半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)

半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)第1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.5放大電路的工作點穩(wěn)定問題

溫度變化對ICBO的影響

溫度變化對輸入特性曲線的影響

溫度變化對

的影響

穩(wěn)定工作點原理

放大電路指標(biāo)分析

固定偏流電路與射極偏置電路的比較3.5.1溫度對工作點的影響3.5.2射極偏置電路第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.5.1溫度對工作點的影響1.溫度變化對ICBO的影響2.溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度T

輸出特性曲線上移溫度T

輸入特性曲線左移3.溫度變化對

的影響溫度每升高1°C，

要增加0.5%1.0%溫度T

輸出特性曲線族間距增大總之：

ICBO

ICEO

T

VBE

IB

IC

溫度與Q點動畫五第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.5.2射極偏置電路1.穩(wěn)定工作點原理目標(biāo)：溫度變化時，使IC維持恒定。如果溫度變化時，b點電位能基本不變，則可實現(xiàn)靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。T

穩(wěn)定原理：

IC

IEIC

VE、VB不變

VBE

IB（反饋控制）b點電位基本不變的條件：I1>>IB，此時，不隨溫度變化而變化。VB>>VBE且Re可取大些，反饋控制作用更強。一般取I1=(5~10)IB，VB=3V~5V

動畫六第4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三2.放大電路指標(biāo)分析(1)靜態(tài)工作點IBVBVccIEI1第5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三rbeRo'RoRiRi'(2)動態(tài)分析?Ib2.放大電路指標(biāo)分析第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

3.5.2射極偏置電路2.放大電路指標(biāo)分析電壓增益輸出回路：輸入回路：第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三Ib=Ibrbe+(1+?)IbReRi'=rbe+(1+?)ReRi=Rb1//Rb2//[rbe+(1+?)Re]

Ro=Rc

3.5.2射極偏置電路輸入電阻輸出電阻(1)2.放大電路指標(biāo)分析第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

3.5.2射極偏置電路2.放大電路指標(biāo)分析輸出電阻(2)輸出電阻求輸出電阻的等效電路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獨立源置零負(fù)載開路輸出端口加測試電壓對回路1和2列KVL方程不忽略rce的影響其中則當(dāng)時，一般（）第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

3.5.2射極偏置電路3.固定偏流電路與射極偏置電路的比較

共射極放大電路靜態(tài)：第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

3.5.2射極偏置電路3.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電壓增益：RbviRcRL固定偏流共射極放大電路輸入電阻：輸出電阻：Ro=Rc#

射極偏置電路做如何改進，既可以使其具有溫度穩(wěn)定性，又可以使其具有與固定偏流電路相同的動態(tài)指標(biāo)？第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

3.5.2射極偏置電路第12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.6共集電極電路和共基極電路電路分析

復(fù)合管靜態(tài)工作點

動態(tài)指標(biāo)

三種組態(tài)的比較3.6.1共集電極電路3.6.2共基極電路第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.6.1共集電極電路1.電路分析該電路也稱為射極輸出器①求靜態(tài)工作點由得動畫七第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三②電壓增益

3.6.1共集電極電路1.電路分析其中一般，則電壓增益接近于1，即電壓跟隨器第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三③輸入電阻當(dāng)，時，

3.6.1共集電極電路1.電路分析輸入電阻較大RiRi'輸出電阻很?、茌敵鲭娮鑂o'Ro?IbRSRbrbeReIb+_ITRoRo'共集電極電路特點：◆電壓增益小于1但接近于1，◆輸入電阻大，對電壓信號源衰減小◆輸出電阻小，帶負(fù)載能力強I′T第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

3.6.1共集電極電路2.復(fù)合管作用：提高電流放大系數(shù)，增大電阻rbe復(fù)合管也稱為達林頓管第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.6.2共基極電路1.靜態(tài)工作點直流通路與射極偏置電路相同第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

3.6.2共基極電路2.動態(tài)指標(biāo)①電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

3.6.2共基極電路#

共基極電路的輸入電阻很小，最適合用來放大何種信號源的信號？2.動態(tài)指標(biāo)②輸入電阻③輸出電阻第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.三種組態(tài)的比較電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：

3.6.2共基極電路第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.7.1單時間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)3.7.3單級放大電路的高頻響應(yīng)

RC低通電路的頻率響應(yīng)

RC高通電路的頻率響應(yīng)3.7放大電路的頻率響應(yīng)3.7.4單級放大電路的低頻響應(yīng)3.7.2單級放大電路的頻率響應(yīng)研究放大電路的動態(tài)指標(biāo)（主要是增益）隨信號頻率變化時的響應(yīng)。第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.7.1單時間常數(shù)RC電路的頻率響應(yīng)1.RC低通電路的頻率響應(yīng)RC電路的電壓增益（傳遞函數(shù)）：則且令又電壓增益的幅值（模）（幅頻響應(yīng)）電壓增益的相角（相頻響應(yīng)）①增益頻率函數(shù)第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三最大誤差-3dB②頻率響應(yīng)曲線描述3.7.1RC電路的頻率響應(yīng)幅頻響應(yīng)0分貝水平線斜率為-20dB/十倍頻程的直線相頻響應(yīng)1.RC低通電路的頻率響應(yīng)表示輸出與輸入的相位差高頻時，輸出滯后輸入因為所以-20dB/十倍頻程-45度/十倍頻程模擬放大電路的高頻響應(yīng)第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.7.1RC電路的頻率響應(yīng)2.RC高通電路的頻率響應(yīng)RC電路的電壓增益：幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)輸出超前輸入20dB/十倍頻程-45度/十倍頻程模擬放大電路的低頻響應(yīng)第25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三高頻區(qū)中頻區(qū)低頻區(qū)3dB頻率點（半功率點）3dB頻率點（半功率點）3.7.2單級放大電路的頻率響應(yīng)

在低頻區(qū)和高頻區(qū)，放大電路的增益為什么下降？第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.7.3單級放大電路的高頻響應(yīng)1.BJT的高頻小信號建模◆

模型的引出◆

模型簡化◆

模型參數(shù)的獲得◆

的頻率響應(yīng)2.共射極放大電路的高頻響應(yīng)◆

型高頻等效電路◆

高頻響應(yīng)◆

增益-帶寬積在放大電路的高頻區(qū)，影響頻率響應(yīng)的主要因素是管子的極間電容和接線電容，它們在電路中與其它支路是并聯(lián)的。第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三混合型高頻小信號模型3.7.3單級放大電路的高頻響應(yīng)1.BJT的高頻小信號建模①模型的引出

rb‘e---發(fā)射結(jié)電阻re歸算到基極回路的電阻。

---發(fā)射結(jié)電容---集電結(jié)電阻

---集電結(jié)電容

rbb'

---基區(qū)的體電阻，b'是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點?；?dǎo)bec.b’NNP第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三3.7.4單級放大電路的低頻響應(yīng)1.低頻等效電路放大電路的低頻響應(yīng)主要取決于外接的電容，如隔直（耦合）電容和射極旁路電容。動畫一第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三2、多級放大電路的分析計算3、多級放大電路的頻率響應(yīng)3.8多級放大電路1、多級放大電路的級間耦合形式及其特點第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合；光電耦合。耦合：即信號的傳送。第一級放大電路輸入輸出第二級放大電路第n級放大電路……第n-1

級放大電路功放級1、多級放大電路的級間耦合形式及其特點放大電路的級間耦合必須要保證信號的傳輸，且保證各級的靜態(tài)工作點正確。多級放大電路的連接，產(chǎn)生了單元電路間的級聯(lián)問題即耦合問題。第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三1、多級放大電路的級間耦合形式及其特點阻容耦合UiUoEc優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，各靜態(tài)工作點互不影響，放大效果好。缺點：不能傳送頻率較低的信號或直流信號,不適宜集成化。多級放大電路對耦合電路要求：(1)靜態(tài)：保證各級Q點設(shè)置(2)動態(tài):傳送信號。要求：波形不失真，減少壓降損失。

第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三

變壓器耦合級與級之間利用變壓器來傳送交流信號

直接耦合

各級電路之間直接連接或采用對直流呈導(dǎo)通特性的電阻、二極管等元件相接。

存在問題：(1)前后級工作點相互影響，即存在級間電位匹配的問題。(2)零點漂移(3)集電極電位逐級升高光電耦合工作過程：電光電1、多級放大電路的級間耦合形式及其特點第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三以多級阻容耦合放大器為例討論1、由于電容的隔直作用，各級放大器的靜態(tài)工作點相互獨立，分別估算。2、前一級的輸出電壓是后一級的輸入電壓。3、后一級的輸入電阻是前一級的交流負(fù)載電阻。4、總電壓放大倍數(shù)=各級放大倍數(shù)的乘積5、總輸入電阻為第一級的輸入電阻6、總輸出電阻為最后一級的輸出電阻由此可知，射極輸出器接在多級放大電路的首級可提高輸入電阻；接在末級可減小輸出電阻；接在中間級可起匹配作用，從而改善放大電路的性能。2、多級放大電路的分析計算第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三例題1.已知=50，求下圖所示放大電路的解：Rb1Rc1Rb2Re2RL第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三Rb1Rc1Rb2Re2RLRSvS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLvo1+_vo+_RiRi2Ro第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三vS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLvo1+_vo+_RiRi2RovS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLvo1+_vo+_RiRi2Rorbe1?Ib1?Ib2Ib1rbe2Ib2第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三vS+_RSRb1RC1Rb2Re2RLvo1+_vo+_RiRi2Rorbe1?Ib1?Ib2Ib1rbe2Ib2第38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三多級放大電路的通頻帶比它的任何一級都窄（以兩級為例）當(dāng)兩級增益和頻帶均相同時，則單級的上下限頻率處的增益為兩級的增益為即兩級的帶寬小于單級帶寬3、多級放大電路的頻率響應(yīng)第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三小結(jié)

1、半導(dǎo)體三極管是由兩個PN結(jié)組成的三端有源器件。有NPN型和PNP型兩大類，兩者電壓、電流的實際方向相反，但具有相同的結(jié)構(gòu)特點，即基區(qū)寬度薄且摻雜濃度低，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，集電區(qū)面積大，這一結(jié)構(gòu)上的特點是三極管具有電流放大作用的內(nèi)部條件。

2、三極管是一種電流控制器件，即用基極電流或發(fā)射極電流來控制集電極電流。所謂放大作用，實質(zhì)上是一種能量控制作用。放大作用只有在三極管發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置，以及靜態(tài)工作點的合理設(shè)置時才能實現(xiàn)。

第40頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三小結(jié)

3、三極管的特性曲線是指各極間電壓與各極電流間的關(guān)系曲線，最常用的是輸出特性曲線和輸入特性曲線。它們是三極管內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)，因而也稱外部特性。

4、器件的參數(shù)直觀地表明了器件性能的好壞和適應(yīng)的工作范圍，是人們選擇和正確使用器件的依據(jù)。在三極管的眾多參數(shù)中，電流放大系數(shù)、極間反向飽和電流和幾個極限參數(shù)是三極管的主要參數(shù)，使用中應(yīng)予以重視。第41頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三小結(jié)5、圖解法和小信號模型分析方法是分析放大電路的兩種基本方法。

圖解法的要領(lǐng)是：先根據(jù)放大電路直流通路的直流負(fù)載線方程作出直流負(fù)載線，并確定靜態(tài)工作點Q，再根據(jù)交流負(fù)載線的斜率為–1/RL及過Q點的特點，作出交流負(fù)載線，并對應(yīng)畫出輸入信號、輸出信號（電壓、電流）的波形，分析動態(tài)工作情況。

小信號模型分析方法的要領(lǐng)是：小信號工作是該方法的應(yīng)用條件。它是用H參數(shù)小信號模型等效電路（一般只考慮三極管的輸入電阻和電流放大系數(shù)）代替放大電路交流通路中的三極管，再用線性電路原理分析、計算放大電路的動態(tài)性能指標(biāo)，即電壓增益、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro等。小信號模型等效電路只能用于電路的動態(tài)分析，不能用來求Q點，但H參數(shù)值卻與電路的Q點相關(guān)。

第42頁，共46頁，2023年，2月20日，星期三小結(jié)

6、溫度變化將引起三極管的極間反向電流、發(fā)射結(jié)電壓vBE、電流放大系數(shù)隨之變化，從而導(dǎo)致靜態(tài)電流IC不穩(wěn)定。因此，溫度變化是引起放大電路靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的主要原因，解決這一問題的辦法之一是采用基極分壓式射極偏置電路。

7、晶體三極