第三章1(三极管)西北工业大学模拟电子技术基础

第一章半导体器件第二章半导体三极管3.1放大器的基本概念放大的概念：功能：不失真地放大信号对象：对差异的程度和变化量而言实质：能量控制基本放大电路的组成原则晶体管处于放大状态(C反、E正),工作点合适。输入信号加在基极－射极回路。合理设置信号通路。回忆！第二章半导体三极管三种组态的放大电路BETuUCESiiIe一般信号不能从集电极输入,也不能从基极输出依据:第二章半导体三极管第二章半导体三极管信号源Rs负载放大电路LRASUIUOUOIII信号源电压信号源内阻输入端口处的信号电压输出电压负载电阻输入电流输出电流放大电路的技术指标反映的是输入端口、输出端口的电流、电压之间的关系。3.2性能指标第二章半导体三极管2.电流放大倍数1.电压放大倍数iuUUA0020lg(dB)uiUAUiiIIA0020lg(dB)iiIAIOOOpPUIPUIiiiA0PP10lg(dB)PiA3.功率放大倍数一、增益3.2性能指标第二章半导体三极管4.互阻放大倍数0riUAI020lg(dB)riUAIOgIiAUOgI10lg(dB)iAU5.互导放大倍数3.2性能指标第二章半导体三极管•表明放大电路从信号源吸取信号能力的参数，•对高内阻信号源，Ri大放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。•对低内阻信号源，Ri大放大电路从信号源吸取的电压大，反之则小。1）Ri的定义为()iiiURI信号源Rs放大电路ASUiUiIiR二、输入电阻Ri3.2性能指标第二章半导体三极管iiUiRIRs+––Ui+RiIi放大电路+UiU’i–AA’B’B信号源考虑到信号源内阻的衰减siRR理想有iissiRUURR要想减小衰减，则希望…？iR对低内阻信号源Ri越大,放大器从信号源获取电压信号的能越.对高内阻信号源Ri越小,放大器从信号源获取电流信号的能越.电压源电流源注意物理概念,实验测量方法3.2性能指标第二章半导体三极管2）输入电阻测量R+––Ui+RiIi放大电路+UiU’i–AA’B’B信号源在信号源和放大电路之间接入R。已知测量电压U和Ui有iiUUIRiiiiiUURRIUU3.2性能指标第二章半导体三极管•输出电阻是表明放大电路带负载的能力，•Ro越小放大电路带负载能力越强。OO0O|SLURURI负载放大电路LRAOUOIOR三、输出电阻Ro1）RO的定义为3.2性能指标第二章半导体三极管2）输出电阻测量'OiOVUAURo–Uo+–+RLUiAUO放大电路Ro–+UiAUO放大电路–+UoLoOioLVRUAURR所以'oLLooURRRU注意：输入、输出电阻为交流电阻oRoR已知3.2性能指标测开路RL=∞电压测接入RL后的电压第二章半导体三极管3）其他方法sTo0TUURI放大电路IT+–UTRo+–Us=0A、加压求流法已知测量sTo0TUURI放大电路IT+–UTRo+–Us=0B、加流求压法已知测量3.2性能指标第二章半导体三极管3.4共射极放大电路1.电路组成A.核心器件BJTB.偏置电路—提供放大外部条件C.输入、输出电路—ui的引入，uo引出第二章半导体三极管放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点1.电路组成Rb+UCCUBBRCC1C2TRL第二章半导体三极管使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。Rb+UCCUBBRCC1C2TRL基极电源与基极电阻1.电路组成第二章半导体三极管集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+UCCUBBRCC1C2TRL1.电路组成第二章半导体三极管集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+UCCUBBRCC1C2TRL1.电路组成第二章半导体三极管1.电路组成Rb+UCCUBBRCC1C2TRL耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F~50F作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。第二章半导体三极管单电源供电可以省去Rb+UCCUBBRCC1C2TRL1.电路组成第二章半导体三极管Rb单电源供电+UCCRCC1C2TRL1.电路组成第二章半导体三极管2、简化电路及习惯画法习惯画法RLRCRb+UCCC1C2共射极基本放大电路VBBRLRCRbC1C2UCC第二章半导体三极管3.各点波形ui=0ui=UsintUCE=UCC-iCRC第二章半导体三极管IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQ-++UT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUUCEBE+△UIUB+△IIC+△U+△CEUOuUuUuBEBEbeBBbCCcCECEceuiIiiIi放大电路中存在交流和直流两种信号3、电路中各点的波形第二章半导体三极管3.5放大电路的静态和动态静态：输入信号为零（ui=0或ii=0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、IC、和UCE（或IBQ、ICQ、和UCEQ）表示。直流通路共射极放大电路输入信号为零（ui接地）；电容开路静态等效电路第二章半导体三极管Rb+UCCRCC1C2Tui=0时由于电源的存在IB0IC0ICIE=IB+ICRLIB无信号输入时静态工作点——ui=0时电路的工作状态第二章半导体三极管Rb+UCCRCC1C2TUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)RLIB静态工作点IC第二章半导体三极管3.5放大电路的静态和动态动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。交流通路共射极放大电路电容短路，直流量为零，UCC成为交流地动态等效电路icvce+-第二章半导体三极管通常，放大电路中交流信号的作用和直流电源的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，引入直流通路和交流通路。直流通路和交流通路直流通路：①us=0，保留Rs；②电容开路；③电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。交流通路：①大容量电容相当于短路；②直流电源相当于短路（内阻为0）。直流分析：（IBQ,ICQ,UCEQ）交流分析:(Au,Ri,Ro,fh)第二章半导体三极管交流通道交流通路：①大容量电容相当于短路；②直流电源相当于短路（内阻为0）。Rb+UCCRCC1C2RLRbRCRLuiuo第二章半导体三极管放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变（小信号）等效电路法图解法计算机仿真•图解法•等效电路法（解析法）第二章半导体三极管3.6直流偏置电路3.6.1固定电流偏置偏置电路要求：①形式简单；②稳定性好；③对信号损耗小。Rb+UCCRCC1C2RL为什么要设置静态工作点？•建立正确的静态工作点，•使三极管工作在线性区以保证信号不失真。第二章半导体三极管（1）估算IB（UBE0.7V)Rb+UCCRCIBUBECCBEBbUUIRCCb0.7URbCCURRb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。第二章半导体三极管（2）估算UCE、ICRb+UCCRCICUCECECCCCUUIRIC=IB第二章半导体三极管例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4K，Rb=300K，=37.5。解：CCBbU12I0.04mA40μAR300mAIIBC5.104.05.37CECCCCUUIR121.546V请注意电路中IB和IC的数量级UBE0.6VRb+UCCRC第二章半导体三极管静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。Q变UBEICEO变T变IC变2、固定偏流电路存在的问题－－温度对静态工作点的影响常采用射极偏置电路来稳定静态工作点。失真第二章半导体三极管(1)CCBEBbeUUIRRC(R)CECCEEUUIRUCC=IBRb+UBE+IERe=IBRb+UBE+(1+）IBReIBIEUBEUCEIC=IB3.6.2、电流反馈型偏置Rb+UCCReRC稳定工作点的过程第二章半导体三极管3.6.3分压式偏置1.稳定工作点原理目标：温度变化时，使IC维持恒定。如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。分压式偏置可稳定静态工作点第二章半导体三极管I1I2IBb2BCCb1b2RUURR2.静态工作点稳定的放大器Rb1+UCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBEC分压式偏置电路Re射极直流负反馈电阻Ce交流旁路电容ICIE为了使B电位UB稳定，设计电路时，可使I1比IB大许多倍：I1=（5~10）IBUB=（3~5）V硅管：锗管：I1=（10~20）IBUB=（1~3）V第二章半导体三极管Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoI1I2IB静态工作点稳定过程TUBEICICIEUECCb2b1b2BVRRRUUBE=UB-UE=UB-IEREUB被认为较稳定ICIEIB由输入特性曲线本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程ECB第二章半导体三极管3.直流通道及静态工作点估算CCb2b1b2BVRRRUIB=IC/UCE=UCC-ICRC-IEReICIE=UE/Re=（UB-UBE）/ReUBE0.7V+UCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE电容开路,画出直流通道Rb1+UCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoI1I2IB第二章半导体三极管固定偏流电路与射极偏置电路的比较共射极放大电路CCBEBbUUIRBCIβICECCCcUUIRb2BCCb1b2RUURRBBECEeUUIIRCECCCce()UUIRRCBII第二章半导体三极管3.7放大电路的图解分析法3.7.1直流图解分析法三极管使用输入特性曲线表示基极回路的直流通方程式表示Rb+UCCRCC1C2RLCECEQbBuU()|EifuBBbUEccuiR——特性曲线——直流负载线输入回路分析第二章半导体三极管BQBIiCECufi|)(ccccCERiuu——特性曲线——直流负载线输出回路3.7放大电路的图解分析法3.7.1直流图解分析法第二章半导体三极管放大电路静态工作状态的图解分析两个特殊点两个特殊点3.7放大电路的图解分析法3.7.1直流图解分析法直流负载线直流负载线UCEccccuiRBBbUEccuiR(,)(,0)CCCQCEQCUMIUR(,)(0,)CQCEQCCNIUU第二章半导体三极管图解法分析放大器的静态工作点另一种方法UCE=UCC–ICRCUCCICUCECRCCU直流负载线由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QQIBQ静态UCE静态ICBonBECCBQRUUI)(3.7.1直流图解分析法第二章半导体三极管3.在输出回路由直流负载列出方程UCE=UCC－ICRc4.在输出特性曲线上确定两个特殊点，即可画出直流负载线。x:UCC、y:UCC/Rc1.在输入回路列方程式UCC－UBE=IBRb2.在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q，由此可确定IBQ。IBQ也可通过计算得到。5.得到Q点的参数IBQ、ICQ和UCEQ。3.7放大电路的图解分析法直流负载线的确定方法：3.7.1直流图解分析法第二章半导体三极管LRcRb2Rb1RCCViUoUVT++LReRcRb2Rb1R+CCV2C1CeCiUoUVT共射基本放大电路交流通道以分压偏置共射组态基本放大电路为例说明这个问题：一、交流负载线的确定方法：3.7.1交流图解分析法第二章半导体三极管2.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为-1/R'L。交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。交流负载线与直流负载线相交Q点。/VCEuO/