第5章 晶体三极管及其基本放大电路(新使用).ppt

第5章晶体三极管及其基本放大电路 5 1晶体三极管 几种常见晶体管的外形 5 1 1晶体管的结构及其类型 晶体管的结构 晶体管的结构示意图和表示符号 晶体管的种类 按结构工艺分类 有NPN和PNP型 按制造材料分类 有锗管和硅管 按照工作频率分类 有低频管和高频管 按照容许耗散功率大小分类 有小功率管和大功率管 5 1 2晶体管的电流分配与放大作用 NPN型晶体管的电流关系 三极管内部载流子的传输过程 1 发射区向基区扩散多子电子 形成发射极电流IE IE 少数与空穴复合 形成IB 基区空穴来源 基极电源提供 IB 集电区少子漂移 ICBO IB 3 集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流IC IC 2 电子到达基区后 漂移电流因载流子浓度低而忽略 第2章半导体三极管 三极管内载流子运动 三极管的电流分配关系 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 第2章半导体三极管 近似有 例 一个处于放大状态的晶体管发射极电流为12 1mA 集电极电流为12 0mA 晶体管的是多少 解 求基极电流 5 1 3晶体管的共射特性曲线 共发射极放大电路 图1 3 5晶体管的输入特性曲线 输出特性曲线 1 截止区iB 0的曲线以下的区域称为截止区 iB 0时 集电极电流用ICE0表示 其值很小 即在截止区 电流关系为iB 0iE iC ICE0晶体管工作在截止区时没有电流放大能力 且各极电流近似为零 相当于开关断开状态 对于NPN型硅管而言 当uBE 0 5V时 已开始截止 但是为了可靠截止 常使得uBE 0 特点 发射结和集电结均反偏 2 放大区输出特性曲线的近似水平部分是放大区 也称为线性区 在放大区各极电流满足iC iBiE iC iB iC表现出iB对iC的控制作用 晶体管工作在放大状态时特点 发射结正偏 集电结反偏 即对NPN型晶体管而言 应使UBE 0 7V UCE 0 7V 从电位来看 应该是aaaaaaaaaaVC VB VE 而对PNP型晶体管而言 则是VE VB VC 3 饱和区饱和区指输出特性曲线中iC上升部分与纵轴之间的区域 在饱和区 对应于不同的iB的输出特性曲线几乎重合 iC不再受ib控制 只随uCE变化 即没有电流放大能力 饱和时特点 发射结与集电结均处于正向偏置 在饱和状态时的uCE称为饱和降 记做UCES 其值很小 对于NPN型硅管约为0 3V PNP型锗管约为0 1V 若忽略不计 则晶体管集电极与发射极之间相当于短路 相当于开关的闭合状态 在模拟电路中 大多数情况下 应保证晶体管工作在放大状态 而在开关电路或脉冲数字电路中 晶体管主要工作于饱和状态和截止状态 三极管特性测试电路 5 1 4晶体管的主要参数 1 电流放大系数 2 极间反向电流 3 极限参数 1 共射直流电流放大系数 2 共射交流电流放大系数 1 集电极 基极反向饱和电流ICBO 2 集电极 发射极反向饱和电流ICEO 1 集电极最大容许电流ICM 2 集电极最大容许耗散功率PCM 5 2放大电路的组成和工作原理5 2 1放大电路概述 放大电路的结构示意图 放大的电路的功能 将微弱的电信号不失真地放大到所需的数值对放大器的基本要求 足够大的放大能力放大的实质 能量的控制与转换 5 2 2基本共射极放大电路 共发射极基本放大电路 元件作用 晶体管VT是核心元件 起放大作用 基极直流电源VBB使发射结正偏 Rb为基极偏置电阻为晶体管提供一个合适的基极直流 集电极直流电源Vcc使集电结反偏 是输出电路的工作电源 形成集电极回路电流 同时又是负载的能源 C1 C2耦合电容 隔直通交 5 2 2基本共射极放大电路 共发射极基本放大电路 放大电路组成原则 1 应使放大电路工作在放大状态 发射结正偏 集电结反偏 2 信号能进能出 信号能送到电路输入端 放大后输出信号能作用于负载上 放大电路特点 1 交流直流共存2 线性与非线性共存 5 2 2基本共射极放大电路 共发射极基本放大电路 电量符号 直流量 符号与下标都大写IB IC UCE交流量 符号与下标都小写ib ic uce总电量瞬时值 符号小写下标大写iB iC uCE ui 0时的IB IC UCE 称为放大电路的静态工作点Q 记为IBQ ICQ UCEQ 5 2 2基本共射极放大电路 共发射极基本放大电路 工作原理 基本共射极放大电路的简化 5 3放大电路的分析 放大电路可分为静态和动态两种情况来分析 静态 是当放大电路没有输入信号时的工作状态 动态 则是有输入信号时的工作状态 5 3 1静态分析 计算法 用放大电路的直流通路计算静态值图解法 用作图的方法确定静态值 目的 确定放大电路的静态工作点 IBQ ICQ UCEQ 是否满足不失真放大的条件 方法 计算法 用放大电路的直流通路计算静态值 静态值是直流 故可用放大电路的直流通路 在直流电源作用下直流电流流过的路径 来分析计算 静态时的基极电流为 画直流通路的原则 电容视为开路 信号源视为短路 例5 31 已知VCC 12V RC 4K Rb 300K UCEQ 0 7V 40求静态值IBQ ICQ UCEQ 晶体管的工作状态 直流通路 用图解法确定静态值 1 画出直流通路 2 利用输入特性曲线及输入回路方程来确定IBO和UBEO 3 利用输出特性曲线及输出回路方程确定ICO和UCEO 输入回路方程 输出回路方程 直线方程 直线方程 利用图解法求静态工作点 斜率为 1 Rb 斜率为 1 Rc 5 3 2动态分析 方法 微变等效电路法 计算放大电路的性能指标 晶体管的微变等效电路模型放大电路的微变等效电路放大电路交流性能指标的计算图解法 分析波形及动态范围 目的 分析与计算放大电路的性能指标 波形 动态范围 在静态值确定后只考虑电流和电压的交流分量 晶体管的微变等效电路模型 晶体管及其微变等效电路 1 微变等效电路法 几百欧姆到几千欧姆 放大电路的微变等效电路 画出放大电路的交流通路画出放大电路的交流通路原则 电容视为短路 直流电源视为短路 用晶体管的微变等效电路模型替代交流通路中的晶体管 放大电路交流性能指标的计算 计算电压放大倍数 衡量电压放大能力 计算输入电阻Ri 从放大器输入端看进去的交流等效电阻 对前级产生影响 计算输出电阻Ro 放大电路的内阻 带负载能力 求输出电阻Ro常采用外加电源法 保留信号源内阻RS 源电压放大倍数 考虑信号源内阻时的电压放大倍数 例 下图中 已知VCC 12V RC RL 4k Rb 300k RS 1k 晶体 40 UBEQ 0 7V C1和C2对交流信号视为短路 试求 2 图解法 根据ui利用输入特性曲线画出ib和ube波形 根据iB利用输出特性曲线画出iC和uCE波形 输出回路的交流负载线方程斜率为 交流负载线与直流负载线相交于Q点 5 3 3图解法分析放大电路的非线性失真和动态范围 非线性失真 截止失真 饱和失真 截止失真的图解分析 Q点偏低 IBQ和ICQ值偏小 uce波形出现 削顶 失真 称为截止失真 消除截止失真的方法是 提高静态工作点值 减小输入信号幅值 饱和失真的图解分析 Q点偏高 IBQ和ICQ值偏大 uce波形出现 削顶 失真 称为饱和失真 消除饱和失真的方法是 降低静态工作点值 减小输入信号幅值 用图解法估算动态范围 用图解法估算最大输出幅值 5 4 1静态工作点稳定的共射极放大电路 基极分压式射极偏置电路 5 4晶体管放大电路的三种接法 一般选取 I2 5 10 IBQ VBQ 5 10 UBEQ T ICQ IEQ IEQRE UBEQ IBQ ICQ 例 下图中已知VCC 12V RC 2K Re 2K Rb1 20K Rb2 10K RL 6K 40 UBEQ 0 7V 计算 静态工作点 解 1 由直流通路计算静态值 解 2 由微变等效电路计算交流参数 5 4 2共集电极放大电路 射极输出器 1 静态分析 2 动态分析 电压增益 输入电阻 求输出电阻 与共射放大电路相比 共集放大电路的输出电阻小 带负载能力强 输入电阻高 对前级影响小 常倍用做放大电路的输入级 输出级或缓冲级 5 4 3共基极放大电路 5 4 4三种基本放大电路的性能比较 共发射极电路既放大电压也放大电流 输入 输出电阻适中 被主要应用于低频多级放大电路的中间级 共集电极电路只放大电流 不放大电压 在三种组态中 输入电阻最高 输出电阻最小 常被用于输入级 输出级或作为隔离用的缓冲级 共基极电路只放大电压不放大电流 输入电阻小 高频特性很好 常被用于高频或宽频带低输入阻抗的场合 例 两级放大电路下图中已知 VCC 12V 1 60 Rb1 200k Re1 2k Rs 100 Rc2 2k Re2 2k R b1 20k R b2 10k RL 6K 2 40试求 静态值 解 求静态值 解 求交流参数 Ri2 0 83 k 5 5 1频率响应概述 放大倍数会随着频率而变化 是频率的函数 这种函数关系称为频率响应或者频率特性 5 5放大电路的频率响应 称为幅频特性 称为相频特性 1 基本概念 阻容耦合单级共射放大电路的频率响应 fL 下限截止频率fH 上限截止频率 2 波特图 横轴采用对数刻度lgf 纵轴采用分贝 dB 5 5 2简单RC电路的频率特性 RC低通电路的频率特性RC高通电路的频率特性 RC低通电路的频率特性 RC低通电路 幅频特性 相频特性 截止频率 RC低通电路的波特图 RC高通电路的频率