模拟电路及技术基础课件-2-双极型晶体管及其放大电路ppt课件

1、第二章第二章 双极型晶体管及双极型晶体管及其放大电路其放大电路模拟电子技术根底模拟电子技术根底第二章第二章 根本放大电路根本放大电路2.1 双极型晶体管的任务原理双极型晶体管的任务原理2.2 晶体管伏安特性曲线及参数晶体管伏安特性曲线及参数2.3 晶体管任务形状分析及偏置电路晶体管任务形状分析及偏置电路2.4 放大器的组成及性能目的放大器的组成及性能目的2.5 放大器图解分析法放大器图解分析法2.6 放大器交流等效电路分析法放大器交流等效电路分析法2.7 共集电极放大器和共基极放大器共集电极放大器和共基极放大器2.8 放大器的级联放大器的级联2.1.1 根本构造根本构造BECNNP基极基极 b

2、ase发射极发射极 emitter集电极集电极 collectorNPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极PNP型型2.1 双极型晶体管的任务原理双极型晶体管的任务原理 (bipolar junction transistor)CEBBECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：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：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高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 两种构造两种构造 三个区三个区 两个两个PNPN

3、结结 三个极三个极 四种偏置组合四种偏置组合 三种组态三种组态2.1.2 电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBECIE进入进入P区的电子区的电子少部分与基区少部分与基区的空穴复合，的空穴复合，构成电流构成电流IBN ，多数分散到集多数分散到集电结。电结。直流偏置直流偏置发射结加正向电压发射结加正向电压集电结加反向电压集电结加反向电压 RC发射结发射结正偏，正偏，发射区发射区电子不电子不断向基断向基区分散，区分散，构成发构成发射极电射极电流流IEN。IBN基区空基区空穴向发穴向发射区的射区的分散构分散构成成IEP ,可忽略。可忽略。IEP一、一、 载流子传输过程载流子传输过程RCBECN

4、NPEBRBECIE集电结反偏，集电结反偏，有少子构成的有少子构成的反向电流反向电流ICBO。ICBOIC=ICN+ICBOIBNICN从基区分从基区分散来的电散来的电子作为集子作为集电结的少电结的少子，漂移子，漂移进入集电进入集电结而被搜结而被搜集，构成集，构成ICN。IB=IBN -ICBOIBBECNNPEBRBECIEICBOICNIC=ICN+ICBOIBNIE IEN =IBN+ICNRCICN与与IBN之比称为共发射极直流电流放大倍数之比称为共发射极直流电流放大倍数BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII 含义：基区复合一个电子，那么有含义：基区复合一个电子，那么有 个分散个

5、分散到集电区。范围：到集电区。范围：20 200 二、二、 电流分配关系电流分配关系IC=ICN+ICBOIB=IBN -ICBOIE IEN =IBN+ICNIC=ICN+ICBOICN = IC - ICBOBNCNII BNCNII CEOBCBOBCCBOBCBOCIIIIIIIII )()(1CEOCBOII)( 1定义：定义：，称为穿透电流，称为穿透电流IB=0ICIB=IBN -ICBOCBEIII忽略忽略ICEO ，有，有BCII 当1时，ICIECBOBBIII)( 1CEOBII )( 1BEII)( 1 共基极直流电流放大倍数共基极直流电流放大倍数ECBOCENCNIII

6、II , 1 普通约为普通约为0.97 0.99 1 1IBBECNNPEBRBECIEICNIBNRC三、三、 晶体管的放大作用晶体管的放大作用开关任务 BE结结 BC结结 任务形状任务形状正偏正偏 正偏正偏反偏反偏 反偏反偏正偏正偏 反偏反偏反偏反偏 正偏正偏饱和饱和截止截止放大放大倒置倒置四种任务形状四种任务形状三种组态 共发射极组态共发射极组态 发射极作为公共电极发射极作为公共电极 用用CECE表示表示共基极组态共基极组态 基极作为公共电极基极作为公共电极 用用CBCB表示表示共集电极组态共集电极组态 集电极作为公共电极集电极作为公共电极 用用CCCC表示表示2.2 晶体管伏安特性曲线

7、及参数晶体管伏安特性曲线及参数 实验线路实验线路iCmA AVVuCEuBERBiBECEBRC2.2.1 晶体管共发射极特性曲线晶体管共发射极特性曲线一、输入特性一、输入特性UCE 1ViB(A)uBE(V)204060800.40.8任务压降：任务压降： 硅管硅管UBE0.60.7V,锗锗管管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.2V。基区调宽效应基区调宽效应当当UCE0时，由于时，由于BC结反偏，结反偏， 随着随着UCE增大，增大， BC结空间电荷区变厚，基结空间电荷区变厚，基区变薄，内部复合减弱，致使基极电流区变薄，内

8、部复合减弱，致使基极电流变小，称为基区调宽效应。变小，称为基区调宽效应。二、输出特性二、输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域此区域满足满足IC=IB称为线称为线性区性区放大放大区。区。当当UCE大于大于一定的数值一定的数值时，时，IC只与只与IB有关，有关，IC=IB。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中此区域中 UBE 0, UCEUBE ,集电结集电结正偏，正偏， IBIC， UCE sat称为饱称为饱和压降。和压降。临界饱和临界饱和 BE结正偏结正偏 BC结零偏结零偏IC

9、(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中此区域中 : UBE 0， UBCIC， 深饱和时，深饱和时，UCEsat0.3V (3) 截止区：截止区： BE结反偏，结反偏，BC结反偏，结反偏，iB - ICBO例：例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态任务点晶体管的静态任务点Q位位于哪个区？于哪个区？当当USB = -2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmAs88170.)(CSCatCRUIIB=0 ， IC=0IC(sat) 临界饱和电流：

10、临界饱和电流：Q位于截止区位于截止区 例：例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态任务点晶体管的静态任务点Q位位于哪个区？于哪个区？IC IC(sat) (=1.88mA) ， Q位于放大区。位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB =2V时：时：9mA01070702.RUUIBBESBB0.95mA9mA01050.IIBCUSB =5V时时:例：例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态任务点晶体管的静态

11、任务点Q位位于哪个区？于哪个区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区，此时位于饱和区，此时IC 和和IB 已不是已不是 倍的关系。倍的关系。mA061070705.BBESBBRUUImARUIICSCcmaxB200610505mA3mA. mA2cmaxcII三、温度的影响三、温度的影响ICBO 硅硅 温度每上升温度每上升10，添加，添加1倍倍 硅 温度每上升1，添加0.5%1%uBE 、ICBO 都是温度的函数都是温度的函数 uBE 硅硅 温度每上升温度每上升1，减小，减小22.5mV1输入特性输入特性 T uBE T 特性曲线左移特性曲线左移2输出特性输出特性

12、T ICBO IC T IC T 曲线曲线 上移上移, iC添加，间隔加大添加，间隔加大四、主要参数四、主要参数共射直流电流放大倍数：共射直流电流放大倍数：任务于动态的三极管，真正的信号是叠加在任务于动态的三极管，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 IBIB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 ICIC，那么交流电流，那么交流电流放大倍数为：放大倍数为：BIIC1. 电流放大倍数电流放大倍数和和 _BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII 例：例：UCE=6V时：时：IB1 = 10 A, IC1 =1mA； IB 2= 2

13、0 A, IC 2=2mA。10001002012.BCII 在以后的计算中，普通作近似处置：在以后的计算中，普通作近似处置： =100BCCBOBCBOCIIIIII 2.集电极反向饱和电流集电极反向饱和电流ICBO AICBOICBO是是集电结集电结反偏由反偏由少子的少子的漂移构漂移构成的反成的反向电流，向电流，受温度受温度的变化的变化影响。影响。BECNNPICBOICEO= IBE+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区，构区，构成成IBE。根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBEIBE的存的存在，必有电流在，必有电流IBEIBE。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3. 集电极穿

14、透电流集电极穿透电流ICEOICEO受温度影受温度影响很大，当温响很大，当温度上升时，度上升时，ICEO添加很快，添加很快，所以所以IC也相应也相应添加。三极管添加。三极管的温度特性较的温度特性较差。差。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ICIC上升会导致三极管的上升会导致三极管的值的下值的下降，当降，当值下降到正常值的三分之二时的集值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为电极电流即为ICMICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCEUCE超越一定的数值超越一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是时，三极管就

15、会被击穿。手册上给出的数值是2525C C、基极开路时的击穿电压、基极开路时的击穿电压U(BR)CEOU(BR)CEO。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 会导致结温会导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO平安任务区平安任务区2.3 放大的概念和放大电路的放大的概念和放大电路的 主要性能目的主要性能目的2.3.1 放大的概念放大的概念电子学中放大是将微弱的变化信号放大电子学中放大是将微弱的变化信号放

16、大成较大的变化信号。成较大的变化信号。本质：本质： 能量的转换和控制能量的转换和控制, , 能量守恒能量守恒特征：特征： 功率放大功率放大 前提：前提： 不失真不失真有源器件有源器件 本课程涉及的主要是电压放大电路。电压放本课程涉及的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端口网络表大电路可以用有输入口和输出口的四端口网络表示，如图：示，如图：UiUoAu信号可以分解为假设干正弦信号谐波的叠信号可以分解为假设干正弦信号谐波的叠加，放大电路以正弦波作为测试信号。加，放大电路以正弦波作为测试信号。符号规定符号规定UA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。

17、uA小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。ua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。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 Ua大写字母、小写下标，表示正弦信号有效值。大写字母、小写下标，表示正弦信号有效值。2.3.2 放大电路的性能目的放大电路的性能目的一、放大倍数一、放大倍数AiouUUAUiUoAIiIoioiIIA电压放大倍数，无量纲。有时用分贝表示：电压放大倍数，无量纲。有时用分贝表示：电流放大倍数，无量纲电流放大倍数，无量纲)lgdBAu( 20iogUIAiorIUAUiUoAIiIo互导放大倍数，单位西门子互导

18、放大倍数，单位西门子S互阻放大倍数，单位欧姆互阻放大倍数，单位欧姆 二、输入电阻二、输入电阻Ri放大电路一定要有前级信号源为其提供信号，放大电路一定要有前级信号源为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级获得的电流越小，对前级的影响越小。从其前级获得的电流越小，对前级的影响越小。iiiIUR 定义：定义：即：即：Ri越大，越大，Ii 就越小，就越小，Ui就越接近就越接近USAuUSiIiU三、输出电阻三、输出电阻RoAuUS放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。等效电路的内阻就是输出电阻。RoUS如何确定电路的输出电阻如何确定电路的输出电阻Ro ？步骤