三極管及放大電路基礎1ppt課件

1、4.1 半導體三極管半導體三極管BJT4.2 共射極放大電路共射極放大電路4.3 圖解分析法圖解分析法4.4 小信號模型分析法小信號模型分析法4.5 放大電路的任務點穩(wěn)定問題放大電路的任務點穩(wěn)定問題4.6 共集電極電路和共基極電路共集電極電路和共基極電路4.7 放大電路的頻率呼應放大電路的頻率呼應圖圖4.1.1 幾種幾種BJT的外形的外形4.1 半導體三極管半導體三極管BJT4.1.1 BJT的構造簡介的構造簡介4.1.2 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理4.1.3 BJT的特性曲線的特性曲線4.1.4 BJT的主要參數的主要參數 Jc反偏反偏 4.1.1 BJT的構造簡介的構造

2、簡介 N P N N P N c b e 基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū) 發(fā)射極Emitter集電極集電極Collector 基極Base1、構造和符號、構造和符號發(fā)射結發(fā)射結(Je) 集電結(Jc) c b e PNP c b e NPN發(fā)射載流子發(fā)射載流子(電子電子)搜集載流子搜集載流子(電子電子)復合部分電子復合部分電子 控制傳送比例控制傳送比例由構造展開聯(lián)想由構造展開聯(lián)想2、任務原理、任務原理3、實現(xiàn)條件、實現(xiàn)條件外部條件外部條件內部條件內部條件 構造特點：構造特點：Je正偏正偏摻雜濃度最高摻雜濃度最高摻雜濃度低于發(fā)射摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)且面積大區(qū)且面積大摻雜濃度遠低于發(fā)摻雜濃度遠低于

3、發(fā)射區(qū)且很薄射區(qū)且很薄 4.1.2 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理發(fā)發(fā)射射結結正正偏偏發(fā)發(fā)射射區(qū)區(qū)發(fā)發(fā)射射載載流流子子基區(qū)：傳送和控制載流子基區(qū)：傳送和控制載流子集集電電區(qū)區(qū)搜搜集集 載載流流子子本質本質:電流分配電流分配集集電電結結反反偏偏4.1.2 BJT的電流分配的電流分配與放大原理與放大原理RLecb1kVEEVCCIBIEICVEB+ vEB放大電路放大電路+ iEii+- vI+ iC+ iB vO+-io放大作用？放大作用？原理原理關鍵：關鍵： iC與與 iE的關系的關系 三極管的放大作用是經過載流三極管的放大作用是經過載流子傳輸表達出來的。子傳輸表達出來的。 本

4、質：電流分配關系本質：電流分配關系 外部條件：外部條件： 發(fā)射結正偏，集電結反偏。發(fā)射結正偏，集電結反偏。根據傳輸過程可知根據傳輸過程可知IE=IB+ IC(1)IC= InC+ ICBO(2)IB= IB - ICBO(3)發(fā)發(fā)射射極極注注入入電電流流傳傳輸輸到到集集電電極極的的電電流流 定義定義ECBOCEnCIIIII 通常通常 IC ICBO那么有那么有ECII 所以所以 為共基極電流放大系為共基極電流放大系數，它只與管子的構造尺數，它只與管子的構造尺寸和摻雜濃度有關，與外寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。普通加電壓無關。普通 = 0.9 0.99硅硅: 0.1A鍺鍺: 10A IE與

5、與IC的關系：的關系： vI = 20mV iE = -1mARLecb1kVEEVCCIBIEICVEB+vEB放大電路放大電路+iEii+- vI+iC+ iB vO+-io圖圖 3.1.5 共基極放大電路共基極放大電路 = 0.98 iC = iE vO = - iC RL vO = 0.98 V)1(/ESEBE TVveIi非線性非線性 iC = -0.98mA iB = -20 A電壓放大倍數電壓放大倍數4920mVV98. 0IOV vvARi= vI / iE =20輸入電阻輸入電阻共集電極接法，集電極作為公共電極，用共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示表示;共基極接法

6、，基極作為公共電極，用共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；表示；如何判別組態(tài)？如何判別組態(tài)？外部條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏外部條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏 VBB VCC VBE IB IC c e + b IE RL VCE + 問題問題(1)：如何保證？：如何保證？發(fā)射結正偏發(fā)射結正偏VBE =VBBVBC = VBE - VCE VBE + I +vBE+iE+iC+iB+iE+vBE+vI+iB+iC+vO本質一樣！本質一樣！但希望但希望 vI = 20mV iB = 20 A iC =0.

7、98mA vO = -0.98 V4920mVV98. 0IOV vvARi= vI / iB =1k + O 放大電路放大電路 IC與與IB的關系：的關系： ECBOCEnCIIIII 由由的定義：的定義： 即即 IC = IE + ICBO = (IB + IC) + ICBOCBOBC111III 整理可得整理可得: 1令：令：IC = IB + (1+ )ICBOIC = IB + ICEO 穿透電流穿透電流IC IB IE = IC + IB (1+)IB 是共射極電流放大系數，只與管子的構造尺寸和摻雜濃是共射極電流放大系數，只與管子的構造尺寸和摻雜濃度有關，度有關， 與外加電壓無關

8、。普通與外加電壓無關。普通 110100CBOBC111III ICBO 硅硅: 0.1A鍺鍺: 10A 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依托它綜上所述，三極管的放大作用，主要是依托它的發(fā)射極電流可以經過基區(qū)傳輸，然后到達集電極的發(fā)射極電流可以經過基區(qū)傳輸，然后到達集電極而實現(xiàn)的。而實現(xiàn)的。實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：1內部條件：發(fā)射區(qū)雜質濃度遠大于基區(qū)雜質濃內部條件：發(fā)射區(qū)雜質濃度遠大于基區(qū)雜質濃度，且基區(qū)很薄。度，且基區(qū)很薄。2外部條件：發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置。外部條件：發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置。4.1.2 BJT的電流分配與放大原理的電流分

9、配與放大原理 4.1.3 BJT的特性曲線的特性曲線vCE = 0V+-bce共射極放大電路共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) 當當vCE1V時，時， vCB= vCE - vBE0，集電結已進入反偏，集電結已進入反偏形狀，開場搜集電子，基區(qū)復合減少，同樣的形狀，開場搜集電子，基區(qū)復合減少，同樣的vBE下下IB減減小，特性曲線右移。小，特性曲線右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 當當vCE=0V時，相當于發(fā)射結的正向伏安特性曲線。時，相當于發(fā)射結的正向伏安特性曲線。以共射極放大電路為例以共射極放大電路為例iC=f(vCE) i

10、B=constiC=f(vCE) iB=const 4.1.3 BJT的特性曲線的特性曲線iC=f(vCE) iB=const輸出特性曲線的三個區(qū)域輸出特性曲線的三個區(qū)域:飽和區(qū)飽和區(qū): iC明顯受明顯受vCE控制的區(qū)域，控制的區(qū)域， 普通普通vCE0.7V(硅管硅管)。此時，發(fā)射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很小。此時，發(fā)射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很小。放大區(qū)放大區(qū): iC平行于平行于vCE軸的區(qū)域，曲線根本平行等距。軸的區(qū)域，曲線根本平行等距。 此時，發(fā)射結正偏，集電結反偏。此時，發(fā)射結正偏，集電結反偏。截止區(qū)截止區(qū): iC接近零的區(qū)域，相當接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。的曲線

11、的下方。 此時，此時，vBE小于死區(qū)電壓小于死區(qū)電壓(發(fā)射結反偏發(fā)射結反偏)。 4.1.4 BJT的主要參數的主要參數結電容結電容 Cbc 、 Cbe 集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM反向擊穿電壓反向擊穿電壓極間反向電流極間反向電流ICBO 、 ICEO交流電流放大系數交流電流放大系數 、直流電流放大系數直流電流放大系數 、特征頻率特征頻率fT(1) 共發(fā)射極直流電流放大系數共發(fā)射極直流電流放大系數 = (ICICEO)/IBIC / IB (2) 共發(fā)射極交流電流放大系數共發(fā)射極交流電流放大系數 = IC / IBvCE=const

12、 4.1.4 BJT的主要參數的主要參數在放大區(qū)且當在放大區(qū)且當ICBO和和ICEO很小時，很小時， ，可以不加區(qū)分。，可以不加區(qū)分。 4.1.4 BJT的主要參數的主要參數(1) 集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向飽和電流 ICBO O 發(fā)射極開路發(fā)射極開路 + b c e - uA Ie=0 VCC ICBO (2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流集電極發(fā)射極間的反向飽和電流 ICEOCBOCEO)1(II + b c e - VCC ICEO uA ICEO 即輸出特性曲即輸出特性曲線線IB=0那條曲線所那條曲線所對應的對應的Y坐標的數坐標的數值。值。 ICEO也稱為也稱為集電極發(fā)射

13、極間穿集電極發(fā)射極間穿透電流。透電流。 4.1.4 BJT的主要參數的主要參數(1) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM(2) 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM = iCvCE (3) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓V(BR)CEO 、V(BR) EBO 、V(BR)CBO V(BR)CEO 基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓4.2 共射極放大電路共射極放大電路4.2 共射極放大電路共射極放大電路 iB iC T iE iB iC VBB Rb 300k T 12V iE vBE + iB iC VBB Rb 300k T + vCE

14、RC 4k VCC 12V 12V iE vBE + 三極管三極管T : 中心，電流分配、放大作用中心，電流分配、放大作用 iB iC VBB Rb 300k T + vCE RC 4k VCC 12V 12V iE vBE + + vi + Cb1 iB iC VBB Rb 300k T + vCE RC 4k + Cb2 VCC 12V + vo 12V iE vBE + + vi VBB Je正偏正偏Rb: 基極偏置電阻基極偏置電阻VCC Jc反偏反偏Rc：集電極偏置電阻：集電極偏置電阻 ic vcevi 接入問題？接入問題？ 串入串入Je回路回路 直接銜接直接銜接 電容銜接電容銜接Cb

15、1、Cb2:隔離直流，傳送交流隔離直流，傳送交流 bBECCBRVVI 固定偏流固定偏流CjZ 1C 直流直流 =0 ZC= 交流交流、CZC 0隔直電容隔直電容耦合電容耦合電容接地接地 零電位點零電位點4.2 共射極放大電路共射極放大電路耦合方式耦合方式阻容耦合阻容耦合變壓器耦合變壓器耦合直接耦合直接耦合 + vs b c Rc vo Rs Re + + +15V e RL -15V 直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合負電負電源源習題習題3.5.54.2 共射極放大電路共射極放大電路習慣畫法習慣畫法小結小結:放大電路組成原那放大電路組成原那么么 iB iCvo vBE vCE信號通路：信號通路

16、： vi適宜的靜態(tài)任務點適宜的靜態(tài)任務點(Je(Je正偏正偏JcJc反偏反偏) )正確的耦合方式正確的耦合方式 共射極根本放大電路共射極根本放大電路vi=0vi=Vimsin t既有直流、又有交流既有直流、又有交流 ！動動態(tài)態(tài)靜靜態(tài)態(tài)分析分析思緒思緒# 放大電路為什么要建立正確的靜態(tài)？放大電路為什么要建立正確的靜態(tài)？確定靜態(tài)任務點確定靜態(tài)任務點QIBQ 、ICQ、VCEQ確定性能目的確定性能目的AV 、Ri 、Ro 等疊加原理？等疊加原理？任務點適宜任務點適宜任務點偏低任務點偏低適宜的適宜的 靜態(tài)任務點靜態(tài)任務點保證保證JeJe正偏，正偏， Jc Jc反偏反偏保證有較大的線性任務范圍保證有較大

17、的線性任務范圍4.2 共射極放大電路共射極放大電路4.3 圖解分析法圖解分析法1. 近似估算近似估算Q點點2. 用圖解法確定用圖解法確定Q點點2. 交流負載線交流負載線4.3.1 靜態(tài)任務情況分析靜態(tài)任務情況分析4.3.2 動態(tài)任務情況分析動態(tài)任務情況分析 1. 放大電路在接入正弦信放大電路在接入正弦信號時的任務情況號時的任務情況3. BJT的三個任務區(qū)域的三個任務區(qū)域(4)交流通路與交流負載線交流通路與交流負載線(3)直流通路和交流通路直流通路和交流通路1. 圖解法確定圖解法確定Q點點(靜態(tài)靜態(tài))2. 圖解法動態(tài)分析圖解法動態(tài)分析3. 幾個重要概念幾個重要概念(2)疊加原理？疊加原理？4.

18、近似估算法求近似估算法求Q點點(1)非線性失真與線性任務區(qū)非線性失真與線性任務區(qū) 1. 圖解法確定圖解法確定Q點點4.3 圖解法分析法圖解法分析法 + Cb1 iB iC VBB Rb 300k T + vCE RC 4k + Cb2 VCC 12V + vo 12V iE vBE + + vi 分析步驟：分析步驟：(1) vi =0短路短路Cb1、Cb2開路被充電開路被充電開路開路開路開路(2) 把電路分為線性和非線性把電路分為線性和非線性非線性非線性線性線性線性線性(3) 寫出線性部分直線方程寫出線性部分直線方程直流通路直流通路 輸入回路輸入回路Je方程方程: 輸出回路輸出回路Jc方程方程

19、:vBE = VCC iBRbvCE = VCC iCRc 直流負載線直流負載線(4) 作圖：畫直線，與作圖：畫直線，與BJT特性曲線的交點為特性曲線的交點為Q點點VCb1 = VBEQ ; VCb2 = VCEQ4.3 圖解法分析法圖解法分析法1. 圖解法確定圖解法確定Q點點vCEiC作圖過程作圖過程斜率斜率 -1RcRcVCCVCCvCEiC 斜率斜率 - 1 Rc IBQ Rc VCC VCC vCE iC 斜率斜率 - 1 Rc Q IBQ Rc VCC VCC vCE iC 斜率斜率 - 1 Rc Q ICQ IBQ Rc VCC VCC vCE iC 斜率斜率 - 1 Rc Q V

20、CEQ ICQ IBQ Rc VCC VCC vCE iC 在輸入特性曲線上，作出直線：在輸入特性曲線上，作出直線： vBE = VCC iBRb 在輸出特性曲線上，作出直流負載線：在輸出特性曲線上，作出直流負載線： vCE = VCC iCRccCCCEcCRVvRi 1即：即： 與特性曲線的交點即為與特性曲線的交點即為Q點，點， IBQ 、VBEQ 、ICQ 、VCEQ。 2. 圖解法動態(tài)分析圖解法動態(tài)分析4.3 圖解法分析法圖解法分析法 + Cb1 iB iC VBB Rb 300k T + vCE RC 4k + Cb2 VCC 12V + vo 12V iE vBE + + vi 輸

21、入特性輸入特性輸出特性輸出特性暫令暫令 RL=開路開路直流負載線不變直流負載線不變Q點沿負載線上下挪動點沿負載線上下挪動輸入特性不變輸入特性不變Q點沿輸入特性上下挪動點沿輸入特性上下挪動輸入回路輸入回路vBE = VCb1 + vi = VBEQ + vi iB iCvo vBE vCE信號通路：信號通路： vi 分析思緒：分析思緒：設設、C 電容電壓不能突變電容電壓不能突變2. 圖解法動態(tài)分析圖解法動態(tài)分析4.3 圖解法分析法圖解法分析法作圖過程作圖過程QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t

22、iBiCvovBEvCE信號通路：信號通路：viQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060 Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA 可得如下結論：可得如下結論：1.Q點沿負載線點沿負載線上下挪動

23、上下挪動Q點沿輸入特性上點沿輸入特性上下挪動下挪動2. vo 與與vi 相位相反反相電壓放大器；相位相反反相電壓放大器；3. 可以丈量出放大電路的電壓放大倍數；可以丈量出放大電路的電壓放大倍數；4. 可以確定最大不失真輸出幅度。失真可以確定最大不失真輸出幅度。失真?2. 圖解法動態(tài)分析圖解法動態(tài)分析4.3 圖解法分析法圖解法分析法作圖過程作圖過程QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t QQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvB

24、E/ViB/uA204060 Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA 幾個問題：幾個問題：Q點沿負載線點沿負載線上下挪動上下挪動Q點沿輸入特性上點沿輸入特性上下挪動下挪動 幾個重要概念！幾個重要概念！1. 靜態(tài)任務點靜態(tài)任務點Q的位置的位置 非線性失真非線性失真2. 最大不失真輸出幅度最大不

25、失真輸出幅度 線性范圍動態(tài)范圍線性范圍動態(tài)范圍3. 接入負載對放大有無影響？思索輸出電壓接入負載對放大有無影響？思索輸出電壓4. 能否運用疊加原理？如何運用？能否運用疊加原理？如何運用？ 3. 幾個重要概念幾個重要概念飽和失真飽和失真截止失真截止失真QQ1Q2vCE/ViC/mA放放大大區(qū)區(qū)0iB=40uA80uA120uA160uA200uA飽飽和和區(qū)區(qū)截截止止區(qū)區(qū)當任務點到達了飽和區(qū)而引起的非線性失真。當任務點到達了飽和區(qū)而引起的非線性失真。 NPNNPN管管 輸出電壓為底部失真輸出電壓為底部失真當任務點到達了截止區(qū)而引起的非線性失真。當任務點到達了截止區(qū)而引起的非線性失真。 NPNNPN

26、管管 輸出電壓為頂部失真。輸出電壓為頂部失真。飽和區(qū)特點：飽和區(qū)特點： iC不再隨不再隨iB的添加而線性添加，即的添加而線性添加，即BCii 此時此時CBii ，vCE= VCES ，典型值為，典型值為0.3V截止區(qū)特點：截止區(qū)特點：iB=0， iC= ICEO非線性失真非線性失真留意：對于留意：對于PNPPNP管，失真的表現(xiàn)方式，與管，失真的表現(xiàn)方式，與NPNNPN管正好相反。管正好相反。發(fā)射結正偏發(fā)射結正偏 集電結正偏集電結正偏發(fā)射結反偏發(fā)射結反偏4.3 圖解法分析法圖解法分析法 線性范圍線性范圍 (動態(tài)范圍動態(tài)范圍)線性范圍線性范圍 用最大不失真輸出幅度用最大不失真輸出幅度VomVom來

27、衡量來衡量Q點偏高點偏高 易出現(xiàn)飽和失真，易出現(xiàn)飽和失真， Vom為為Q點到飽和區(qū)邊沿的間隔點到飽和區(qū)邊沿的間隔Q點偏低點偏低 易出現(xiàn)截止失真，易出現(xiàn)截止失真， Vom為為Q點到截止區(qū)邊沿的間隔點到截止區(qū)邊沿的間隔 Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA QQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060vBE = VBEQ + vi iB = IBQ + ib iC = ICQ + icvCE = VCEQ + vceVCC作用的分量作用的分量vi作用的分量作用的分量疊加原理運用條件疊加原理

28、運用條件 小信號小信號輸入特性輸入特性: 范圍小范圍小輸出特性輸出特性: 不超出放大區(qū)不超出放大區(qū)否那么，非線性失真否那么，非線性失真3. 幾個重要概念幾個重要概念3. 幾個重要概念幾個重要概念疊加原理疊加原理 + Cb1 iB iC VCC Rb 300k T + vCE RC 4k + Cb2 VCC 12V + vo 12V iE vBE + + vi RL 4k 直流通路直流通路+- + vi Rb Rc RL + vo ic ib + vce vbe + 交流通路交流通路Cb1、Cb2等電容等電容 隔離直流，傳送交流隔離直流，傳送交流VCC = 0(短短路路)Cb1、Cb2等電容短路

29、等電容短路靜態(tài)分析靜態(tài)分析求求VCC作用分量作用分量vi = 0Cb1、Cb2等電等電容開路容開路動態(tài)分析動態(tài)分析求求vi作用分量作用分量3. 幾個重要概念幾個重要概念斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1Rc斜率斜率1Rc/ RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC由交流通路有由交流通路有: vce= -ic (Rc /RL)由于交流負載線必過由于交流負載線必過Q點，點，即即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同時，令同時，令RL = Rc/RLvC

30、E - VCEQ= -(iC - ICQ ) RL iC =0: vCE =VCEQ + ICQ RL icvce+-交流通路交流通路線性范圍線性范圍動態(tài)范圍動態(tài)范圍放大電路要想放大電路要想獲得大的不失獲得大的不失真輸出幅度，真輸出幅度，要求要求: 任務點任務點Q Q要設置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；要設置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位； 要有適宜的交流負載線。要有適宜的交流負載線。 4. 近似估算法求近似估算法求Q點點 共射極放大電路共射極放大電路直流通路直流通路+-bBECCBRVVI 根據直流通路可知：根據直流通路可知：普通硅管普通硅管VBE=0.7V，鍺管，鍺管VBE=0.2V。B

31、CII cCCCCERIVV 求求IBQ 、VBEQ 、ICQ 、VCEQ4.3 圖解法分析法圖解法分析法 共射極放大電路共射極放大電路 知知 =80，Rb=300k，Rc=2k，VCC= +12V，VCES 0。求：。求：1放大電路的放大電路的Q點。此時點。此時BJT任務任務在哪個區(qū)域？在哪個區(qū)域？2當當Rb=100k時，放大電路的時，放大電路的Q點。此時點。此時BJT任務在哪個區(qū)域？任務在哪個區(qū)域？斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC解解:1uA40300k2V1bBECCB RVVI3.2mAuA4080BC II 5.6V3.2mA2k-V12 CcCCC

32、E IRVVBJT任務在放大區(qū)。任務在放大區(qū)。 共射極放大電路共射極放大電路 知知 =80，Rb=300k，Rc=2k，VCC= +12V，VCES 0。求：。求：2當當Rb=100k時，放大電路的時，放大電路的Q點。此時點。此時BJT任務在哪個區(qū)域？任務在哪個區(qū)域？斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC解解:2uA120100k2V1bCCB RVImA6 . 9uA12080BC II V2 . 79.6mA2k-V12 CCCCCE IRVV？VCE最小值也只能為最小值也只能為0，mA62k2V1cCESCCCS RVVICSB :II 判判斷斷條條件件所以所

33、以BJT任務在飽和區(qū)。任務在飽和區(qū)。Q120uA，6mA，0V2.6 電路如圖電路如圖P2.6所示，知晶體管所示，知晶體管50，在以下情況下，用直流電壓表測晶體管的集電極電位，應分別，在以下情況下，用直流電壓表測晶體管的集電極電位，應分別為多少？設為多少？設VCC12V，晶體管飽和管壓降，晶體管飽和管壓降UCES0.5V。 (1)正常情況正常情況;(2)Rb1短路短路;(3)Rb1開路開路;(4)Rb2開路開路;(5)RC短路。短路。解解: 設設UBE0.7V。那么。那么 V4 . 6mA022. 0cCCCCb1BEb2BECCB RIVURURUVI(1)UBE=0V T截止截止 UC=1

34、2V。 (2)mA045. 0 cCESCCBS RUVI mA22. 0 b2BECCB RUVI由于由于IBIBS，故，故T飽和，飽和，UCUCES0.5V。 (3)T截止，截止，UC12V。 UCVCC12V (4)(5)4.3 小信號模型分析法小信號模型分析法4.3.1 BJT的小信號建模的小信號建模4.3.2 共射極放大電路的小信號模型分析共射極放大電路的小信號模型分析 + vi Rb Rc RL + vo ic ib + vce vbe + 交流通路交流通路4.3.1 BJT的小信號建模的小信號建模建立小信號模型的根據建立小信號模型的根據(1) 小信號微變小信號微變 圖解根本滿足疊

35、加原理！圖解根本滿足疊加原理！ 輸入特性：任務點在輸入特性：任務點在Q附近挪動范圍小，切線替代曲線附近挪動范圍小，切線替代曲線 輸出特性：不超出放大區(qū)，不產生非線性失真輸出特性：不超出放大區(qū)，不產生非線性失真(2) 雙口有源網絡的雙口有源網絡的H參數模型參數模型 + v1 + v2 i1 i2 雙雙口口 有有源源器器件件 v1= h11i1+ h12v2i2= h21i1+ h22v2 + v1 i2 + v2 + h12v2 h11 i1 h22 1 h21i1 01111 2 vivh02112 1 ivvh01221 2 viih02222 1 iivh4.3.1 BJT的小信號建模的小

36、信號建模 知端口瞬時值之間的關系即知端口瞬時值之間的關系即輸入輸出特性曲線如下：輸入輸出特性曲線如下：vBEvCEiBcebiCBJT雙口網絡雙口網絡iB=f(vBE) vCE=constiC=f(vCE) iB=const),(CEBBEvifv ),(CEBCvifi 欲求變化量之間的關系，那么對上兩式取全微分得欲求變化量之間的關系，那么對上兩式取全微分得CECEBEBBBEBEBCEdvvvdiivdvIV CECECBBCCBCEdvvidiiidiIV 在小信號線性條件下：在小信號線性條件下：vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcedvBE vBE vb

37、e h參數的物理意義及圖解方法參數的物理意義及圖解方法CEBBEie Vivh CEBCfe Viih BCEBEre Ivvh BCECoe Ivih 輸出端交流輸出端交流短路時的輸短路時的輸入電阻入電阻輸出端交流輸出端交流短路時的正短路時的正向電流傳輸向電流傳輸比或電流放比或電流放大系數大系數輸入端交流輸入端交流開路時的反開路時的反向電壓傳輸向電壓傳輸比；比；輸入端交流輸入端交流開路時的輸開路時的輸出電導。出電導。四個參數量綱各不一樣，故稱為混合參數四個參數量綱各不一樣，故稱為混合參數H H參數參數rbe rceurvbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce4.

38、3.1 BJT的小信號建模的小信號建模vbevceibcebicBJT雙口網絡雙口網絡vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevce ibicvceibvbe ur vcerberce H參數都是小信號參數，即微變參數或交流參數。 H參數與任務點有關，在放大區(qū)根本不變。 H參數都是微變參數，所以只適宜對交流信號的分析。留意：留意：普通采用習慣符號普通采用習慣符號即即 rbe= hie rbe= hie = = hfehfe ur = hre rce= ur = hre rce= 1/hoe1/hoe ibicvceibvbe ur vcerberce4.3.1 BJT的

39、小信號建模的小信號建模 ur很小，普通為10-310-4 ， rce很大，約為100k。 故普通可忽略它們的影響，得到簡化電路。 ib 是受控源是受控源 ，且為電流，且為電流控制電流源控制電流源(CCCS)。 電流方向與電流方向與ib的方向是關的方向是關聯(lián)的。聯(lián)的。 4.3.1 BJT的小信號建模的小信號建模 測試儀給定測試儀給定 rbe 與與Q點有關，公式估算。點有關，公式估算。rbe= rb + (1+ ) re其中：其中：rb200 低頻小功率管低頻小功率管)mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26而而 (T=300K) 那么那么 )mA()mV(26)1(200EQbeI

40、r 4.3.2 用用H參數小信號模型分析參數小信號模型分析共射極根本放大電路共射極根本放大電路求解步驟：求解步驟：4.3.2 用用H參數小信號模型分析參數小信號模型分析共射極根本放大電路共射極根本放大電路 共射極放大電路共射極放大電路bBECCBRVVI 普通硅管普通硅管VBE=0.7V，鍺管，鍺管VBE=0.2V， 知。知。BCII cCCCCERIVV 4.3.2 小信號模型分析小信號模型分析共射極放大電路共射極放大電路icvce+-交流通路交流通路bIcIbIbIcIbIRbbIcIbIviRbiVbIcIOVbIRbviRciVbIcIOVbIH參數小信號等效電路參數小信號等效電路Rb

41、viRcRLiVbIcIOVbI4.3.2 小信號模型分析小信號模型分析RbviRcRLiVbIcIOVbI iB iCvo vBE vCE信號通路：信號通路： vi根據根據bebirIV bcII )/(LccORRIV 那么電壓增益那么電壓增益為為beLcbebLcbbebLcciO)/()/()/(rRRrIRRIrIRRIVVAV 可作為公式？可作為公式？共射極放大電路共射極放大電路4.3.2 小信號模型分析小信號模型分析共射極放大電路共射極放大電路Rs+VsVi+RiIi放放大大電電路路iiiIVR RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIbeb/rR 4.3.2 小信號模型分析小信

42、號模型分析共射極放大電路共射極放大電路放放大大電電路路IT+VTRo+Vs=00TTos VIVRRbRcRLiVbIcIOVbIRiiI令令0i V LR0b I0b I Ro = Rc 所以所以例題例題1放大電路如下圖，知放大電路如下圖，知=50。試求。試求:1Q點點;2oisoVSioVRRVVAVVA、 解：解：1求求Q點點4Vk4mA212cCCCCE RIVVmA2uA4050BC IIuA40k300V12bCCbBECCB RVRVVI 863)mA()mV(26)1(200CbeIr Q點適宜嗎？點適宜嗎？2115.87)/(beLcioV rRRVVA 863/bebebi

43、rrRR k4coRR36.73 )87.115(500863863 VsiiiosisoVS ARRRVVVVVVA Rs + Vs Vi + 放大電路放大電路 Ri 電路如下圖。電路如下圖。 試畫出其小信號等效模型電路。試畫出其小信號等效模型電路。-VCCRcRLReRb2Rb1Cb2Cb1+-vo+-vi+cebbIbI rbeebcbIbI RerbeebcbIiIiVbI Rb2Rerbe+-ebcbIiIiVbI Rb1Rb2Rerbe+-ebcbIiIiVbI Rb1Rb2RcRerbe+-ebcbIiIiVbI oVRb1Rb2RcReRLrbe+-+-ebc例題例題2例題例題

44、3 + vs b c Rc vo Rs Re + + +15V e RL -15V 直接直接耦合耦合共射共射負電負電源源vi + vs b c Rc vo Rs Re + + +15V e RL -15V + vs b c Rc vo Rs Re e RL 交流通路交流通路 習題習題4.4.5靜態(tài)分析靜態(tài)分析V15)1(EBBEsB RIVRI )(30VecCCERRIV 動態(tài)分析動態(tài)分析soVSVVA beirR coRR )()/(beSbLcbrRIRRI + e Vi rbe b Ib Ic Rc + Rs c Ib (1+)Ib Vo Vs + RL 例題：放大電路如以下圖所示，估

45、算例題：放大電路如以下圖所示，估算Q Q點。點。 VCC Rc RL Rb Cb2 Cb1 + - vo + - vi + + c e b + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e + vi iB Rb b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Cb1 + Cb2 + e 射極偏置電路射極偏置電路固定偏流電路固定偏流電路分壓式射極偏置電路分壓式射極偏置電路集電極基極偏置電路集電極基極偏置電路共射共射 + vi iB Rb b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Cb1 + Cb2 +

46、e 例例1 1：放大電路如以下圖所示，：放大電路如以下圖所示，估算估算Q Q點。點。射極偏置射極偏置固定偏流固定偏流BEbBCCVRIV Je回路回路KVL方程方程解：解：eEBEbBCCRIVRIV 即：即：bCCbBECCBRVRVVI ebBECCB)1(RRVVI )( ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV BC II cCCCCERIVV Jc回路回路KVL方程直流負載線方程直流負載線T放大放大BC II 例例1 1：放大電路如以下圖所示，：放大電路如以下圖所示，估算估算Q Q點。點。解：解：b22b1B2CC)(RIRIIV eEBEb22BRIVRIV 對對Je回路，有

47、回路，有b2b1b2CCBBRRRVV + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 分壓式射極偏置電路分壓式射極偏置電路方法一：方法一：方法二：方法二：從從b極向左側求戴維南等效電路極向左側求戴維南等效電路 IB VBB Rb T Re IE b2b1b/ RRR 那么那么Je回路回路KVL方程方程eEBEbBRIVRIVBB ebBEB)1(RRVVIBB VCC Rc RL Rb Cb2 Cb1 + - vo + - vi + + c e b 集電極基極偏置電路集電極基極偏置電路例例1 1：放大電路如以下圖

48、所示，：放大電路如以下圖所示，估算估算Q Q點。點。解：解：Je回路回路KVL方程方程Jc回路回路KVL方程直流負載線方程直流負載線BEbBcBCCC)(VRIRIIV cbBECCB)1(RRVVI cCCCcBCCCCE )(RIVRIIVV BC II T放大放大小結：近似估算法求小結：近似估算法求Q點點T放大的根本條件放大的根本條件 Je正偏；正偏；Jc反偏反偏3個方程解個方程解3個變量個變量IBQ、ICQ、VCEQ關鍵方程關鍵方程Je回路回路KVL方程方程4.5 放大電路的任務點穩(wěn)定問題放大電路的任務點穩(wěn)定問題 溫度變化對溫度變化對ICBO的影響的影響 溫度變化對輸入特性曲線的影響溫

49、度變化對輸入特性曲線的影響 溫度變化對溫度變化對 的影響的影響 穩(wěn)定任務點原理穩(wěn)定任務點原理 放大電路目的分析放大電路目的分析 固定偏流電路與射極偏置電路的比較固定偏流電路與射極偏置電路的比較4.5.1 溫度對任務點的影響溫度對任務點的影響4.5.2 射極偏置電路射極偏置電路4.5.1 溫度對任務點的影響溫度溫度T 少子濃度少子濃度IC ICBO , ICEO IC = IB +(1+)ICBOIB VBE 載流子運動加劇，載流子運動加劇，發(fā)射一樣數量載流發(fā)射一樣數量載流子所需電壓子所需電壓bBECCBRVVI 輸入特性曲線左移輸入特性曲線左移 載流子運動加劇，載流子運動加劇，多子穿過基區(qū)的速

50、多子穿過基區(qū)的速度加快，復合減少度加快，復合減少 IC IB輸出特性曲線上移輸出特性曲線上移輸出特性曲線族輸出特性曲線族間隔加寬間隔加寬4.5.1 溫度對任務點的影響溫度對任務點的影響beLcioV)/(rRRVVA Q點上移點上移 rbe AV 例題：放大電路如以下圖所示，估算例題：放大電路如以下圖所示，估算Q Q點。點。 VCC Rc RL Rb Cb2 Cb1 + - vo + - vi + + c e b + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e + vi iB Rb b c iC Rc VCC + vo

51、RL iE Re Cb1 + Cb2 + e 射極偏置電路射極偏置電路固定偏流電路固定偏流電路分壓式射極偏置電路分壓式射極偏置電路集電極基極偏置電路集電極基極偏置電路共射共射4.5.2 射極偏置電路1. 穩(wěn)定任務點原理穩(wěn)定任務點原理目的：溫度變化時，使目的：溫度變化時，使IC維持恒定。維持恒定。 + vi iB Rb b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Cb1 + Cb2 + e 射極偏置電路射極偏置電路固定偏流電路固定偏流電路 + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 分壓式射極偏置電路

52、分壓式射極偏置電路BEbBCCVRIV eEBEbBCCRIVRIV bBECCBRVVI beEBECCBRRIVVI eEBEbBRIVRIVBB beEBEBRRIVVIBB 只能單向設置只能單向設置具有檢測具有檢測Q Q點位置，并自動調整的功能點位置，并自動調整的功能T IC IE IC VE = IE Re IB 反響控制反響控制 + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 分壓式射極偏置電路分壓式射極偏置電路 假設溫度變化時，假設溫度變化時，b b點電位能根本點電位能根本不變，那么可實現(xiàn)靜態(tài)任務點的

53、穩(wěn)定。不變，那么可實現(xiàn)靜態(tài)任務點的穩(wěn)定。T IC IE IC VE VBE eEBEBBERIVVVV 利用利用穩(wěn)定穩(wěn)定Q思緒思緒那么可實現(xiàn)如下自動調整過程那么可實現(xiàn)如下自動調整過程b點電位根本不變的條件：點電位根本不變的條件：I1 IBVB VBEI1=(510)IB (硅硅)I1=(1020)IB(鍺鍺)VB =3V5V (硅硅)VB =1V3V (鍺鍺)CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVV CBII eCCb2b1b2eBRVRRRRV 求求Q點方法三點方法三2. 放大電路目的分析放大電路目的分析4.5.2 射極偏置電路

54、射極偏置電路 + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 確定靜態(tài)任務點確定靜態(tài)任務點CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII Je回路回路KVL方程方程普通采用方法三普通采用方法三畫小信號等效電路畫小信號等效電路并確定模型參數并確定模型參數)mA()mV(26)1(200EQbeIr e rbe b Ib c Ib Ic e rbe b Ib c Ib Ie Re Ic + e Vi Rb1 rbe b Ib c Ib Rb2 Ie Rb Re Ic + e Vi Rb1 rbe b Ib Rc

55、+ Vo RL c Ib Rb2 Ie Rb Re Ic 2. 放大電路目的分析放大電路目的分析4.5.2 射極偏置電路射極偏置電路輸出回路：輸出回路：)/(LcboRRIV 輸入回路：輸入回路：eebebiRIrIV 電壓增益：電壓增益：ebeLcebebLcbioV)()/( )()/(R1rRRR1rIRRIVVA 電壓增益電壓增益 + vi iB i1 Rb1 b c iC Rc VCC + vo RL iE Re Rb2 Cb1 + Cb2 + e i2 ioVVVA ebbeb)(R1IrI (1+ )Re rbe 1假設：假設：eLcioV/RRRVVA )(/ebeb2b1iR

56、1rRRR 輸入電阻輸入電阻coRR 輸出電阻輸出電阻 + e Vi Rb1 rbe b Ib Rc + Vo RL c Ib Rb2 Ie Rb Re Ic )(/ebeb2b1iR1rRRR 輸入電阻輸入電阻2. 放大電路目的分析放大電路目的分析4.5.2 射極偏置電路射極偏置電路 + e Vi Rb1 rbe b Ib Rc + Vo RL c Ib Rb2 Ie Rb Re Ic ebbebi)(R1IrIV RiRi證明如下：證明如下：ib2b1i/RRRR ebebii)(R1rIVR 從從b b極看極看e e極的電阻，要擴展極的電阻，要擴展(1+(1+) )倍！倍！那從那從e e

57、極看極看b b極的電阻，要？極的電阻，要？coRR 輸出電阻輸出電阻Ro 4.5.2 射射極偏置電極偏置電路路2. 放大電路目的分析放大電路目的分析輸出電阻輸出電阻輸出電阻輸出電阻oco/ RRR 求輸出電阻的等效電路求輸出電阻的等效電路網絡內獨立源置零網絡內獨立源置零負載開路負載開路輸出端口加測試電壓輸出端口加測試電壓求求Ro，可對回路，可對回路1和和2列列KVL方程方程rcerce對分析過程影響很大，此處不能忽略對分析過程影響很大，此處不能忽略0)()(ecbsbeb RIIRrI0)()(ebccebcT RIIrIIV 其中其中b2b1ss/RRRR 那那么么)1(esbeececTo

58、RRrRrIVR 當當coRR 時，時，coRR 普通普通cceoRrR 3. 固定偏流電路與射極偏置電路的比較 共射極放大電路共射極放大電路靜態(tài)：靜態(tài)：bBECCBRVVI BCII cCCCCERIVV CCb2b1b2BVRRRV eBEBECRVVII )(ecCCCCERRIVV CBII 4.5.2 射極偏置電路射極偏置電路 4.5.2 射射極偏置電極偏置電路路3. 固定偏流電路與射極偏置電路的比較固定偏流電路與射極偏置電路的比較 固定偏流共射極放大電路固定偏流共射極放大電路電壓增益：電壓增益：beLc)/(rRRAV ebeLcV)1()/(RrRRA RbviRcRLiVbIc

59、IOVbI固定偏流共射極放大電路固定偏流共射極放大電路輸入電阻：輸入電阻：bebiii/rRIVR ebeb2b1i)1(/RrRRR 輸出電阻：輸出電阻：Ro = Rc coRR 4.5.2 射射極偏置電極偏置電路路beLcebeLcV)/()1()/(rRRRrRRA beb2b1ebeb2b1i/)1(/rRRRrRRR + +VCC C2 + C1 Ce + Rc Re2 RL vo T Rb1 + Re1 Rb2 + vi 1e1beLcV)1()/(RrRRA e1beb2b1i)1(/RrRRR 4.5.2 射射極偏置電極偏置電路路 4.5.2 射射極偏置電極偏置電路路beLce

60、beLcV)/()1()/(rRRRrRRA beb2b1ebeb2b1i/)1(/rRRRrRRR 4.5 共集電極電路和共基極電路共集電極電路和共基極電路 電路分析電路分析 復合管復合管 靜態(tài)任務點靜態(tài)任務點 動態(tài)目的動態(tài)目的 三種組態(tài)的比較三種組態(tài)的比較4.5.1 共集電極電路共集電極電路4.5.2 共基極電路共基極電路4.5.1 共集電極電路共集電極電路 Rb vi Re +VCC + vo RL T vs e Rs b c + + + + 構造特點構造特點也稱為射極輸出器也稱為射極輸出器求靜態(tài)任務點求靜態(tài)任務點ebBECCB)1(RRVVI eCCCeECCCERIVRIVV BCI