模拟电子技术模电之三极管和基本放大电路课件.

4.1BJT4.3放大电路的分析方法4.4放大电路静态工作点的稳定问题4.5共集电极放大电路和共基极放大电路4.2基本共射极放大电路4.6组合放大电路4.7放大电路的频率响应4.1BJT(半导体三极管)4.1.1BJT的结构简介4.1.2放大状态下BJT的工作原理4.1.3BJT的V－I特性曲线4.1.4BJT的主要参数4.1.5温度对BJT参数及特性的影响4.1双极型三极管BJT一个PN结二极管单向导电性二个PN结三极管电流放大（控制）4.1.1BJT的结构简介(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管三极管的不同封装形式金属封装塑料封装大功率管中功率管半导体三极管的结构有两种类型:NPN型和PNP型。4.1.1BJT的结构简介1.NPN型NPN管的电路符号2.PNP型PNP管的电路符号正常放大时外加偏置电压的要求发射区向基区注入载流子集电结应加反向电压（反向偏置）发射结应加正向电压（正向偏置）集电区从基区接受载流子4.1.2放大状态下BJT的工作原理2.电子在基区中的扩散与复合（IBN）3.集电区收集扩散过来的电子（ICN）另外,基区集电区本身存在的少子，在集电结上存在漂移运动，由此形成电流ICBO三极管内有两种载流子参与导电，故称此种三极管为双极型三极管，记为BJT(BipolarJunctionTransistor)1.发射区向基区注入电子（IEN、IEP小）1.三极管内载流子的传输过程发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子放大状态下BJT中载流子的传输过程2.电流分配关系发射极注入电流传输到集电极的电流设ECNII即根据传输过程可知IC=ICN+ICBO通常ICICBOECII则有为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般=0.90.99。IE=IB+IC放大状态下BJT中载流子的传输过程所以IC=IE+ICBO1设CEOBCIII则是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般1。又：把IE=IB+IC代入IC=IE+ICBO且令BCIIIICEOC时，当ICEO=(1+)ICBO（穿透电流）整理得：CBOBCIII1113.三极管的三种组态(c)共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。(b)共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；(a)共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；BJT的三种组态集电结应加反向电压（反向偏置）发射结应加正向电压（正向偏置）共基极放大电路4.放大作用若vI=20mV电压放大倍数4920mVV98.0IOvvvA使iE=-1mA，则iC=iE=-0.98mA，vO=-iC•RL=0.98V，当=0.98时，共基极放大电路只实现电压放大，电流不放大（控制作用）三极管的放大作用,主要是依靠它的IE能通过基区传输,然后顺利到达集电极而实现的。故要保证此传输,一方面要满足内部条件,即发射区掺杂浓度要远大于基区掺杂浓度,基区要薄;另一方面要满足外部条件,即发射结正偏,集电结要反偏。输入电压的变化,是通过其改变输入电流,再通过输入电流的传输去控制输出电压的变化,所以BJT是一种电流控制器件。两个要点特性曲线是指各电极之间的电压与电流之间的关系曲线。将BJT看作一双口网络，我们主要考察：输入特性曲线输出特性曲线4.1.3BJT的V-I特性曲线iB=f(vBE)vCE=const.(2)当vCE≥1V时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下iB减小，特性曲线右移。当vCE≥1V时，保持vBE不变，发射区扩散到基区电子数目不变，曲线基本重合。(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线（以共射极放大电路为例）共射极连接管子正常工作时，BEv0.7V(硅管）-0.2V(锗管）饱和区：vCE很小，iCiB，三极管如同工作于短接状态，一般vCEvBE，此管压降称为饱和压降。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。iC=f(vCE)iB=const.2.输出特性曲线输出特性曲线的三个区域:截止区：iB=0，iC＝iCEO0，三极管如同工作于断开状态，此时，vBE小于死区电压。放大区：vBEVth，vCE反电压大于饱和压降，此时，发射结正偏，集电结反偏。再次注意：管子正常工作时，BEv0.7V(硅管）－0.2V(锗管）(1)共射极直流电流放大系数=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const.1.电流放大系数4.1.4BJT的主要参数与iC的关系曲线(2)共射极交流电流放大系数=iC/iBvCE=const.在iC一定范围内为常数(3)共基极直流电流放大系数=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE(4)共基极交流电流放大系数αα=iC/iEvCB=const.当ICBO和ICEO很小时，≈、≈，可以不加区分。1)1(eebciiii1α与β间的关系：2.极间反向电流(1)集电极基极间反向饱和电流ICBO发射极开路时，集电结的反向饱和电流。与单个PN结的反偏电流相同，T一定时为常数（取决于温度和少子浓度）ICBO越小越好小功率硅管1A小功率锗管10A左右(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO=（1+）ICBOICEO越小越好小功率硅管几微安以下小功率锗管几十微安以上温度变化大的场合宜选用硅管(1)集电极最大允许电流ICM——三极管正常工作时集电极所允许的最大工作电流，β不宜过小(2)集电极最大允许功率损耗PCMPCM=ICVCE3.极限参数PCM值与环境温度有关，温度愈高，则PCM值愈小。当超过此值时，管子性能将变坏或烧毁。结温：硅管150°C，锗管70°C(3)反向击穿电压V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。V(BR)EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO4.1.5温度对BJT参数及特性的影响(1)温度对ICBO的影响温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。(2)温度对的影响温度每升高1℃，值约增大0.5%~1%。(3)温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。2.温度对BJT特性曲线的影响1.温度对BJT参数的影响end1、测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图P1.9所示。在圆圈中画出管子，并说明它们是硅管还是锗管。4.2基本共射极放大电路4.2.1基本共射极放大电路的组成4.2.2基本共射极放大电路的工作原理基本放大电路：共射极放大电路静态工作点Q（IB，IC，VCE）电压增益Av输入电阻Ri共集电极放大电路共基极放大电路分析方法：图解法小信号模型分析法待求量：输出电阻Ro4.2.1基本共射极放大电路的组成VBB,Rb:使发射极正偏，并提供合适的基极偏置电流VCC:通过Rc使T集电极反偏三极管T起放大作用。RC:将集电极电流信号转换为电压信号，限流分析方法：叠加前提：BJT工作在线性放大区4.2.2基本共射极放大电路的工作原理1.静态(直流工作状态)输入信号vs＝0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。直流通路电容开路所有电量大写画直流通路原则：短路，开路svsi电流关系：直流通路bBEQBBBQRVVIBQCEOBQCQβIIβIIVCEQ=VCC－ICQRc硅:VBEQ=0.7V锗:VBEQ=0.2VIB、IC和VCE是静态工作状态的三个量，用Q表示，称为静态工作点Q（IBQ，ICQ，VCEQ）。点及工作状态求QVVkRckRVVccVVBEQb.7.0,80,1.5,220,12,4BBuARVVI15bBEQBBBQmAβIIβII2.1BQCEOBQCQVCEQ=VCC－ICQRc=5.9V2.动态输入正弦信号vs后，电路将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。三极管放大作用s控制vbeBEQBEvVvbBQBiIicCQCiIicRceCEQCEvVv且svbicicev电容短路所有电量小写画交流通路原则：，短路BBVCCV交流通路分析动态参数时，使用交流通路4.3放大电路的分析方法4.3.1图解分析法4.3.2小信号模型分析法1.静态工作点的图解分析2.动态工作情况的图解分析3.静态工作点对波形失真的影响4.图解分析法的适用范围1.BJT的H参数及小信号模型2.用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路3.小信号模型分析法的适用范围4.3.1图解分析法1.静态工作点的图解分析vS=0，求Q（IBQ、ICQ和VCEQ）线性线性非线性(1)输入回路线性部分：非线性部分：bBBBBERiVvCVBEBCEvfi)(称为输入直流负载线(2)输出回路非线性部分：BQBIiCECvfi)(得出Q（IBQ，ICQ，VCEQ）线性部分：CCCCCERiVv称为输出直流负载线2.动态工作情况的图解分析ωtVsinsmsvcCCCCERiVv2.动态工作情况的图解分析共射极放大电路中的电压、电流波形1.vivBEiBiCvCE|-vo|2.vo与vi相位相反；3.可测量出放大电路的电压增益。3.静态工作点对波形失真的影响Q点过低——截止失真Q点过高——饱和失真最大不失真输出幅度的获取：Q点较高Q点不允许动上取到饱和区，下取等长度Q点较低下取到截止区，上取等长度Q点允许动把Q点取到负载线的中间例1一个实际的单管放大电路C1、C2：耦合电容RL：负载电阻Rb=300KRC=4KVCC=12V基极直流电源和集电极直流电源合并耦合电容，阻容耦合共射放大电路1.静态(直流工作状态)输入信号vs＝0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。直流通路电容开路所有电量大写画直流通路原则：短路，开路svsi电容短路所有电量小写画交流通路原则：，短路BBVCCV交流通路分析动态参数时，使用交流通路(a)直流通路(b)交流通路(1)静态工作情况bCCRVRVVIbBECCBBCIβIcCCCCERIVV得出Q（IBQ，ICQ，VCEQ）=Q（40A，1.5mA，6V）称为交流负载线(2)动态工作情况cCCiIiLCCLcceoRIiRivv)(LRceCECEvVv又LCCCERIiV)()(11LCCELCELCRIVRvRi1.从Q点做一条斜率为-1/R’L的直线。作法：2.截距法可得如下结论：1.直流负载线和交流负载线相交于Q点；2.不接RL时，两根线重合；3.R’LRC，即交流负载线比直流负载线陡，相同输入电压条件下，带负载后输出电压幅度下降，电压放大倍数下降。4.图解分析法的适用范围幅度较大而工作频率不太高的情况优点：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。•主讲人：谌雨章•课程名称：模拟电子电路•时间：2013年5月7日(周二)第3节（9：50-10：35）•地点：3号教学楼206教室4.3.2小信号模型分析法1.BJT的H参数及小信号模型建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性