《电路与电子技术 教学课件 ppt 作者董毅2模拟电路部分 第07章 晶体管及放大电路》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路与电子技术 教学课件 ppt 作者董毅2模拟电路部分 第07章 晶体管及放大电路（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,1 晶体管03,2 基本放大电路.28,*3 放大电路的图解分析方法32,4 放大电路的估算分析方法.42,5 静态工作点的稳定52,第7章 晶体管及放大电路,2,第7章 晶体管及放大电路,6 射极输出器.59,7 多级放大电路.64,8 差动放大电路.76,9 功率放大电路90,*10 场效应管放大电路.101,3,第7章 晶体管及放大电路,1 晶体管,一、分类 按制作材料分为：硅晶体管、锗晶体管 按内部杂质区排列分为：NPN管、PNP管 按工作频率分为：高频管、低频管 按输出功率分为：大功率管、小功率管 以下若无特殊说明均以NPN硅管为例,4,第7章 晶体管及放大电路,二、内部结构,晶
2、体管的内部结构及电路符号如下图所示，晶体管有三个区、两个结及三个电极，分别为：,5,第7章 晶体管及放大电路,1、三个杂质区域,发射区：发射区在晶体管内部结构图下面的区域,制 作时要求发射区高浓度掺杂，发射区的作用 是发射其储存的载流子。 基区：基区在晶体管内部结构图中间的区域，制作时 要求低浓度掺杂，并且要求基区宽度要非常 窄，一般基区的宽度在几个微米，基区的作用 是分配载流子。,6,第7章 晶体管及放大电路,集电区：集电区在晶体管内部结构图的上面区域， 集电区的区域面积比较大，其杂质类型与 发射区相同。集电区的作用是收集载流子,2、两个结 发射结：发射区与基区之间的PN结 集电结：基区与集
3、电区之间的PN结,7,第7章 晶体管及放大电路,3、三个电极,发射极：与发射区联接的电极，用字母E、e 表示 基极：与基区联接的电极，用字母B、b表示 集电极：与集电区联接的电极，用字母C、c 表示,8,第7章 晶体管及放大电路,三、电流放大原理,放大电路如图所示，左侧为放大电路的输入回路，右侧为放大电路的输出回路。 1、晶体管放大的条件： 发射结正偏 集电结反偏,9,第7章 晶体管及放大电路,2、晶体管的电流放大作用,晶体管中载流子运动示意图,10,第7章 晶体管及放大电路,1）发射结正偏,正偏的发射结阻挡层变窄，发射区储存的多数载流子-自由电子开始穿越发射结进入基区，这些带电粒子的定向移动
4、就形成了晶体管的发射极电流 。 发射结正偏时，基区的多数载流子-空穴也会穿越发射结，但是这部分载流子的数目太少，在发射极电流中的比例太小，可以忽略不计。这样发射极电流可以认为是由发射区出发的自由电子构成。,11,第7章 晶体管及放大电路,2）在基区内,基区的多数载流子是空穴，发射区出发的自由电子在基区内将会与基区的空穴复合，由自由电子复合所形成的电流是晶体管的基极电流 ，由于基区的杂质浓度很低，所以在基区内被复合的自由电子数很少，基极电流的数值就很小。 由于基区的宽度很窄，未被复合的自由电子将继续移动到晶体管的集电结。,12,第7章 晶体管及放大电路,3）集电结反偏,反偏的集电结电场阻碍集电结
5、两侧的多数载流子扩散，促使少数载流子漂移，自由电子在发射区是多数载流子，在基区内就转变为少数载流子，在集电结电场的作用下，基区内的自由电子将穿越集电结形成集电极电流 。 同样，由于集电区的少数载流子数目太少，对集电极电流的影响可以忽略，所以集电极电流可以认为是由发射区出发的自由电子构成。,13,第7章 晶体管及放大电路,综上所述：,（1）晶体管的三个电极电流之间有 （2）晶体管的集电极电流与基极电流之间有 式中 为常数，其数值大小由晶体管的制造工艺决定。,14,第7章 晶体管及放大电路,（3）当改变晶体管发射结正偏电压 时，晶体管的基极电流发生变化，集电极电流随之发生变化，但晶体管三个电极电流
6、之间的关系不变。,即下式成立：,15,第7章 晶体管及放大电路,3、晶体管的联接方式,由于晶体管的不同联接方式，放大电路分为共射极放大电路、共集电极放大电路与共基极放大电路，如下图所示。不同结构的放大电路工作状态不同，电路的性能参数也不同。,16,第7章 晶体管及放大电路,四、晶体管的特性曲线,1、输入特性 在 时，两个PN结均正偏，晶体管不放大。 在 时，发射结正偏，集电结反偏，晶体管 工作在放大状态。,17,第7章 晶体管及放大电路,2、输出特性,晶体管的输出特性为 输出特性曲线是一簇曲线。 在 时，输出电流随 增加而增大； 在 时，输出电流与 无关，呈现恒流特性。,18,第7章 晶体管及
7、放大电路,3、晶体管的工作区,1）饱和区 位置：靠近纵轴 原因：两个PN结均正偏 特点：在饱和区晶体管的电流数值较大、 管压降数值1V，晶体管不放大。,19,第7章 晶体管及放大电路,2）截止区 位置：靠近横轴 原因：两个PN结均反偏 特点：在截止区晶体管的电流近似为零、 管压降数值较高，晶体管不放大。,20,第7章 晶体管及放大电路,3）放大区,位置：在特性曲线的中间部位 特点：发射结正偏、集电结反偏 集电极电流随基极电流而变，与晶体管的管压 降无关，晶体管对接收到的微小电流信号进行 放大,21,第7章 晶体管及放大电路,4）过载区 位置：放大区的上部 特点：晶体管工作时产生的功率损耗大于晶
8、体管自身 能够散发掉的热量，过载区的晶体管会因为过 热而损坏。,22,第7章 晶体管及放大电路,五、主要参数,1、电流放大倍数 直流电流放大倍数 交流电流放大倍数 由于上两式计算后的数值接近，通常认为,23,第7章 晶体管及放大电路,2、极间反向漏电,1）集-基间反向漏电 是由集电区的少数载流子形成的反向漏电， 其量纲是,24,第7章 晶体管及放大电路,2）集-射极间反向漏电,是由集电极流向发射极的反向漏 电，通常也称为晶体管的穿透电流。 穿透电流 与集-基极间反向漏电 之间的关系为： 硅管： 约为几个微安 锗管： 约为几十-几百微安,25,第7章 晶体管及放大电路,3、集电极最大电流,定义：
9、晶体管电流放大倍数值下降到正常值的2/3倍 时的集电极电流为晶体管集电极电流的最大 值。 晶体管正常工作时应取：,26,第7章 晶体管及放大电路,4、晶体管最大耗散功率 晶体管的耗散功率由晶体管的外表面能够 散发的热量决定，正常工作时，晶体管的功率,27,第7章 晶体管及放大电路,5、反向击穿电压,定义： 为晶体管工作时集电极与发射极之间允 许施加的最大反向电压，如果 ,晶体 管的PN结将会出现击穿。 为使晶体管不会被过电压击穿损坏，一般取晶体管的工作电源电压：,28,第7章 晶体管及放大电路,一、放大电路的组成 Ucc ：工作电源，为放大电路提供能量 RB ：偏置电阻，为晶体管提供偏置电流
10、RC ：集电极电阻，将放大后的电流信号转换为电压信号 T ：放大元件，电流放大元件 C1、C2 ：耦合电容，隔断直流、导通交流,2 基本放大电路,29,第7章 晶体管及放大电路,二、偏流的作用,由于晶体管不放大交流信号，交流信号需要叠加在偏流 上才能被放大,30,第7章 晶体管及放大电路,三、放大电路的直流通路与交流通路,直流通路 交流通路 直流通路：直流信号流经的路径 交流通路：交流信号流经的路径,31,第7章 晶体管及放大电路,四、晶体管参数的书写符号,直流信号：使用大写字母、大写下标 交流瞬时值：使用小写字母、小写下标 交流有效值：使用大写字母、小写下标 交、直流叠加：使用小写字母、大写
11、下标,32,第7章 晶体管及放大电路,一、静态分析 1、输入回路KVL方程： KVL直线坐标：（ 、0 ）（ 0、 ）,*3 放大电路的图解分析方法,33,第7章 晶体管及放大电路,2、输出回路KVL方程： 直流负载线坐标：（ 、0 ）（ 0、 ）,34,第7章 晶体管及放大电路,二、动态分析（ ）,1、输入回路： 由输入信号电压 变化 的动态范围可以确定晶体管 基极电流 变化的动态范 围，输入交流 叠加在基极 偏置电流 上，晶体管基极 实际收到的信号是交、直流叠 加信号。,35,第7章 晶体管及放大电路,2、输出回路,1）交流负载线方程 交流负载线坐标： （ 、0）（0、 ） 2）动态范围
12、由基极电流变化的动态范 围确定输出信号变化的动态 范围，如图示。,36,第7章 晶体管及放大电路,三、动态分析（带负载） 当放大电路的输出端联接负载电阻时，电路的交流负载线方程为： 由于：,代入方程有： 由交流负载线方程可以得到交流负载线的坐标： （ 、 ）、（ 、0），联接这两点即可 画出放大电路的交流负载线,37,第7章 晶体管及放大电路,根据交流负载线及输入信号的动态范围，可以画出在放大电路带有负载时，电路的输出信号波形，如图所示。,38,第7章 晶体管及放大电路,结论 1）直流负载线坐标：（ 、0）、（0、 ）； 交流负载线坐标：（ 、 ）、（ 、0） 2）在负载开路时，电路的交、直流
13、负载线重合 3）对共射极放大电路，晶体管单管倒相，即：晶体管的输 出电压与输入电压反相位。 4）负载开路时，电路的输出电压数值最大 5）电路的直流负载线确定放大电路的静态工作点；交流负 载线确定输出参数的动态范围,39,第7章 晶体管及放大电路,四、非线性失真 定义：由于输出信号的动态范围进入了晶体管的非 线性区而产生的输出信号不能完全复现输入 信号的现象称为放大电路的非线性失真,原因：放大电路的静态工作点位置不合适；或者是 输入信号幅值太大 分类：饱和失真、截止失真,40,第7章 晶体管及放大电路,1、饱和失真 产生原因：静态工作点位置偏高 失真现象：输出电压的负半周失真 消除方法：增加偏置
14、电阻 ，减小偏流 。,饱和失真,41,第7章 晶体管及放大电路,2、截止失真 产生原因：静态工作点位置偏低 失真现象：输出电压正半周失真 消除方法：减小偏置电阻 ，增大偏流 。,截止失真,42,第7章 晶体管及放大电路,晶体管是非线性元件，但是在晶体管的输入、输出特性中均有线性区间，如果可以使晶体管工作在特性曲线的线性区间，就可以使用工程估算方式进行放大电路的性能分析。,（a）输入特性 （b）输出特性,4 放大电路的估算分析方法,43,第7章 晶体管及放大电路,一、静态分析,输入回路的电压 ， 可以认为是已知数，这样由输入、输出 回路的KVL方程 及 就可以得到放大电路静 态工作点的参数：,4
15、4,第7章 晶体管及放大电路,二、微变等效电路 1、微变等效电路成立的条件 电路的输入信号为微变量。这时电路输入信号的幅值很小，输出信号变化的动态范围也很小，晶体管的工作区间在特性曲线的线性段，晶体管可以等效视为线性元件。,2、电路等效转换的条件 等效转换前电路端口上的电压、电流与等效转换后电路端 口上的电压、电流数值相等，转换后的电路即为转换前电路的 等效电路。,45,第7章 晶体管及放大电路,晶体管的微变等效电路如图所示,（a）晶体管 （b）晶体管的微变等效电路 晶体管的等效输入电阻：,46,第7章 晶体管及放大电路,三、动态分析,1、放大电路的电压放大倍数 电压放大倍数反映电路的放大能力 2、放大电路的等效输入电阻 等效输入电阻数值越高，信号源提供的信号电流数值就越小，信号源负担小 3、放大电路的等效输出电阻 等效输出电阻数值越小，电路的负载电阻变化对电压放大倍数的影响就越小，电路的输出电压数值越稳定,47,第7章 晶体管及放大电路,固定偏置放大电路的微变等效电路,（a）原电路 （b）交流通路 （c）微变等效电路 放大电路的微变等效电路传递交流信号，应当在电路的交流通路的基础上画出来的，作图时先画出晶体管的微变等效图，再将放大电路的外接电阻联接在图中。,48,第7章 晶体管及放大电路,1、电压放大倍数,定义：电压放大倍数是输出电 压相量与输入电压相量 的比值 式中： 是放
