三极管及放大电路.pptx
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1、三极管及放大电路三极管及放大电路4.1 晶体三极管晶体三极管一、一、基本结构基本结构NNPNPN型型PNP集电极集电极集电极集电极基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极BBCCEEPNP型型基区:较薄,基区:较薄,掺杂浓度低掺杂浓度低集电区:集电区:面积较大面积较大发射区:发射区:掺杂浓度较高掺杂浓度较高第1页/共84页BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结第2页/共84页BECNNPBECPPNEBCBEC*三极管的符号三极管的符号NPN型三极管型三极管PNP型三极管型三极管第3页/共84页二、二、IE,IB,IC 电流形成电流形成BECNNPEBRBECIE
2、进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合,形成空穴复合,形成电流电流IB ,多数扩,多数扩散到集电结。散到集电结。发射结正偏,发射结正偏,发射区电子发射区电子不断向基区不断向基区扩散,形成扩散,形成发射极电流发射极电流IE。I IB B第4页/共84页BECNNPEBRBECIE集电结反偏,有集电结反偏,有少子形成的反向少子形成的反向电流电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEICE从基区扩从基区扩散到集电散到集电区的电子,区的电子,被收集,被收集,形成形成ICE。BJT 内部载流子的传输过程:内部载流子的传输过程:(1)、)、E区向区向B区注入电子区注入电子
3、,形成形成I IE E(2)、电子在)、电子在B区复合,形成区复合,形成I IB B (3)、)、C区收集电子,形成区收集电子,形成I IC CI IB B第5页/共84页三、三、V-IV-I特性曲线及结论特性曲线及结论iCmA AVVvCEvBERBiBECEB 实验线路实验线路第6页/共84页(一一)、输入特性输入特性:vCE 1ViB(A)vBE(V)204060800.40.8工作压降:工作压降:硅管硅管VBE 0.50.7V,锗管锗管UBE 0.10.3V。vCE=0VvCE=0.5V 死区电压死区电压:硅管硅管0.5-0.7V,锗,锗管管0.1-0.3V。第7页/共84页(二二)、
4、输出特性输出特性:iC(mA )1234vCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 AVBVE和和VCVB,IC只与只与IB有关有关且且IC=IB,称为放大称为放大区区VCE 0.3V,VBVE和和VBVC,称称为饱和区。为饱和区。IB=0,IC=ICEO,VB VE和和VBIC,VCE 0.3V(3)截止区:截止区:发射结反偏,集电结反偏发射结反偏,集电结反偏,IB=0,IC=ICEO 0 1、三极管工作在三个区域的条件及特点、三极管工作在三个区域的条件及特点:C C、E E间相当于短路间相当于短路C C、E E间相当于开路间相当于开路第9页/共84页2、电流的放大
5、作用及分配、电流的放大作用及分配电流分配关系IB=020 A40 A60 A80 AiC(mA)1234vCE(V)36912第10页/共84页思考思考1:处于放大区时,处于放大区时,NPN型、型、PNP型两种三极管的各型两种三极管的各 电极电位如何?电极电位如何?EBCBECN NN NP PP PP PN NVB、VC、VE大于零大于零VB、VC、VE小于零小于零且且VC VBVE且且-VC-VB-VE总的来说总的来说:处于放大区时,处于放大区时,NPN型、型、PNP型两种三极管,型两种三极管,满足满足第11页/共84页思考思考2:在同一坐标上绘制在同一坐标上绘制NPNNPN型、型、PNP
6、PNP型三极管的型三极管的 输出特性曲线输出特性曲线IB=020 A40 A60 A80 AiC2(mA)1234vCE(V)-12-9-6IB=020 A40 A60 A80 A-3IB=020 A40 A60 A80 AiC1(mA)1234vCE(V)369 12BECN NN NP Pi iC1C1EBCP PP PN Ni iC2C2vCE(V)iC2(mA)第12页/共84页四、主要参数四、主要参数前面的电路中,三极管的发射极是输入输出的前面的电路中,三极管的发射极是输入输出的公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直
7、流电流放大倍数直流电流放大倍数:工作于动态的三极管,真正的信号是叠加在工作于动态的三极管,真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB,相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC,则则交流电流交流电流放大倍数放大倍数为:为:1.电流放大倍数电流放大倍数和和 第13页/共84页四、主要参数四、主要参数前面的电路中,三极管的发射极是输入输出的前面的电路中,三极管的发射极是输入输出的公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数:工作于动态的三极管,真
8、正的信号是叠加在工作于动态的三极管,真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB,相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC,则则交流电流交流电流放大倍数放大倍数为:为:1.电流放大倍数电流放大倍数和和 第14页/共84页2.集集-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流,受温流,受温度的变化度的变化影响。影响。第15页/共84页BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区,形成区,形成IBE。根据放大关
9、系,根据放大关系,由于由于IBE的存的存在,必有电流在,必有电流 IBE。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3.集集-射极反向饱和电流射极反向饱和电流ICEOICEO受温度影响很受温度影响很大,当温度上升大,当温度上升时,时,ICEO增加很快,增加很快,所以所以IC也相应增也相应增加。加。三极管的温三极管的温度特性较差度特性较差。第16页/共84页4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降,值的下降,当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向
10、击穿电压U(BR)CEO当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值时,超过一定的数值时,三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压。基极开路时的击穿电压。第17页/共84页6.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管,流过三极管,所发出的焦耳所发出的焦耳 热为:热为:PC=ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升,所以上升,所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区第18页/共84页五、温度对五、温度对参数及特性
11、参数及特性的影响的影响T 、ICEO、ICBOICiCuCE温度上升时,温度上升时,输出特性曲输出特性曲线上移线上移第19页/共84页六、常见三极管实物外形六、常见三极管实物外形六、常见三极管实物外形六、常见三极管实物外形第20页/共84页三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理一、放大电路的分类一、放大电路的分类 4.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路第21页/共84页二、二、共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成iCiBRsvSC1vBEVCCRCTRBV
12、BC2RB+VCCvotvStvItiCtv0t未加电容未加电容加电容加电容vIv0第22页/共84页三、三、符号规定符号规定VA:大写字母、大写下标,表示直流量。大写字母、大写下标,表示直流量。vA :小写字母、大写下标,表示交直流小写字母、大写下标,表示交直流量量(全量全量)。va :小写字母、小写下标,表示交流分量。小写字母、小写下标,表示交流分量。vAva全量全量交流分量交流分量tVA直流分量直流分量 第23页/共84页(一)、一)、放大的概念、放大器的组成框图放大的概念、放大器的组成框图、放大就是将微弱的、放大就是将微弱的变化信号变化信号放大成较大放大成较大的信号,包括对电压、电流的
13、放大。的信号,包括对电压、电流的放大。、放大器的一般组成框图:、放大器的一般组成框图:电压放大电压放大功率放大功率放大负载负载输输入入信信号号放大器放大器引言引言:(1.4-1.5的内容的内容)4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法第24页/共84页(二)、(二)、放大电路的性能指标放大电路的性能指标、静态性能指标:、静态性能指标:主要包括静态值:主要包括静态值:IQ、ICQ、VCEQ静态值决定了三极管的直流偏置,从而决定了放大静态值决定了三极管的直流偏置,从而决定了放大电路能否正常工作,也决定了放大电路能否不失真电路能否正常工作,也决定了放大电路能否不失真地放大信号。地放大信号。放大电
14、路的性能指标主要包括静态性能指标和放大电路的性能指标主要包括静态性能指标和动态性能指标动态性能指标第25页/共84页(1)、输入电阻)、输入电阻Ri输入电阻输入电阻是衡量放大电路从其前级信号源获取信是衡量放大电路从其前级信号源获取信号大小的参数。输入电阻越大,从其前级取得的号大小的参数。输入电阻越大,从其前级取得的信号越大。其定义为:信号越大。其定义为:RSvsRiviiiRoAvviRLvoi0放大放大电路电路iivSviRLvoi0RS2、动态性能指标:、动态性能指标:第26页/共84页(2)、输出电阻)、输出电阻Ro放大电路的放大电路的输出对其输出对其负负载载而言,相而言,相当于信号源,
15、当于信号源,其内阻就是其内阻就是输出电阻。输出电阻。输出电阻输出电阻是衡量放大电路带动负载能力大小的参是衡量放大电路带动负载能力大小的参数。输出电阻越小,带动负载的能力越大。其定数。输出电阻越小,带动负载的能力越大。其定义为:义为:RSvsRiviiiRoAvviRLvoi0放大放大电路电路iivSviRLvoi0RS第27页/共84页a、电压放大倍数、电压放大倍数Av、AvsRSvsRiviiiRoAvviRLvoi0放大放大电路电路iivSviRLvoi0RS(3)、放大倍数)、放大倍数第28页/共84页b、互导放大倍数(互导增益)、互导放大倍数(互导增益)Ag放大放大电路电路iivSvi
16、RLvoi0RS放大倍数放大倍数c、互阻放大倍数(互阻增益)、互阻放大倍数(互阻增益)Ard、电流放大倍数、电流放大倍数Ai放大放大电路电路iiviRLvoi0RSiS第29页/共84页d、通频带、通频带fAvAvm0.7AvmfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带:通频带:BW=fHfL放大倍数放大倍数随频率变随频率变化曲线化曲线第30页/共84页放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效法微变等效法图解法图解法计算机仿真计算机仿真3、放大电路分析方法、放大电路分析方法第31页/共84页一、静态分析一、静态分析放大电路中各
17、点的电压或电流都是在直流放大电路中各点的电压或电流都是在直流上附加了小的交流信号。上附加了小的交流信号。在令交流信号在令交流信号Vs=0,只考虑直流信号单独作用时只考虑直流信号单独作用时放大电路的工作状态称为静态。放大电路的工作状态称为静态。静态分析静态分析着重计算静态值(着重计算静态值(IQ、ICQ、VCEQ)和画出静态工作点和画出静态工作点Q。估算法:估算法:图解法:图解法:主要用于计算静态值(主要用于计算静态值(IQ、ICQ、VCEQ)主要用于画出静态工作点主要用于画出静态工作点Q并找出最佳并找出最佳Q。第32页/共84页步骤:原电路步骤:原电路直流通道直流通道RB+VCCRC(一一)、
18、静态、静态(估算法估算法)分析的步骤分析的步骤直流通道直流通道计算计算IQ、ICQ、VCEQ开路开路开路开路RB+VCCRCC1C2TRsvS原电路原电路令令vS=0第33页/共84页根据直流通道估算根据直流通道估算IBQ、ICQ、VCEQ、IBQVBEQ(RB称为称为偏置电阻偏置电阻,IB称为称为偏置电流偏置电流)估算法估算法ICQVCEQ直流负直流负载线的载线的方程方程+VCCRBRC第34页/共84页ICCEVCC直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q点点IB(二二)、静态、静态(图解法图解法)分析的步骤及应用分析的步骤及应用1、步骤:、步骤:画出画出三极管三极管
19、的的输出特性输出特性画出直流负载线画出直流负载线(CE=VCCICRC)计算计算I直流负载线与直流负载线与i iB=IB的输出特性的输出特性的交点就是的交点就是Q点点Q QiB第35页/共84页 iC、vCE变化,使工作点将移动变化,使工作点将移动iBvBEvItiBtIBQiCtICQQ QiCvCEQ Q2 2Q Q1 1VCEQtiBiCvOiBRsvSC1vBERCTvI IC2RB+VCC(1)、分析)、分析vS造成工作点造成工作点在在Q点上下移动的原因点上下移动的原因uS的变化,使的变化,使vI、vBE有一有一微小的变化微小的变化,从而造成从而造成iB、2 2、图解法的应用、图解法
20、的应用第36页/共84页(2)、运用图解法选择最佳的静态工作点)、运用图解法选择最佳的静态工作点可输出的最大不失真信号可输出的最大不失真信号iCvCEvovBEQiBtuiiBtvitVCCa、Q点在直流负载线的中点:点在直流负载线的中点:可输出的最大不失真信号可输出的最大不失真信号v0=vCE第37页/共84页b、Q点过低:点过低:放大电路放大电路产生截止产生截止失真失真iCvCEvovBEiBtuiiBtuiQt放大电路产生截止失真放大电路产生截止失真v0=vCE第38页/共84页c、Q点过高:点过高:放大电路放大电路产生饱和产生饱和失真失真iCvCEuovBEiBtuitiBtuiQt放
21、大电路产生饱和失真放大电路产生饱和失真v0=vCE第39页/共84页思考:思考:电源电压电源电压VCC,电阻,电阻RB,RC,温度的变化,温度的变化对静态工作点的影响如何?对静态工作点的影响如何?iCvCEVCCIBQ QQ Q1 1I1BV1CC以以VCC降低为例降低为例 以以RB降低为例降低为例 Q Q3 3IBI2BQ Q2 2以以RC增大为例增大为例 Q Q4 4以温度上升为例以温度上升为例 第40页/共84页例:例:已知:已知:VCC=12V,RC=4k,RB=300k,=37.5。用用估算法计算静态工作点估算法计算静态工作点解:解:RB+VCCRCC1C2TRsvSIBQVBEQ+
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