模拟电子技术4晶体三极管及其基本放大电路ppt课件

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1、模拟电子技术根底Fundamentals of Analog Electronic 第四章 晶体三极管及其根本放大电路第四章 晶体三极管及其根本放大电路4.1 4.1 晶体三极管晶体三极管4.2 4.2 放大放大电路的路的组成原那么成原那么4.3 4.3 放大放大电路的分析方法路的分析方法4.4 4.4 晶体管放大晶体管放大电路的三种接法路的三种接法4.5 4.5 放大放大电路的路的频率呼率呼应4.1 4.1 晶体三极管晶体三极管一、晶体管的构造和符号一、晶体管的构造和符号二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性四、温度对晶体

2、管特性的影响四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数五、主要参数 一、晶体管的构造和符号一、晶体管的构造和符号一、晶体管的构造和符号一、晶体管的构造和符号多子浓度高多子浓度高多子浓度很多子浓度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管为什么有孔？为什么有孔？二、晶体管的放大原理 分散运分散运动构成构成发射极射极电流流IE，复合运，复合运动构成基极构成基极电流流IB，漂移运，漂移运动构成集构成集电极极电流流IC。少数载流少数载流子的运动子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发因发射区多子浓度高使

3、大量电子从发射区分散到基区射区分散到基区因基区薄且多子浓度低，使分散到基因基区薄且多子浓度低，使分散到基区的电子非平衡少子中的极少数区的电子非平衡少子中的极少数与空穴复合与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大因集电区面积大，在外电场作用下大部分分散到基区的电子漂移到集电区部分分散到基区的电子漂移到集电区基区空穴基区空穴的分散的分散o电流分配：电流分配： IE IEIBIBICICo IE IE分散运动构成的电流分散运动构成的电流o IB IB复合运动构成的电流复合运动构成的电流o IC IC漂移运动构成的电流漂移运动构成的电流穿透电流穿透电流集电结反向电流集电结反向电流直流电流直流电流放大

4、系数放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数为什么基极开路集什么基极开路集电极回极回路会有穿透路会有穿透电流？流？三、晶体管的共射输入特性和输出特性为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？ 对于小功率晶体管，于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条的一条输入特性曲入特性曲线可以取代可以取代UCE大于大于1V的一切的一切输入特性曲入特性曲线。为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大到一定值曲线增大到一定值曲线右移就不明显了？右移就不明显了？1. 输入特性2. 输出特性是常数是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下？什么是理想晶体管？什么情况下 ?对应于一个于一个

5、IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲化的曲线。 为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变化很大？为什么进入放大形变化很大？为什么进入放大形状曲线几乎是横轴的平行线？状曲线几乎是横轴的平行线？饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区晶体管的三个任务区域 晶体管任务在放大形状时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决议于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC 。形状形状uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和 UoniB uBE四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数 直流参数： 、 、ICBO、 ICEOc-e间击穿电压间击穿

6、电压最大集电最大集电极电流极电流最大集电极耗散功最大集电极耗散功率，率，PCMiCuCE平安任平安任务区区 交流参数：交流参数：、fT使使1的信号的信号频率率 极限参数：ICM、PCM、UBRCEO讨论一由由图示特性求出示特性求出PCM、ICM、U BRCEO 、。2.7uCE=1V时的时的iC就是就是ICMUBRCEOo利用利用Multisim分析图分析图示电路在示电路在V2小于何值小于何值时晶体管截止、大于何时晶体管截止、大于何值时晶体管饱和。值时晶体管饱和。讨论二约小于约小于0.5V时时截止截止约大于约大于1V时时饱和饱和o以以V2作作为输入、以入、以节点点1作作为输出，采用直出，采用直

7、流流扫描的方法可得描的方法可得输出出电压与与输出出电压之之间函函数关系的曲数关系的曲线，即，即电压传输特性。特性。4.2 放大电路的组成原那么一、根本共射放大电路的任务原理一、根本共射放大电路的任务原理二、如何组成放大电路二、如何组成放大电路一、根本共射放大电路的任务原理VBB、Rb：使：使UBE Uon，且，且有适宜的有适宜的IB。VCC：使：使UCEUBE，同，同时作作为负载的能源。的能源。Rc：将：将iC转换成成uCE(uO) 。动态信号作用时：动态信号作用时： 输入入电压ui为零零时，晶体管各极的，晶体管各极的电流、流、b-e间的的电压、管、管压降称降称为静静态任任务点点Q，记作作IB

8、Q、 ICQIEQ、 UBEQ、 UCEQ。共射共射1. 电路的组成及各元件的作用2. 设置静态任务点的必要性 输出出电压必然失真！必然失真！ 设置适宜的静置适宜的静态任任务点，首先要点，首先要处理失真理失真问题，但但Q点几乎影响着一切的点几乎影响着一切的动态参数！参数！ 为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有适宜的直流电流和极间电压？三、根本共射放大电路的波形分析饱和失真饱和失真底部失真底部失真截止失真截止失真顶部失真顶部失真输出和出和输入反相！入反相！动态信号动态信号驮载在静驮载在静态之上态之上与与iC变化变化方向相反方向相反 要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管一直

9、任务在放大区！二、如何组成放大电路o静静态任任务点适宜：适宜的直流点适宜：适宜的直流电源、适宜的源、适宜的电路参数。路参数。o动态信号可以作用于晶体管的信号可以作用于晶体管的输入回路，在入回路，在负载上可以上可以获得放大了的得放大了的动态信号。信号。o对适用放大适用放大电路的要求：共地、直流路的要求：共地、直流电源种源种类尽能尽能够少、少、负载上无直流分量。上无直流分量。1. 组成原那么2. 两种适用放大电路：1直接耦合放大电路问题：1. 两种两种电源源2. 信号源与放大信号源与放大电路不路不“共地共地共地，且要使信号共地，且要使信号驮载在静态之上驮载在静态之上静态时，静态时，动态时，b-e间

10、电压是是uI与与VCC的共同作用的的共同作用的结果。果。将两个电源将两个电源合二为一合二为一有直流分量有直流分量有交流损失有交流损失2 2阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合耦合电容的容量容的容量应足足够大，即大，即对于交流信号近似于交流信号近似为短路。其作用是短路。其作用是“隔离隔离直流、直流、经过交流。交流。静静态时，C1、C2上上电压？动态时，C1、C2为耦合耦合电容！容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号，信号驮载在静在静态之上。之上。负载上只需交流信号。上只需交流信号。讨论：试用PNP型管分别组成直接耦合和阻容耦合共射放大电路。4.3 4.3 放大放大电路的分析方法路的分析方

11、法一、放大电路的直流通路和交流通路一、放大电路的直流通路和交流通路二、等效电路法二、等效电路法三、图解法三、图解法一、放大电路的直流通路和交流通路1. 直流通路： Us=0，保管Rs；电容开路； 电感相当于短路线圈电阻近似为0。2. 交流通路：大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路内阻为0。 通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。路的概念。根本共射放大电路的直流通路和交流通路

12、 列晶体管列晶体管输入、入、输出回路方程，将出回路方程，将UBEQ作作为知条件，知条件，令令ICQIBQ，可估算出静，可估算出静态任任务点。点。VBB越大，越大，UBEQ取不同的取不同的值所引起的值所引起的IBQ的误差越小。的误差越小。当当VCCUBEQ时，时，知：知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？直流通路直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路二、等效电路法o半半导体器件的非体器件的非线性特性使放大性特性使放大电路的分析复路的分析复杂化。利用化。利用线性元件建立模型，来描画非性元件建立模型，来描画非线性器件的特性。性器件的特性。1. 直流模型：适于Q

13、点的分析理想二极管理想二极管利用估算法求解静利用估算法求解静态任任务点，本点，本质上利用了直流模型。上利用了直流模型。输入回路等效为输入回路等效为恒压源恒压源输出回路等效为电流控制的电流源输出回路等效为电流控制的电流源2. 晶体管的h参数等效模型交流等效模型o在交流通路中可将晶体管看成在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网一个二端口网络，输入回路、入回路、输出回路各出回路各为一个端口。一个端口。低频小信号模型低频小信号模型在低频、小信号作用下的关系式在低频、小信号作用下的关系式交流等效模型按式子画模型交流等效模型按式子画模型电阻电阻无量纲无量纲无量纲无量纲电导电导h h参数的物理意义参数的物

14、理意义b-e间的间的动态电阻动态电阻内反响内反响系数系数电流放大系数电流放大系数c-e间的电导间的电导分清主次，合理近似！什么情况下分清主次，合理近似！什么情况下h12和和h22的作用可忽略不的作用可忽略不计？简化的化的h h参数等效参数等效电路路交流等效模型交流等效模型查阅手册查阅手册基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结的电流方程可求得结的电流方程可求得由由IEQ算出算出在在输入特性曲入特性曲线上，上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！3. 放大电路的动态分析放大电路的放大电路的交流等效电路交流等效电路阻容耦合共射放大电路的

15、动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析输入电输入电阻中不阻中不应含有应含有Rs!输出电输出电阻中不阻中不应含有应含有RL!三、图解法 应实测特性曲线 输入回路输入回路负载线负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线负载线1. 静态分析：图解二元方程2. 电压放大倍数的分析斜率不变斜率不变3. 失真分析o截止失真截止失真消除方法：增大消除方法：增大VBB，即向上平移，即向上平移输入回路入回路负载线。截止失真是在截止失真是在输入回路首先入回路首先产生失真！生失真！减小减小Rb能消除截止失真能消除截止失真吗？o饱和失真饱和失真o消除方法：增大消除方法：增大RbRb，减小，减小RcRc，减小，

16、减小，减小，减小VBBVBB，增大，增大VCCVCC。Rb或或或或VBB Rc或或VCC：饱和失真是和失真是输出回路出回路产生失真。生失真。o最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom ：比较：比较UCEQ与与 VCC UCEQ ，取其小者，除以取其小者，除以 。这可不是这可不是好方法！好方法！讨论一：根本共射放大电路带负载情况下的静态分析和动态分析QIBQ35AUBEQ0.65V 为什么用什么用图解法求解解法求解IBQ和和UBEQ？讨论二：电路如图o如何增大电压放大倍数？如何增大电压放大倍数？o直流负载线和交流负载线？直流负载线和交流负载线？o在在Rb变化使变化使Q点变化时，在不失真的情况下

17、，电压放大倍数的点变化时，在不失真的情况下，电压放大倍数的数值如何变化？数值如何变化？Uom能够如何变化？能够如何变化？o在在Ui不变的情况下，不变的情况下， Rb减小，减小，Uo如何变化？如何变化？Au如何变化？当如何变化？当Uo最大时，再减小最大时，再减小Rb，会出现失真吗？，会出现失真吗？o在什么情况下，空载时输出电压失真，带上负载后不失真了？在什么情况下，空载时输出电压失真，带上负载后不失真了？ 不能将不能将电子子电路中路中动态参数的表达式看成参数的表达式看成纯数学式子，留数学式子，留意每个字母的物理意意每个字母的物理意义！增大，不可行！增大，不可行！增大时要适增大时要适可而止！可而止

18、！增大，不增大，不一定行！一定行！直流负载线和交流负载线直流负载线和交流负载线Uom=? Q点在什么位置点在什么位置Uom最大？最大？交流负载线应过交流负载线应过Q点，且点，且斜率决议于斜率决议于RcRL4.4 晶体管放大电路的三种接法一、静态任务点稳定的共射放大电路一、静态任务点稳定的共射放大电路二、根本共集放大电路二、根本共集放大电路三、根本共基放大电路三、根本共基放大电路四、三种接法的比较四、三种接法的比较一、静态任务点稳定的共射放大电路 所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时根本不变，这是靠IBQ的变化得来的。 假假设温度升高温度升高时要要Q回到回到Q，那么只需减小，那么只需减

19、小IBQ。T ICQ QICEO假假设UBEQ不不变IBQQ1. 温度对静态任务点的影响2、静态任务点稳定的典型电路 直流通路？直流通路？Ce为旁路电容，在交流为旁路电容，在交流通路中可视为短路通路中可视为短路1 1电路组成电路组成2 2稳定原理稳定原理 为了了稳定定Q点，通常点，通常I1 IB，即，即I1 I2；因此；因此根本不随温度根本不随温度变化。化。设UBEQ UBEUBE，假，假设UBQ UBEUBE，那么，那么IEQ稳定。定。Re 的作用：的作用：T()ICUE UBEUB根本不根本不变 IB IC Re起直流起直流负反响作用，其反响作用，其值越大，反响越越大，反响越强，Q点越点越

20、稳定。定。关于反响的一些概念：关于反响的一些概念： 将将输出量出量经过一定的方式引回一定的方式引回输入回路影响入回路影响输入量的措入量的措施称施称为反响。反响。 直流通路中的反响称直流通路中的反响称为直流反响。直流反响。 反响的反响的结果使果使输出量的出量的变化减小的称化减小的称为负反响，反之称反响，反之称为正反响。正反响。Re有上、下限值吗有上、下限值吗？IC经过经过Re转换为转换为UE影响影响UBE温度升高温度升高IC增大，反响的结果使之减小增大，反响的结果使之减小3 3 Q Q 点分析点分析分压式电流负反响任务点稳定电路分压式电流负反响任务点稳定电路Rb上静态电压能上静态电压能否可忽略不

21、计？否可忽略不计？判别方法：判别方法：4 4动态分析动态分析利利?弊弊?无旁路无旁路电容容Ce时：如何提高电压如何提高电压放大才干？放大才干？3. 稳定静态任务点的方法o引入直流引入直流负反响反响o温度温度补偿：利用：利用对温度敏感温度敏感的元件，在温度的元件，在温度变化化时直接直接影响影响输入回路。入回路。o例如，例如，Rb1或或Rb2采用采用热敏敏电阻。阻。 它它们的温度系数的温度系数？讨论一图示两个电路中能否采用了措施来稳定静态任务点？图示两个电路中能否采用了措施来稳定静态任务点？假设采用了措施，那么是什么措假设采用了措施，那么是什么措施？施？二、根本共集放大电路1. 静态分析2. 动态

22、分析：电压放大倍数故称之为射故称之为射极跟随器极跟随器Uo Ui2. 动态分析：输入电阻的分析Ri与与负载有关！有关！RL带负载电阻后带负载电阻后从基极看从基极看Re，被增，被增大到大到1+倍倍2. 动态分析：输出电阻的分析“加压求流法Ro与信号源内阻有关！与信号源内阻有关！3. 特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！ 令令Us为零，保管为零，保管Rs，在输出端加，在输出端加Uo，产生，产生Io, 。从射极看基极回路电阻，被减从射极看基极回路电阻，被减小到小到1+倍倍三、根本共基放大电路1. 静态分析2. 动态分析3. 特点：输入入电阻小，阻小，频带

23、宽！只放大！只放大电压，不放大，不放大电流！流！四、三种接法的比较：空载情况下 接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大大 小小 大大 频带 窄窄 中中 宽讨论二： 图示电路为哪种根本接法的放大电路？它们的静态任务点有能够稳定吗？求解静态任务点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。接法接法共射共射共集共集共基共基输入输入bbe输出输出cec4.5 4.5 放大放大电路的路的频率呼率呼应一、频率呼应的有关概念一、频率呼应的有关概念二、晶体管的高频等效电路二、晶体管的高频等效电路三、单管共射放大电路的频率呼应三、单管共射

24、放大电路的频率呼应一、频率呼应的有关概念 放大放大电路路对信号信号频率的率的顺应程度，即信程度，即信号号频率率对放大倍数的影响。放大倍数的影响。 由于放大由于放大电路中耦合路中耦合电容、旁路容、旁路电容、容、半半导体器件极体器件极间电容的存在，使放大倍数容的存在，使放大倍数为频率的函数。率的函数。 在运用一个放大在运用一个放大电路路时应了解其信号了解其信号频率的适用范率的适用范围，在，在设计放大放大电路路时，应满足信号足信号频率的范率的范围要求。要求。1. 要研讨的问题2. 高通电路和低通电路2 2低通低通电路路: :信号信号频率越低，率越低，输出出电压越接近越接近输入入电压。 使输出电压幅值

25、下降到70.7%，相位为45的信号频率为截止频率。1 1高通高通电路路: :信号信号频率越高，率越高，输出出电压越接近越接近输入入电压。3. 放大电路中的频率参数 在低在低频段，随着信号段，随着信号频率逐率逐渐降低，耦合降低，耦合电容、容、旁路旁路电容等的容抗增大，使容等的容抗增大，使动态信号信号损失，放大才失，放大才干下降。干下降。高通高通电路电路低通低通电路电路 在高在高频段，随着信号段，随着信号频率逐率逐渐升高，晶体管极升高，晶体管极间电容和容和分布分布电容、寄生容、寄生电容等容等杂散散电容的容抗减小，使容的容抗减小，使动态信号信号损失，放大才干下降。失，放大才干下降。下限频率下限频率上

26、限频率上限频率结电容容(1)(1)模型的建立：由构造而建立，外形像模型的建立：由构造而建立，外形像，参数量，参数量纲各不一各不一样。 gm为跨导，它不随信号频率的变化而变。阻值小阻值小阻值大阻值大衔接了输入回路衔接了输入回路和输出回路和输出回路二、晶体管的高频等效电路1. 混合模型2 2混合混合模型的模型的单向化使信号向化使信号单向向传送送等效变换后电流不变等效变换后电流不变3 3晶体管简化的高频等效电路晶体管简化的高频等效电路？2、电流放大倍数的频率呼应为什么短路？为什么短路？1 1适于适于频率从率从0 0至无至无穷大的表达式大的表达式2 2电流放大倍数的频率特性曲线电流放大倍数的频率特性曲

27、线3 3电流放大倍数的波特图电流放大倍数的波特图: : 采用对数坐标系采用对数坐标系 采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为 单位为“分贝 dB，使得 “ “ 。lg f留意折留意折线化曲化曲线的的误差差20dB/十倍频折线化近似画法折线化近似画法3.晶体管的频率参数共射共射截止频率截止频率共基共基截止频率截止频率特征频率特征频率集电结电容集电结电容经过以上分析得出的以上分析得出的结论： 低低频段和高段和高频段放大倍数的表达式；段放大倍数的表达式； 截止截止频率与率与时间常数的关系；常数的关系； 波特波特图及其折及其折线画法；画法； C的求法。的求法。手册手册查得查得讨论一1. 假

28、设干个放大电路的放大倍数分别为假设干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？，它们的增益分别为多少？2. 为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频率是原来的多少倍？率是原来的多少倍？102030405060Of10102 103104 105106lg f讨论二 电路如图。知各电阻阻值；静态任务点适宜，集电极电流ICQ2mA；晶体管的rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 试求解该电路中晶体管高频等效模型

29、中的各个参数。三、单管共射放大电路的频率呼应适用于信号适用于信号频率从率从0的的交流等效交流等效电路路中频段：中频段：C 短路，短路， 开路。开路。低频段：思索低频段：思索C 的影响，的影响， 开路。开路。高频段：思索高频段：思索 的影响，的影响，C 开路。开路。1. 中频电压放大倍数带负载时：带负载时：空载时：空载时：2. 低频电压放大倍数:定性分析2. 低频电压放大倍数：定量分析C所在回路的时间常数？所在回路的时间常数？2. 低频电压放大倍数：低频段频率呼应分析中频段中频段20dB/十倍频十倍频3. 高频电压放大倍数低通电路低通电路3. 高频电压放大倍数：高频段频率呼应分析4. 电压放大倍

30、数的波特图全频段放大倍数表达式：全频段放大倍数表达式：5. 带宽增益积：定性分析fbw fH fL fH矛盾矛盾 当提高增益时，当提高增益时，带宽将变窄；反带宽将变窄；反之，增益降低，之，增益降低，带宽将变宽。带宽将变宽。5. 带宽增益积：定量分析假设假设rbeRb、 RsRb、 ，那么可，那么可以证明图示电路的以证明图示电路的阐明决议于阐明决议于管子参数管子参数 对于大多数放大于大多数放大电路，增益提高，路，增益提高，带宽都将都将变窄。窄。 要想制造要想制造宽频带放大放大电路需用高路需用高频管，必要管，必要时需采用共需采用共基基电路。路。约为常量约为常量根据根据讨论：如何利用Multisim求解频率呼应静态任务点静态任务点频率呼应频率呼应 首先分析静首先分析静态任任务点能否适点能否适宜，然后利用宜，然后利用“交流分析交流分析获得得频率呼率呼应。