源,负载,共发射极基本电路,39,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,基本放大电路的组成,40,共射极放大电路组成,41,4.3 放大电路的分析方法,4.3.2 图解分析法,
12、4.3.3 小信号模型分析法, 静态工作情况分析, 动态工作情况分析, BJT的小信号建模, 共射极放大电路的小信号模型分析,4.3.1 直流通路与交流通路,42,提出问题：,2.如何用近似法、图解法求静态工作点？,1.直流通路、交流通路如何绘制？,3.如何用图解法判断输出信号失真类型？,43,符号规定,大写字母、大写下标，表示直流量。 如： UA,小写字母、大写下标，表示全量。如： uA,小写字母、小写下标，表示交流分量。如： ua,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,大写字母、小写下标，表示交流分量有效值。 如： Ua,44,因电容对交、直流的作用不同。在放大电路中如果电容的容量
13、足够大，可以认为它对交流分量不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路。这样，交直流所走的通路是不同的。,直流通路：无信号时电流（直流电流）的通路， 用来计算静态工作点。,交流通路：有信号时交流分量（变化量）的通路， 用来计算电压放大倍数、输入电阻、 输出电阻等动态参数。,4.3.1 直流通路和交流通路,45,例1：画出下图放大电路的直流通路,直流通路,直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC 、 UCE ),对直流而言电容 C 可看作开路（即将电容断开）,断开,断开,46,对交流信号(有输入信号ui时的交流分量),XC 0，C 可看作短路。忽略直流电源的内阻，电源的端电压恒定，直流
14、电源对交流可看作短路。,短路,短路,对地短路,交流通路,用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。,47,静态：放大电路无信号输入（ui = 0）时的工作状态。,分析方法：估算法、图解法。 分析对象：各极电压电流的直流分量。 所用电路：放大电路的直流通路。,问题：设置Q点的目的?,静态工作点Q：IB、IC、UCE 。,静态分析：确定放大电路的静态值。,1、静态工作情况分析,4.3.2 图解分析法,48,1）直流通路估算 IB（ UBE 0.7V),根据电流放大作用,当UBE UCC时，,由KVL: UCC = IB RB+ UBE,由KVL: UCC = IC RC+ UCE,所以
15、UCE = UCC IC RC,2、用估算法确定静态值,2）由直流通路估算UCE、IC,49,用估算法计算静态工作点。,已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k， =37.5。,解：,注意：电路中IB 和 IC 的数量级不同,例1：,50,用估算法计算图示电路的静态工作点。,由KVL可得：,由KVL可得：,IE,RE,例2：,由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。,51,用作图的方法确定静态值,步骤： 1. 用估算法确定IB,优点： 能直观地分析和了解静 态值的变化对放大电路 的影响。,2. 由输出特性确定IC 和UCE,直流负载线方程,3、 用图解法确定静态值,52,UCE=VCCICRC,1.直流负载线,IC,UCE,IB,静态UCE,静态IC,2.由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q,53,4、电路参数对静态工作点的影响,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。,54,设 RB = 38 k，图解法求 VBB = 0 V、3 V 时的 iC、uCE。,解,当VBB= 0 V：,IB 0，,
