模拟电子技术BJT讲义PPT学习教案.pptx
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1、会计学 1模拟(mn)电子技术BJT讲义第一页,共92 页。2三极管(Bipolar Junction Transistor)图片(tpin)BJT 的结构(jigu)简介第1 页/共92 页第二页,共92 页。3 BJT 的结构(jigu)简介BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型第2 页/共92 页第三页,共92 页。4BECNPN型三极管BECPNP型三极管三极管符号(fho)NPNCBEPNPCBE BJT 的结构(jigu)简介第3 页/共92 页第四页,共92 页。5发射结集电结BECNNP基极发射极集电极+_ _ _ _ _ _ _ _ _ _
2、_ _ _ _ _ _ _ _ _+BJT 的结构(jigu)简介第4 页/共92 页第五页,共92 页。6BECNNP基极发射极集电极基区(base):较薄,掺杂(chn z)浓度低集电区(collector):面积(min j)较大发射区(emitter):掺杂浓度(nngd)较高 BJT的结构简介第5 页/共92 页第六页,共92 页。7集电结外加(wiji)反压发射结外加(wiji)正压BECNNPVBBRBVCCIE由于基区掺杂(chn z)浓度很低,基区空穴向发射区的扩散电流可忽略。IBN进入P区的电子少部分与基区的空穴复合,形成电流 I BN,多数扩散到集电结。发射结正偏,发射区
3、电子不断向基区扩散,形成发射极电流 I E。放大状态下BJT的工作原理BJT起放大作用的条件:内部条件和外部条件1.BJT内部载流子的传输过程第6 页/共92 页第七页,共92 页。8BECNNPVBBRBVCCIE集电结反偏,有少子形成反向(fn xin)电流ICBO。I CBOI C=I CN+I CBO I CNIBNICN从基区扩散来的电子作为集电结的少子(sho z),漂移进入集电结而被收集,形成 ICN。放大状态下BJT的工作(gngzu)原理第7 页/共92 页第八页,共92 页。9I B=I BN-I CBO I BNIBBECNNPVBBRBVCCIEI CBOICNI C=
4、I CN+I CBO I CNIBN反向饱和电流ICBO,这个电流对放大没有(mi yu)贡献动画演示 动画演示(ynsh)(ynsh)放大状态(zhungti)下BJT的工作原理第8 页/共92 页第九页,共92 页。10 放大状态(zhungti)下BJT的工作原理BJT的三种(sn zhn)连接方式共集电极接法:集电极作为(zuwi)公共电极,用CC表示共基极接法:基极作为公共电极,用 CB表示共发射极接法:发射极作为公共电极,用 CE表示第9 页/共92 页第十页,共92 页。11 放大状态下BJT的工作(gngzu)原理IC与IB之比称为共射极直流电流放(lifng)大倍数:对于(d
5、uy)正向偏置的发射结:集电结收集的电子流是发射结的总电子流的一部分:共基极直流电流放大倍数一般在0.98以上,共射极直流电流放大倍数一般为101002.BJT的电流分配关系第10 页/共92 页第十一页,共92 页。12 放大(fngd)状态下BJT的工作原理3.BJT在电压放大电路(dinl)中的应用举例RLecb1k VEEVCCVEBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iB若v I=20mV,电压(diny)放大倍数使i E=-1 mA,则i C=i E=-0.98 mA,当=0.98 时,第11 页/共92 页第十二页,共92 页。131.1.共射极连接 共射极连接(l
6、inji)(linji)时的 时的V V I I 特性 特性曲线 曲线 的特性(txng)曲线mAAVVvCE vBERBiBVCCVBB共射极接法的实验线路ic第12 页/共92 页第十三页,共92 页。14v CE 1Vi B(A)v BE(V)204060800.4 0.8工作压降:硅管vBE 0.60.7V,锗管vBE 0.20.3V。一般(ybn)用这一条曲线。v CE=0Vv CE=0.5V 死区电压(diny),硅管0.6V,锗管0.2V。(1 1)输入)输入(shr)(shr)特性 特性(input characteristic)(input characteristic)的特
7、性曲线第13 页/共92 页第十四页,共92 页。15I C(mA)1234V CE(V)36 91240 A60 AQQ=I C/I B=2 mA/40 A=50=I C/I B=(3-2)mA/(60-40)A=50=IC/IB=3 mA/60 A=50(2)输出特性(output characteristic)的特性(txng)曲线第14 页/共92 页第十五页,共92 页。16(2)输出特性(output characteristic)的特性(txng)曲线对共射极电路(dinl)有:vBE不变,vCE vCB反压集电结的空间电荷区宽度基区的有效宽度基区内(q ni)的载流子复合的机会
8、 增大在基极电流不变的情况下,集电极电流将随v CE 的增大而增大,输出特性比较平坦的部分随着v CE 的增加略向上倾斜,称为Early效应基区宽度调制效应第15 页/共92 页第十六页,共92 页。17 的特性(txng)曲线(2)输出特性(output characteristic)当工作点进入饱和(boh)区或截止区时,将产生非线性失真。饱和区特点:iC不再(b zi)随iB的增加而线性增加,即此时截止区特点:iB=0,iC=ICEOvCE=VCES,典型值为0.3V第16 页/共92 页第十七页,共92 页。18输出特性三个区域(qy)的特点:a.放大(fngd)区(amplifier
9、 region)BE结正偏,BC结反偏,IC=IB,且 IC=IB。b.饱和(boh)区(saturation region)BE结正偏,BC结正偏,即VCE VBE,IBIC,VCE 0.3V。c.截止区(cut-off region)V BE 死区电压,I B=0,I C=I CEO 0。的特性曲线(2)输出特性(output characteristic)第17 页/共92 页第十八页,共92 页。19 的特性(txng)曲线 iE=f(vBE)vCB=constiC=f(vCB)iE=const2.共基极电路的特性(txng)曲线第18 页/共92 页第十九页,共92 页。20 前面的
10、电路中,三极管的发射极是输入输出的公共点,称为(chn wi)共射接法,相应地还有共基、共集接法。则共射直流电流放大倍数为: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 iB,相应的集电极电流变化为 iC,则交流电流放(lifng)大倍数为:1.电流放大(fngd)倍数 的主要参数第19 页/共92 页第二十页,共92 页。21例:VCE=6V时:IB=40 A,IC=1.5 mA;IB=60 A,IC=2.3 mA。在以后的计算中,一般作近似处理:=一般放大电路(dinl)采用=3080。1.电流放大(fngd)倍数 的主要参数第20 页/共92 页第二十一页,
11、共92 页。22(1)集-基极(j j)反向饱和电流ICBOAI CBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流(dinli),受温度变化的影响。2.极间反向(fn xin)电流 的主要参数第21 页/共92 页第二十二页,共92 页。23ECNNPI B=0B由BJT的电流(dinli)分配规律,此处电流(dinli)为 ICBO集电结反偏,空穴(kn xu)漂移到基区。发射结正偏,电子(dinz)扩散到基区。复合形成I CBO(1)I CBO(2)集-射极反向饱和电流I CEO2.极间反向电流 的主要参数第22 页/共92 页第二十三页,共92 页。24(1)集电极最大允许(ynx)
12、电流ICM BJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流即为ICM。当电流超过时,管子的性能将显著下降(xijing),甚至有烧坏管子的可能。3.极限(jxin)参数 的主要参数第23 页/共92 页第二十四页,共92 页。25 集电结上允许损耗(snho)功率的最大值。P C P CMI CV CEI C V CE=P CMI CMV(BR)CEO安全(nqun)工作区(2)集电极最大允许(ynx)功耗PCM3.极限参数 的主要参数第24 页/共92 页第二十五页,共92 页。26(3)反向(fn xin)击穿电压3.极限(jxin)参数 的主要参数V(BR)EBO,集电极开路时,发射
13、极基极间的反向击穿(j chun)电压。V(BR)CBO,发射极开路时,集电极基极间的反向击穿电压。V(BR)CEO,基极开路时,集电极发射极间的反向击穿电压。第25 页/共92 页第二十六页,共92 页。27当V CEI CEO集电结出现(chxin)雪崩击穿V(BR)CEO V(BR)CES V(BR)CER V(BR)CEO射基间有电阻(dinz)时射基间短路(dunl)时基极开路时(3)反向击穿电压3.极限参数 的主要参数 V(BR)CEO 与I CEO 的大小有关:第26 页/共92 页第二十七页,共92 页。28 温度对BJT参数及特性(txng)的影响(1)温度(wnd)对ICB
14、O的影响(2)温度(wnd)对 的影响温度每升高1 o C,增加0.5%1%1.温度对BJT参数的影响温度每升高10 o C,I CBO 约增加一倍(3)温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO 的影响集电结的反向击穿为雪崩击穿,具有正的温度系数,温度升高,反向击穿电压提高第27 页/共92 页第二十八页,共92 页。29 温度对BJT参数(cnsh)及特性的影响2.温度对BJT特性曲线(qxin)的影响温度T 输出特性曲线上移,曲线族间距(jin j)增大温度T 输入特性曲线左移温度每升高1 o C,v BE 减小2mV2.5mV动画演示 动画演示第28 页/共92 页第二十九页
15、,共92 页。304.2 基本共射极放大(fngd)电路 电路(dinl)组成 工作(gngzu)原理第29 页/共92 页第三十页,共92 页。311.电路(dinl)组成 4.2 基本(jbn)共射极放大电路放大元件(yunjin)iC=iB,工作在放大区,要保证集电结反偏,发射结正偏。+i B+b2b-ivC+R-b1vTo+CcRVCCBBVi Ci Ecommonemitter configuration第30 页/共92 页第三十一页,共92 页。321.电路(dinl)组成 4.2 基本共射极放大(fngd)电路+i B+b2b-ivC+R-b1vTo+CcRVCCBBVi Ci
16、 E基极(j j)电源与基极(j j)电阻使发射结正偏,并提供适当的静态 I B和V BE。集电极电阻R C,将变化的电流转变为变化的电压。集电极电源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。第31 页/共92 页第三十二页,共92 页。331.简化电路及习惯(xgun)画法 4.2 基本(jbn)共射极放大电路+i B+b2b-ivC+R-b1vTo+CcRVCCBBVi Ci E+CTb1CCRbV+vov+ib2CcR第32 页/共92 页第三十三页,共92 页。34 4.2 基本共射极放大(fngd)电路2.基本(jbn)共射极放大电路的工作原理根据直流通(litng)路可知:采用该方法,必
17、须已知三极管的 值。一般硅管V BE=0.7V,锗管V BE=0.2V。+CTb1CCRbV+vov+ib2CcRa.静态(直流工作状态)第33 页/共92 页第三十四页,共92 页。35 放大(fngd)电路如图所示。已知BJT的=80,Rb=300k,Rc=2k,VCC=+12V,求:(1)放大电路的Q点。此时BJT工作(gngzu)在哪个区域?(2)当Rb=100k时,放大电路的Q点。此时(c sh)BJT工作在哪个区域?(忽略BJT的饱和压降)解:(1)(2)当Rb=100k时,静态工作点为Q(40uA,3.2mA,5.6V),BJT工作在放大区。其最小值也只能为0,即IC的最大电流为
18、:所以BJT工作在饱和区。VCE不可能为负值,此时,Q(120uA,6mA,0V),例题 例题+CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR+第34 页/共92 页第三十五页,共92 页。36 4.2 基本共射极放大(fngd)电路2.基本共射极放大电路的工作(gngzu)原理b.动态(dngti)+CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR+TRbL+voR-v+-icR输入信号不为零时,放大电路的工作状态,即交流工作状态 耦合电容:通交流、隔直流 直流电源:内阻为零 直流电源和耦合电容对交流相当于短路第35 页/共92 页第三十六页,共92 页。37v i=0 v i=Vsin
19、t先静态:确定(qudng)静态工作点Q(IBQ、ICQ、VCEQ)后动态(dngti):确定性能指标(AV、Ri、Ro 等)放大 放大(fngd)(fngd)电路为什么要建立正确的静态?电路为什么要建立正确的静态?4.2 基本共射极放大电路2.基本共射极放大电路的工作原理第36 页/共92 页第三十七页,共92 页。38 4.2 基本共射极放大(fngd)电路2.基本共射极放大电路(dinl)的工作原理工作点合适 工作点偏低合适(hsh)的静态工作点保证Je正偏,Jc反偏保证有较大的线性工作范围第37 页/共92 页第三十八页,共92 页。39(a)(b)1.下列af电路哪些(nxi)具有放
20、大作用?(c)(d)(f)(e)第38 页/共92 页第三十九页,共92 页。404.3 放大(fngd)电路的分析方法 静态工作点的图解(tji)分析 动态工作情况(qngkung)的图解分析 BJT的H参数及小信号模型 用小信号模型分析共射极放大电路 小信号模型分析法的适用范围 图解分析法 小信号模型分析法 静态工作点对波形失真的影响第39 页/共92 页第四十页,共92 页。414.3 放大(fngd)电路的分析方法放大电路(dinl)分析静态(jngti)分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法计算机仿真放大电路性能指标的定义放大电路中各个元件的作用放大电路的直流通路与交流通路本节
21、重点第40 页/共92 页第四十一页,共92 页。42 采用该方法分析(fnx)静态工作点,必须已知三极管的输入输出特性曲线。共射极放大电路+CTb1CCRbV+vov+ib2CcR直流通路TCCRbVcRVBEVCEIBIC+1.静态(jngti)工作点的图解分析 图解(tji)分析法第41 页/共92 页第四十二页,共92 页。431.静态工作(gngzu)点的图解分析 图解(tji)分析法V CE=V CC I C R C 直流负载(fzi)线由估算法求出I B,I B对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点 Q直流通路TCCRbVcRVBEVCEIBIC+第42 页/共92 页第四十
22、三页,共92 页。442.动态(dngti)工作情况的图解分析 图解(tji)分析法斜率1Rc/R L+CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR+由交流(jioli)通路得纯交流(jioli)负载线:vce=-ic(Rc/RL)因为交流负载线必过Q点,则交流负载线为+TRbL+voR-v+-icR第43 页/共92 页第四十四页,共92 页。452.动态工作情况(qngkung)的图解分析 图解(tji)分析法通过图解分析,可得如下结论:(1)vo与vi相位相反(xingfn);(2)可以测量出放大电路的电压放大倍数;(3)可以确定最大不失真输出幅度。第44 页/共92 页第四十五页,
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