课件 模电5-2 2014上课

1、二极管整流电路二极管整流电路放大电路的基本概念放大电路的基本概念 双极型晶体三极管及其电路模型双极型晶体三极管及其电路模型123主要内容主要内容线性受控源模型线性受控源模型放大电路模型及技术指标放大电路模型及技术指标三相桥式整流电路三相桥式整流电路二极管峰值采样电路二极管峰值采样电路5. 4特殊二极管特殊二极管5.4.1 稳压二极管稳压二极管5.4.2 发光二极管发光二极管5.4.3 光电二极管光电二极管5.4.4 变容二极管变容二极管5.5.1 稳压二极管稳压二极管一、伏安特性一、伏安特性符号符号工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿iZ /mAuZ/VO UZ IZmin IZmax UZ

2、IZ IZ特性特性二、主要参数二、主要参数1. 稳定电压稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。两端的反向电压值。2. 稳定电流稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，越大稳压效果越好， 小于小于 Imin 时不稳压。时不稳压。3. 最大工作电流最大工作电流 IZM 最大耗散功率最大耗散功率 PZMP ZM = UZ IZM4. 动态电阻动态电阻 rZrZ = UZ / IZ 越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。几几 几十几十 5. 稳定电压温度系数稳定电压温度系数 UZ 4 V， 7 V， 0 ( (为雪崩击穿为雪崩击穿) )具有正温度系数；具有正温度系数；4

3、V UZ 0时，二极管导通。时，二极管导通。I0忽略二极管正向压降：忽略二极管正向压降： u0=u2u20，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，集电子，基区复合减少，在同样的在同样的uBE下，增大偏置电阻下，增大偏置电阻R, IB减减 小，特性曲线右移小，特性曲线右移。(1) 当当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。一一. 输入特性曲线输入特性曲线uCE = 0VuCE 1VuBE /V+-bce共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCE49饱和区：饱和区：iC明显受明显受uCE控控制的区域，

4、该区域内，制的区域，该区域内，一般一般uCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很电结正偏或反偏电压很小小。iC=f(uCE) IB=const二、输出特性曲线二、输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的接近零的区域，相当区域，相当iB=0的曲的曲线的下方。此时，线的下方。此时， uBE小于死区电压，小于死区电压，集电结反偏集电结反偏。放大区：放大区：iC平行于平行于uCE轴的轴的区域，曲线基本平行等距。区域，曲线基本平行等距。此时，此时，发射结正偏，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏。50双极型晶体三极管

5、及其电路模型晶体管工作在截止区时表现为各极电流基本为零，可等效为断开的开关；晶体管工作在放大区时，集电极电流随基极电流变化，可等效为电流控制电流源；而晶体管工作在饱和区时，各极之间的电压基本为零，可等效为闭合的开关。各极之间的电压基本为零，可等效为闭合的开关。大信号晶体管模型大信号晶体管模型三极管的参数分为三大类三极管的参数分为三大类: 直流参数、交流参数、极限参数直流参数、交流参数、极限参数一、直流参数一、直流参数1.1.共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数=（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const1.3.4晶体管的主要参数2.共基直流电流放大系数共基直流电流放大

6、系数ECII3.集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO=（1+ ）ICBO52二、交流参数二、交流参数1.共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 = iC/ iB UCE=const2. 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = iC/ iE UCB=const3.特征频率特征频率 fT 值下降到值下降到1 1的信号频率的信号频率531.最大集电极耗散功率最大集电极耗散功率PCM PCM= iCuCE 三、三、 极限参数极限参数2.最大集电极电流最大集电极电流ICM3. 反向击穿电压反向

7、击穿电压 UCBO发射极开路时的集电结反发射极开路时的集电结反 向击穿电压。向击穿电压。 U EBO集电极开路时发射结的反集电极开路时发射结的反 向击穿电压。向击穿电压。 UCEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 U UCBOUCEOUEBO54 由由PCM、 ICM和和UCEO在输出特性曲线上可以确在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。定过损耗区、过电流区和击穿区。 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区输出特性曲线上的过损耗区和击穿区 PCM= iCuCE U (BR) CEOUCE/V556

8、.3.5温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响一、温度对一、温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高100C ， ICBO增加约一倍。增加约一倍。反之，当温度降低时反之，当温度降低时ICBO减少。减少。硅管的硅管的ICBO比锗管的小得多。比锗管的小得多。二、温度对输入特性的影响二、温度对输入特性的影响温度升高时正向特性左移，温度升高时正向特性左移，反之右移反之右移60402000.4 0.8I / mAU / V温度对输入特性的影响温度对输入特性的影响200600三、温度对输出特性的影响三、温度对输出特性的影响温度升高将导致温度升高将导致 IC 增大增大iCuCEOiB

9、200600温度对输出特性的影响温度对输出特性的影响566.3 双极型晶体三极管电路模型大信号模型中，UBE为晶体管发射结导通电压，一般硅晶体管为0.60.7V，UCES为晶体管饱和时晶体管饱和时CE电压电压，硅晶体管为0.30.5V，二极管采用理想二极管。当B-E输入电压小于电压小于UBE且C E电压大于UCES时，二极管D1 D2截止，晶体管处于截止工作状态截止工作状态；当B E输入电压达到输入电压达到UBE且且C E电压电压大于大于UCES时时，二极管D1导通 D2截止，晶体管处于放大工作状态放大工作状态；当B-E输入电压达到输入电压达到UBE且C E电压降到电压降到UCES时，二极管D

10、1 D2均导通，晶体管处于饱和工作状态饱和工作状态。大信号电路模型主要用于晶体管静态工作状态分析和晶体管开关电路分析。三极管工作状态的判断三极管工作状态的判断例例1：测量某测量某NPN型型BJT各电极对地的电压值如下，各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？试判别管子工作在什么区域？ 解：原则：原则：正偏正偏反偏反偏反偏反偏集电结正偏正偏正偏正偏反偏反偏发射结饱和饱和放大放大截止截止对NPN管而言，放大时对PNP管而言，放大时（1）放大区）放大区（2）截止区）截止区（3）饱和区）饱和区58例例2某放大电路中某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。三个电极的电流如图所示。 IA-2m

11、A,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。试判断管脚、管型。解：电流判断法。解：电流判断法。电流的正方向和电流的正方向和KCL。IE=IB+ ICABC IAIBICC为发射极为发射极B为基极为基极A为集电极。为集电极。管型为管型为NPN管。管。管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。59原则：先求原则：先求UBE，若等于，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。管。发射结正偏，集电结反偏。 NPN管管UBE0， UBC0，即即。 PNP管管UBE

12、0， UBC0，即即。606.3 双极型晶体三极管放大电路 放大电路的组成1. 放大器件放大器件2. 偏置电路：使放大器件工作在放大状态偏置电路：使放大器件工作在放大状态+VCCRBRC基极偏置电阻，为基极偏置电阻，为晶体管提供适当的晶体管提供适当的偏置电流偏置电流 IB直流电源为放大直流电源为放大电路提供能源，电路提供能源，并为放大器件提并为放大器件提供正确的偏置供正确的偏置集电极直流负载电阻将集电极直流负载电阻将集电极电流的变化转化集电极电流的变化转化为电压输出。为电压输出。3. 输入耦合电路：使信号源的信号顺利进入放大电路。输入耦合电路：使信号源的信号顺利进入放大电路。C1信号源信号源R

13、SuS4. 输出耦合电路：使放大后的信号有效加载到负载。输出耦合电路：使放大后的信号有效加载到负载。输入耦合输入耦合电容电容C2RL负载负载输出耦输出耦合电容合电容6.3 双极型晶体三极管放大电路 放大电路的工作原理+UCCRBRCC1信号源信号源RSuSRL负载负载uSuBE=UBEQ+ubeUCC RBiB=IBQ+ibic= ibCQBQIIuCE=UCEQ+uceuo=uceUCEQ=UCC RCICQiC=ICQ+icuce= RL|RCic6.3 双极型晶体三极管放大电路uBEUBEQiBIBQiCICQuCEUCEQibicuce反相放大反相放大放大电路的工作波形放大电路的工作波

14、形6.3 双极型晶体三极管放大电路 放大电路的静态工作点的设置 为了确保输出波形不失真，要求放大电路中晶体管始终工作在放大区。因此，需要设置合适的静态工作点。 如果静态工作点设置得过高(ICQ过大)，靠近饱和区，则加入信号后，晶体管将在输入信号正半周进入饱和，产生饱和失真（上述电路表现为输出波形底部失真）。 如果静态工作点设置得过低(UCEQ过大)，靠近截止区，则加入信号后，晶体管将在输入信号负半周进入截止，产生截止失真（上述电路表现为输出波形顶部失真）。6.3.2 放大电路的基本分析方法 放大电路的分析放大电路分析放大电路分析静态分析（确定放大静态分析（确定放大器件工作状态）器件工作状态）图

15、解分析图解分析等效电路分析等效电路分析动态分析（分析放动态分析（分析放大电路性能）大电路性能）图解分析图解分析等效电路分析等效电路分析计算机仿真计算机仿真IB、IC、UCE、UBEAu、ri、ro 等等6.3.2 放大电路的基本分析方法 放大电路的静态分析（1）静态的概念）静态的概念无信号输入，电路中只有直流电源作用。无信号输入，电路中只有直流电源作用。（2）静态等效电路）静态等效电路直流通路：耦合电容开路。直流通路：耦合电容开路。+UCCRBRCC1信号源信号源RSuSRL负载负载+UCCRBRCIBQICQ+_UBE+_UCE（3）静态分析的目的）静态分析的目的确定晶体管的静态工作点确定晶

16、体管的静态工作点 （IB、IC、UCE、UBE ）（4）静态分析的方法）静态分析的方法图解法、近似估算法（等效电路法）图解法、近似估算法（等效电路法）6.3.2 放大电路的基本分析方法 放大电路静态分析的图解法+UCCRBRCIBIC+_UBE+_UCEUCCRBRCIBIC+_UBE+_UCE+_UCC+_（1）把输入输出回路分开处理）把输入输出回路分开处理（2）输入回路分析）输入回路分析UCCUBEIBOUBEQIBQ晶体管输入特性晶体管输入特性偏置电路伏安特性偏置电路伏安特性直流负载线直流负载线（3）输出回路分析）输出回路分析UCEICOIBQUCCUCCRCUCEQICQ晶体管输出特性

17、晶体管输出特性静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点BECCBBUUR I偏置电路伏安特性偏置电路伏安特性直流负载线直流负载线6.3.2 放大电路的基本分析方法 放大电路静态分析的等效电路法（1）晶体管的静态等效电路（放大状态）晶体管的静态等效电路（放大状态）BCEUBE IBIBBCE（2）放大电路静态等效电路）放大电路静态等效电路UCCRBRCIBIC+_UBE+_UCE+_UCC+_UCCRBRCIC+_UCE+_UCC+_UBE IBIB6.3.2 放大电路的基本分析方法 放大电路态分析的等效电路法（3）近似条件：）近似条件：UBE 0.7V(硅管硅管)，或，或 0.3V(锗管锗管)

18、（4）近似估算）近似估算CCBEBQBUUIRCQBQIICEQCCCCQUURI（5）检验晶体管是否处于放大状态）检验晶体管是否处于放大状态CEQCES?( 0.3V)UUVCCRBRCIC+_UCE+_VCC+_UBE IBIB6.3.2 放大电路的基本分析方法 放大电路的动态分析动态分析的目的：确定放大电路的性能指标。动态分析的目的：确定放大电路的性能指标。耦合电容容量很大，信号变化一周期电容两端电压保持恒定：耦合电容容量很大，信号变化一周期电容两端电压保持恒定：+UCCRBRCC1RSuSRLC2C1BEQUUUBEQC2CEQUUUCEQ6.3.2 放大电路的基本分析方法UCEQUB

19、EQRLRCRBRSusVCCVCC输入、输出回路作戴维宁等效：输入、输出回路作戴维宁等效：其中，其中，SSB|RRRSBBBCCBEQBEQSBQSBSBRRUUUURIRRRRLCL|RRRCLCCCCCEQCEQLCQCLCLRRUUUURIRRRRiBiCBBQbiIiCCQciIiUCCUBBRLRSusBSSSBRuuRR6.3.2 放大电路的基本分析方法 放大电路动态分析的图解法UCCUBBRLRSusUBBuBEiBOUBEQIBQuCEiCOIBQUCCUCCRLUCEQICQtuBEiBttuCE电路实现了反相放大。电路实现了反相放大。可分析指标：可分析指标：1. 放大倍数

20、放大倍数; 2. 最大不失真输出最大不失真输出cemaxCEQCESCCCEQCCCESmin,1()2UUUUUUU非线性失真：非线性失真：1. 饱和失真（输出平底）饱和失真（输出平底）2. 截止失真（顶端变形）截止失真（顶端变形）为获得最大不失真输出，静为获得最大不失真输出，静态工作点应设置在交流负载态工作点应设置在交流负载线的中点。线的中点。输入电压幅度不能太大，否则输入电压幅度不能太大，否则输入特性非线性严重，要求输入特性非线性严重，要求Ubem5mV 放大电路动态分析的等效电路法(1)放大电路的交流等效电路放大电路的交流等效电路RLRCRBRSus+ui_+uo_直流电源置零直流电源置零(接地接地)、耦合电容短路、耦合电容短路（2）晶体管的小信号）晶体管的小信号(微变微变)等效电路等效电路bcebebbeuircbiiuceubeicibrbebiTbebbTBQ;VKTrrVIqrbb: 晶体管基区体电阻，几欧晶体管基区体电阻，几欧几十欧（常取几十欧（常取10 ）VT: 温度电压当量温度电压当量. 常温常温(27C), VT =25.8 mVK: 玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数1.380662 10-23 JK-1T: 绝对温度值绝对温度值q: 电子电荷量电子电荷量1.6021892 10-19 C（3）放大电路的的小信号）放大电