晶体三极管及其基本放大电路新使用PPT学习教案

1、会计学1 晶体三极管及其基本放大电路新使用晶体三极管及其基本放大电路新使用 晶体管的结构晶体管的结构 第1页/共67页 第2页/共67页 第3页/共67页 NPN型晶体管的电流关系型晶体管的电流关系 第4页/共67页 三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程 1) ) 发射区向基区扩散多子发射区向基区扩散多子电子电子， 形成发射极电流形成发射极电流 IE。 IE 少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IB 。 基区空基区空 穴来源穴来源 基极电源提供基极电源提供( (IB) ) 集电区少子漂移集电区少子漂移( (ICBO) ) IB 3) ) 集电区收集扩散过来的载集电区收集扩

2、散过来的载 流子形成集电极电流流子形成集电极电流 IC IC 2) )电子到达基区后电子到达基区后 ( (漂移电流因载流子浓度低而忽略漂移电流因载流子浓度低而忽略) ) 第第 2 章章三极管三极管 三极管内载流子运动三极管内载流子运动 第5页/共67页 三极管的电流分配关系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：电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即： BCE III BC II BE )1(II 第第 2 章章三极管三极管 C B I I 近似有近似有 流放大倍数称为晶体管共射

3、状态直 第6页/共67页 解 求基极电流 BEC 12.1 12.00.1(mA)III C B 12(mA) 120 0.1(mA) I I 第7页/共67页 共发射极放大电路共发射极放大电路 第8页/共67页 常数 CE u BEB ufi 第9页/共67页 常数 B i CEC ufi (1) 截止区截止区 iB=0的曲线以下的区域称为的曲线以下的区域称为 截止区。截止区。 iB=0时，集电极电流用时，集电极电流用ICE0 表示，其值很小，即在截止区，表示，其值很小，即在截止区， 电流关系为电流关系为 iB=0 iE=iC=ICE0 晶体管工作在截止区时没有晶体管工作在截止区时没有 电流

4、放大能力，且各极电流近似电流放大能力，且各极电流近似 为零，相当于开关断开状态。为零，相当于开关断开状态。 对于对于NPN型硅管而言，当型硅管而言，当 uBE0.7V， UCE0.7V. 从电位来看，应该是从电位来看，应该是 aaaaaaaaaaVCVBVE； 而对而对PNP型晶体管而言，则是型晶体管而言，则是 VEVBVC 第11页/共67页 (3) 饱和区饱和区 饱和区指输出特性曲线中饱和区指输出特性曲线中iC上上 升部分与纵轴之间的区域。升部分与纵轴之间的区域。 在饱和区，对应于不同的在饱和区，对应于不同的iB的的 输出特性曲线几乎重合，输出特性曲线几乎重合，iC不再受不再受ib 控制，

5、只随控制，只随uCE变化，变化，即没有电流放即没有电流放 大能力。大能力。 饱和时特点饱和时特点： 发射结与集电结均处于正向偏发射结与集电结均处于正向偏 置置。 在饱和状态时的在饱和状态时的uCE称为饱和降称为饱和降 ，记做，记做UCES，其值很小，对于，其值很小，对于NPN型型 硅管约为硅管约为0.3V，PNP型锗管约为型锗管约为0.1V ，若忽略不计，则晶体管集电极与发，若忽略不计，则晶体管集电极与发 射极之间相当于短路，相当于开关的射极之间相当于短路，相当于开关的 闭合状态。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。在模拟电路中，大多数情况下，应保证晶体管工作在

6、放大状态。而在开关而在开关 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。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。 第12页/共67页 三极管特性测试电路三极管特性测试电路 第13页/共67页 1电流放大系数电流放大系数 2极间反向电流极间反向电流 3极限参数极限参数 （1）共射直流电流放大系数）共射直流电流放大系数 （2）共射交流电流放大系数）共射交流电流放大系数 （1）集电极）集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO （2）集电极）集电极-发射极反向饱和电流发射极反向饱和电流ICEO （1）集电极最大容许电流）集电极最大容许电流 ICM （2）集电极最

7、大容许耗散功率）集电极最大容许耗散功率PCM 第14页/共67页 放大电路的结构示意图放大电路的结构示意图 放大的电路的放大的电路的功能功能： 将微弱的电信号不失真地放大将微弱的电信号不失真地放大 到所需的数值到所需的数值 对放大器的对放大器的基本要求基本要求： 足够大的放大能力足够大的放大能力 放大的放大的实质实质： 能量的控制与转换能量的控制与转换 第15页/共67页 共发射极基本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V VBB BB 使发射结正偏。 R Rb b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V V

8、cccc 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： C C1 1，C C2 2耦合电容， 隔直通交 第16页/共67页 共发射极基本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 第17页/共67页 共发射极基本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

9、号小写下标大写 iB、iC、uCE ceCECE cCC bBB uUu iIi iIi ui=0时的时的IB、IC、UCE、称为放大电路的、称为放大电路的静态工作点静态工作点Q,记为记为IBQ、ICQ、UCEQ 第18页/共67页 共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路 工作原理工作原理 tRIu tRIU RtIIV RiVu tII iIii tIIiIi tUUu tUu Ccmo CcmCEQ CcmCQCC CCCCCE cmCQ CCQBc bmBQbBQB beBEQBE mS sin sin sin sin sin sin sin 第19页/共67页 第20页/共67页 第

10、21页/共67页 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： 第22页/共67页 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 CCBEQ BQ b VU I R CEQCCCQc UVIR 画直流通路的原则： 电容视为开路、信号源视为短路 第23页/共67页 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 VRIVU mAAII A R UV I CCQCCCEQ BQCQ b BEQ

11、CC BQ 92. 5 52. 13840 3810038. 0 300 7 . 012 3 直流通路直流通路 第24页/共67页 bBBBBE RiVu 输入回路方程： 输出回路方程 CCCCCE RiVu 直线方程直线方程 直线方程直线方程 第25页/共67页 bBBBBE RiVu CCCCCE RiVu 斜率为斜率为-1/Rb斜率为斜率为-1/Rc 第26页/共67页 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 第27页/共67页 晶体管及其微变等效电路 1.微变等效电路法 mAI mV r EQ be 26 1300 几百欧姆到

12、几千欧姆 第28页/共67页 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 第29页/共67页 放大电路交流性能指标的计算 计算电压放大倍数 be L beb b i O u bebi LbLCb LCCO i O u r R rI RI U U A rIU RIRRI RRIU U U A / / u A u A ：衡量电压放大能力 第30页/共67页 计算输入电阻计算输入电阻Ri: 从放大器输入端看进去的交流等效电阻，从放大器输入端看进去的交流等效电阻，对前级产生影响对前级产

13、生影响 beb i i i rR I U R/ CO RUO RR I U R LS , 0 计算输出电阻计算输出电阻Ro 放大电路的内阻，带负载能力放大电路的内阻，带负载能力 求输出电阻求输出电阻Ro常采用外加电源法：常采用外加电源法： 保留信号源内阻RS 0, 0, 0 bCbS IIIU 第31页/共67页 源电压放大倍数源电压放大倍数 us A 考虑信号源内阻时的电压放大倍数考虑信号源内阻时的电压放大倍数 si i Si si i U S i U S i i O S O US RR R UU RR R A U U A U U U U U U A 第32页/共67页 例：下图中，已知例：

14、下图中，已知VCC=12V、RC=RL=4k、Rb=300k、RS=1k晶体晶体=40、 UBEQ=0.7V,C1和和C2对交流信号视为短路，试求对交流信号视为短路，试求 mAIC52. 1 mA mV r be 52. 1 26 )401 (300 80 )/( be LC U r RR A 40 11 1 80 4 1/ Si i UUS CO bebebi RR R AA KRR krrRR USOiU ARRA , 第33页/共67页 根据根据ui利用输入特性曲线画出利用输入特性曲线画出ib和和ube波形波形 tUu mi sin 第34页/共67页 L R /1 CQcCEQce I

15、iUu , LCECCEQceCEQCE LCQCLcce RIiUuUu RIiRiu 输出回路的交流负载线方程输出回路的交流负载线方程 斜率为斜率为 交流负载线与直流负载线相交于交流负载线与直流负载线相交于Q点：点： L R 1 第35页/共67页 非线性失真非线性失真 截止失真截止失真 饱和失真饱和失真 第36页/共67页 Q点偏低，点偏低，IBQ和和ICQ值偏小值偏小 uce波形出现波形出现“削顶削顶”失真，失真， 称为称为截止失真截止失真 消除消除截止失真的方法是：截止失真的方法是： 提高提高静态工作点值、静态工作点值、 减小输入信号幅值减小输入信号幅值 第37页/共67页 Q点偏高

16、，点偏高，IBQ和和ICQ值偏大值偏大 uce波形出现波形出现“削顶削顶”失真，失真， 称为称为饱和失真饱和失真 消除消除饱和失真的方法是：饱和失真的方法是： 降低降低静态工作点值、静态工作点值、 减小输入信号幅值减小输入信号幅值 第38页/共67页 max 2 OPP UU CCQCCCESCCQCC CESCEQR RIVURIV UUU 用图解法估算最大输出幅值用图解法估算最大输出幅值 max 2 OPP UU RFO UUU,min max L R MF QM /1tan LCQ L CQ F RI R I U /1 第39页/共67页 基极分压式射极偏置电路 5.4 晶体管放大电路的

17、三种接法 进入饱和点上移QI U IT CQ OnBE CBO 第40页/共67页 E BEQBQ EQCQ BEQBQ EQEBEBBEQ bb CC bbBQ bb CC BQ BQ R VV II UV IRVVVU RR V RIRV RR V II II III 21 222 21 21 2 21 一般选取一般选取:I2=(510)IBQ,VBQ=(510)UBEQ TICQIEQIEQREUBEQIBQ ICQ 第41页/共67页 例：下图中已知例：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

18、作点计算静态工作点 oiu RRA, )(4 . 510)22(1065. 112)( 65. 1 102 7 . 04 )(4 2010 10 12 33 3 21 2 VRRIVU mA R UV II V RR V RV ECCQCCCEQ e BEQBQ EQCQ bb CC bBQ 解：解： 1.由直流通路由直流通路 计算静态值计算静态值 0 ,RRA iU 第42页/共67页 解：解：2.由微变等效电路计算交流参数由微变等效电路计算交流参数 KRR K rRRR rI RRI U U A K mAI mV r CO bebbi beb LCb i O u EQ be 2 83. 0

19、95. 0/10/20 / 2 .63 95. 0 6/2 40 / 95. 0 65. 1 26 401300 26 1300 21 第43页/共67页 KRR Rr I RIr I I U R kRRRR RIrI RRI U U A RIrIU RRIU CO ebe ebe i ibbi ebbeb LCb i O U ebbebi LCbO 2 1 1 17. 6/ 72. 0 1 / 1 / 21 第44页/共67页 1.静态分析静态分析 eEQCCCEQ BQCQ eb BEQCC BQ BQEQ eEQBEQbBQCC RIVU II RR UV I II RIURIV 1 1

20、 第45页/共67页 2.2.动态分析动态分析 Lbebi Lebeb Le i O U Lebebi LeLeeO RrRR RIrI RI U U A RIrIU RIRRIU 1/ / 电压增益：电压增益： 输入电阻：输入电阻： 第46页/共67页 求输出电阻求输出电阻 与共射放大电路相比，共集放大电路的与共射放大电路相比，共集放大电路的输出电阻小输出电阻小，带负载能力强、，带负载能力强、输入电阻高输入电阻高。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。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 1 / 1 / / 1 / 11 1 / / 11 SbbeSbbe

21、 eO Sbbe e Sbbe e Sbbee bR RRrRRr RR RRr R U RRr U R U RRr U R U III e 第47页/共67页 第48页/共67页 第49页/共67页 例例：两级放大电路：两级放大电路 下图中已知：下图中已知：VCC=12V,1=60,Rb1=200k,Re1=2k,Rs=100. Rc2=2k, Re2=2k, Rb1=20k, Rb2=10k,RL=6 K, 2=40 试求：试求： 静态值；静态值； OiU RRA, VU mAII mAI VIRVU mAIII mA RR UV I QCE QEQC QB QEeCCQCE QBQEQC

22、 eb BEQCC QB 4 . 5 )(65. 1 )(041. 0 72. 7 )(14. 21 )(035. 0 1 2 22 2 111 111 11 1 解求静态值求静态值 第50页/共67页 解求交流参数 OiU RRA, K I r RRR KRrRRR QE be ieL Lbebii 04. 1 14. 2 26 601300 26 1300 / 2 .311/ 1 11 211 11111 Ri2=0.83(k） 3 .61 2 .63 97. 0 1 1 2 21 2 111 11 1 2 UUU U Lbe L U CO AAA A Rr R A KRR 第51页/共67页 fA U 放大倍数会随着频率而变化，是频率的函数。放大倍数会随着频率而变化，是频率的函数。 这种函数关系称为这种函数关系称为频率响应频率响应或者或者频率特性频率特性 o uu i ( )|( )|( ) U AfAff U 5.5 放大电路的频率响应放大电路的频率响应