晶體三極管及其基本放大電路新使用PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1 晶體三極管及其基本放大電路新使用晶體三極管及其基本放大電路新使用 晶體管的結(jié)構(gòu)晶體管的結(jié)構(gòu) 第1頁/共67頁 第2頁/共67頁 第3頁/共67頁 NPN型晶體管的電流關(guān)系型晶體管的電流關(guān)系 第4頁/共67頁 三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程 1) ) 發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散多子發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散多子電子電子， 形成發(fā)射極電流形成發(fā)射極電流 IE。 IE 少數(shù)與空穴復(fù)合，形成少數(shù)與空穴復(fù)合，形成 IB 。 基區(qū)空基區(qū)空 穴來源穴來源 基極電源提供基極電源提供( (IB) ) 集電區(qū)少子漂移集電區(qū)少子漂移( (ICBO) ) IB 3) ) 集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的載集電區(qū)收集擴(kuò)

2、散過來的載 流子形成集電極電流流子形成集電極電流 IC IC 2) )電子到達(dá)基區(qū)后電子到達(dá)基區(qū)后 ( (漂移電流因載流子濃度低而忽略漂移電流因載流子濃度低而忽略) ) 第第 2 章章三極管三極管 三極管內(nèi)載流子運(yùn)動三極管內(nèi)載流子運(yùn)動 第5頁/共67頁 三極管的電流分配關(guān)系三極管的電流分配關(guān)系 當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集 電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即：電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即： BCE III BC II BE )1(II 第第 2 章章三極管三極管 C B I I 近似有近似有 流放大倍數(shù)稱為晶體管共射

3、狀態(tài)直 第6頁/共67頁 解 求基極電流 BEC 12.1 12.00.1(mA)III C B 12(mA) 120 0.1(mA) I I 第7頁/共67頁 共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路 第8頁/共67頁 常數(shù) CE u BEB ufi 第9頁/共67頁 常數(shù) B i CEC ufi (1) 截止區(qū)截止區(qū) iB=0的曲線以下的區(qū)域稱為的曲線以下的區(qū)域稱為 截止區(qū)。截止區(qū)。 iB=0時，集電極電流用時，集電極電流用ICE0 表示，其值很小，即在截止區(qū)，表示，其值很小，即在截止區(qū)， 電流關(guān)系為電流關(guān)系為 iB=0 iE=iC=ICE0 晶體管工作在截止區(qū)時沒有晶體管工作在截止區(qū)時沒有 電流

4、放大能力，且各極電流近似電流放大能力，且各極電流近似 為零，相當(dāng)于開關(guān)斷開狀態(tài)。為零，相當(dāng)于開關(guān)斷開狀態(tài)。 對于對于NPN型硅管而言，當(dāng)型硅管而言，當(dāng) uBE0.7V， UCE0.7V. 從電位來看，應(yīng)該是從電位來看，應(yīng)該是 aaaaaaaaaaVCVBVE； 而對而對PNP型晶體管而言，則是型晶體管而言，則是 VEVBVC 第11頁/共67頁 (3) 飽和區(qū)飽和區(qū) 飽和區(qū)指輸出特性曲線中飽和區(qū)指輸出特性曲線中iC上上 升部分與縱軸之間的區(qū)域。升部分與縱軸之間的區(qū)域。 在飽和區(qū)，對應(yīng)于不同的在飽和區(qū)，對應(yīng)于不同的iB的的 輸出特性曲線幾乎重合，輸出特性曲線幾乎重合，iC不再受不再受ib 控制，

5、只隨控制，只隨uCE變化，變化，即沒有電流放即沒有電流放 大能力。大能力。 飽和時特點(diǎn)飽和時特點(diǎn)： 發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均處于正向偏發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均處于正向偏 置置。 在飽和狀態(tài)時的在飽和狀態(tài)時的uCE稱為飽和降稱為飽和降 ，記做，記做UCES，其值很小，對于，其值很小，對于NPN型型 硅管約為硅管約為0.3V，PNP型鍺管約為型鍺管約為0.1V ，若忽略不計(jì)，則晶體管集電極與發(fā)，若忽略不計(jì)，則晶體管集電極與發(fā) 射極之間相當(dāng)于短路，相當(dāng)于開關(guān)的射極之間相當(dāng)于短路，相當(dāng)于開關(guān)的 閉合狀態(tài)。閉合狀態(tài)。 在模擬電路中，大多數(shù)情況下，應(yīng)保證晶體管工作在放大狀態(tài)。在模擬電路中，大多數(shù)情況下，應(yīng)保證晶體管工作在

6、放大狀態(tài)。而在開關(guān)而在開關(guān) 電路或脈沖數(shù)字電路中，晶體管主要工作于飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)。電路或脈沖數(shù)字電路中，晶體管主要工作于飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)。 第12頁/共67頁 三極管特性測試電路三極管特性測試電路 第13頁/共67頁 1電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 2極間反向電流極間反向電流 3極限參數(shù)極限參數(shù) （1）共射直流電流放大系數(shù)）共射直流電流放大系數(shù) （2）共射交流電流放大系數(shù)）共射交流電流放大系數(shù) （1）集電極）集電極-基極反向飽和電流基極反向飽和電流ICBO （2）集電極）集電極-發(fā)射極反向飽和電流發(fā)射極反向飽和電流ICEO （1）集電極最大容許電流）集電極最大容許電流 ICM （2）集電極最

7、大容許耗散功率）集電極最大容許耗散功率PCM 第14頁/共67頁 放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖 放大的電路的放大的電路的功能功能： 將微弱的電信號不失真地放大將微弱的電信號不失真地放大 到所需的數(shù)值到所需的數(shù)值 對放大器的對放大器的基本要求基本要求： 足夠大的放大能力足夠大的放大能力 放大的放大的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)： 能量的控制與轉(zhuǎn)換能量的控制與轉(zhuǎn)換 第15頁/共67頁 共發(fā)射極基本放大電路共發(fā)射極基本放大電路 元件作用： 晶體管VT是核心元件 ， 起放大作用。 基極直流電源V VBB BB 使發(fā)射結(jié)正偏。 R Rb b為基極偏置電阻 為晶體管提供一個合適的 基極直流， 集電極直流電源V V

8、cccc 使集電結(jié)反偏，是輸出電 路的工作電源，形成集電 極回路電流，同時又是負(fù) 載的能源： C C1 1，C C2 2耦合電容， 隔直通交 第16頁/共67頁 共發(fā)射極基本放大電路共發(fā)射極基本放大電路 放大電路組成原則： 1.應(yīng)使放大電路工作在放大狀態(tài)（發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏） 2.信號能進(jìn)能出 （信號能送到電路輸入端，放大后輸出信號能作用于負(fù)載上） 放大電路特點(diǎn)： 1.交流直流共存 2.線性與非線性共存 第17頁/共67頁 共發(fā)射極基本放大電路共發(fā)射極基本放大電路 電量符號： 直流量： 符號與下標(biāo)都大寫 IB、IC、UCE 交流量： 符號與下標(biāo)都小寫 ib、ic、uce 總電量瞬時值： 符

9、號小寫下標(biāo)大寫 iB、iC、uCE ceCECE cCC bBB uUu iIi iIi ui=0時的時的IB、IC、UCE、稱為放大電路的、稱為放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)Q,記為記為IBQ、ICQ、UCEQ 第18頁/共67頁 共發(fā)射極基本放大電路共發(fā)射極基本放大電路 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頁/共67頁 第20頁/共67頁 第

10、21頁/共67頁 目的：確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)（IBQ、ICQ、UCEQ) (是否滿足不失真放大的條件） 方法： 第22頁/共67頁 靜態(tài)值是直流，故可用放大電路的直流通路（在直流電源作用下直流電流流過的路徑）來分析計(jì)算。 靜態(tài)時的基極電流為 CCBEQ BQ b VU I R CEQCCCQc UVIR 畫直流通路的原則： 電容視為開路、信號源視為短路 第23頁/共67頁 例5.31：已知VCC=12V,RC=4K,Rb=300K,UCEQ=0.7V,=40 求靜態(tài)值IBQ、ICQ、UCEQ,晶體管的工作狀態(tài) 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頁/共67頁 bBBBBE RiVu 輸入回路方程： 輸出回路方程 CCCCCE RiVu 直線方程直線方程 直線方程直線方程 第25頁/共67頁 bBBBBE RiVu CCCCCE RiVu 斜率為斜率為-1/Rb斜率為斜率為-1/Rc 第26頁/共67頁 目的：分析與計(jì)算放大電路的性能指標(biāo)、波形、動 態(tài)范圍。 在靜態(tài)值確定后只考慮電流和電壓的交流分 量 第27頁/共67頁 晶體管及其微變等效電路 1.微變等效電路法 mAI mV r EQ be 26 1300 幾百歐姆到

12、幾千歐姆 第28頁/共67頁 放大電路的微變等效電路 畫出放大電路的交流通路 畫出放大電路的交流通路原則： 電容視為短路、直流電源視為短路 用晶體管的微變等效電路模型 替代交流通路中的晶體管 第29頁/共67頁 放大電路交流性能指標(biāo)的計(jì)算 計(jì)算電壓放大倍數(shù) 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 ：衡量電壓放大能力 第30頁/共67頁 計(jì)算輸入電阻計(jì)算輸入電阻Ri: 從放大器輸入端看進(jìn)去的交流等效電阻，從放大器輸入端看進(jìn)去的交流等效電阻，對前級產(chǎn)生影響對前級產(chǎn)

13、生影響 beb i i i rR I U R/ CO RUO RR I U R LS , 0 計(jì)算輸出電阻計(jì)算輸出電阻Ro 放大電路的內(nèi)阻，帶負(fù)載能力放大電路的內(nèi)阻，帶負(fù)載能力 求輸出電阻求輸出電阻Ro常采用外加電源法：常采用外加電源法： 保留信號源內(nèi)阻RS 0, 0, 0 bCbS IIIU 第31頁/共67頁 源電壓放大倍數(shù)源電壓放大倍數(shù) us A 考慮信號源內(nèi)阻時的電壓放大倍數(shù)考慮信號源內(nèi)阻時的電壓放大倍數(shù) 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頁/共67頁 例：下圖中，已知例：

14、下圖中，已知VCC=12V、RC=RL=4k、Rb=300k、RS=1k晶體晶體=40、 UBEQ=0.7V,C1和和C2對交流信號視為短路，試求對交流信號視為短路，試求 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頁/共67頁 根據(jù)根據(jù)ui利用輸入特性曲線畫出利用輸入特性曲線畫出ib和和ube波形波形 tUu mi sin 第34頁/共67頁 L R /1 CQcCEQce I

15、iUu , LCECCEQceCEQCE LCQCLcce RIiUuUu RIiRiu 輸出回路的交流負(fù)載線方程輸出回路的交流負(fù)載線方程 斜率為斜率為 交流負(fù)載線與直流負(fù)載線相交于交流負(fù)載線與直流負(fù)載線相交于Q點(diǎn)：點(diǎn)： L R 1 第35頁/共67頁 非線性失真非線性失真 截止失真截止失真 飽和失真飽和失真 第36頁/共67頁 Q點(diǎn)偏低，點(diǎn)偏低，IBQ和和ICQ值偏小值偏小 uce波形出現(xiàn)波形出現(xiàn)“削頂削頂”失真，失真， 稱為稱為截止失真截止失真 消除消除截止失真的方法是：截止失真的方法是： 提高提高靜態(tài)工作點(diǎn)值、靜態(tài)工作點(diǎn)值、 減小輸入信號幅值減小輸入信號幅值 第37頁/共67頁 Q點(diǎn)偏高

16、，點(diǎn)偏高，IBQ和和ICQ值偏大值偏大 uce波形出現(xiàn)波形出現(xiàn)“削頂削頂”失真，失真， 稱為稱為飽和失真飽和失真 消除消除飽和失真的方法是：飽和失真的方法是： 降低降低靜態(tài)工作點(diǎn)值、靜態(tài)工作點(diǎn)值、 減小輸入信號幅值減小輸入信號幅值 第38頁/共67頁 max 2 OPP UU CCQCCCESCCQCC CESCEQR RIVURIV UUU 用圖解法估算最大輸出幅值用圖解法估算最大輸出幅值 max 2 OPP UU RFO UUU,min max L R MF QM /1tan LCQ L CQ F RI R I U /1 第39頁/共67頁 基極分壓式射極偏置電路 5.4 晶體管放大電路的

17、三種接法 進(jìn)入飽和點(diǎn)上移QI U IT CQ OnBE CBO 第40頁/共67頁 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 一般選取一般選取:I2=(510)IBQ,VBQ=(510)UBEQ TICQIEQIEQREUBEQIBQ ICQ 第41頁/共67頁 例：下圖中已知例：下圖中已知VCC=12V,RC=2K,Re=2K,Rb1=20K, Rb2=10K RL=6K,=40,UBEQ=0.7V,計(jì)算靜態(tài)工

18、作點(diǎn)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn) 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 計(jì)算靜態(tài)值計(jì)算靜態(tài)值 0 ,RRA iU 第42頁/共67頁 解：解：2.由微變等效電路計(jì)算交流參數(shù)由微變等效電路計(jì)算交流參數(shù) 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頁/共67頁 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頁/共67頁 1.靜態(tài)分析靜態(tài)分析 eEQCCCEQ BQCQ eb BEQCC BQ BQEQ eEQBEQbBQCC RIVU II RR UV I II RIURIV 1 1

20、 第45頁/共67頁 2.2.動態(tài)分析動態(tài)分析 Lbebi Lebeb Le i O U Lebebi LeLeeO RrRR RIrI RI U U A RIrIU RIRRIU 1/ / 電壓增益：電壓增益： 輸入電阻：輸入電阻： 第46頁/共67頁 求輸出電阻求輸出電阻 與共射放大電路相比，共集放大電路的與共射放大電路相比，共集放大電路的輸出電阻小輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)、，帶負(fù)載能力強(qiáng)、輸入電阻高輸入電阻高。對前級影響小。常倍用做放大電路的輸入級、輸出級或緩沖級。對前級影響小。常倍用做放大電路的輸入級、輸出級或緩沖級 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頁/共67頁 第48頁/共67頁 第49頁/共67頁 例例：兩級放大電路：兩級放大電路 下圖中已知：下圖中已知：VCC=12V,1=60,Rb1=200k,Re1=2k,Rs=100. Rc2=2k, Re2=2k, Rb1=20k, Rb2=10k,RL=6 K, 2=40 試求：試求： 靜態(tài)值；靜態(tài)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 解求靜態(tài)值求靜態(tài)值 第50頁/共67頁 解求交流參數(shù) 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頁/共67頁 fA U 放大倍數(shù)會隨著頻率而變化，是頻率的函數(shù)。放大倍數(shù)會隨著頻率而變化，是頻率的函數(shù)。 這種函數(shù)關(guān)系稱為這種函數(shù)關(guān)系稱為頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)或者或者頻率特性頻率特性 o uu i ( )|( )|( ) U AfAff U 5.5 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)