半导体三极管及其基本放大电路.ppt

第 2章,半导体三极管及其基本放大电路,本章教学基本要求,要知道：三极管管型、符号、三极管各电极电流关系、处于放大状态三极管各电极电位的关系、三极管处于放大、饱和、截止三种状态的条件。三种组态放大电路的特点和适用场合及输出与输入相位关系；放大电路的动态指标。静态、动态、直流通路、交流通路、非线性失真等基本概念。 会计算：三种基本放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。 会画出：典型的固定偏流共射基本放大电路、分压式工作点稳定电路、共集基本放大电路以及它们的直流通路、交流通路、交流微变等效电路。 会确定：三极管放大电路三种组态；三极管在电路中的放大、饱和、截止状态；由三个电极电位关系确定三极管管型。 会使用：光电三极管和光电耦合器。,2.1 半导体三极管,2.1.1 三极管的结构与符号 半导体三极管，又称双极型晶体管、晶体管等，以后简称三极管。三极管结构示意图如图2-1-1所示。其中图2-1-1(a)所示为NPN型管，图2-1-1(b)所示是PNP型管,2.1.1 三极管的结构与符号 三极管的电路符号和文字符号如图2-1-2所示,图中箭头方向表示发射结正偏时电流的实际方向。文字符号用T或V表示。,2.1 半导体三极管,2.1.2 三极管的放大原理 1放大的概念 电子电路中所说的放大，有两方面的含义：一是放大的对象是变化量，二是指对能量的控制作用。具有能量控制作用的器件，称为有源器件，如三极管、场效应管、集成运放等。 2三极管的偏置 三极管实现放大除了满足内部条件外，还应满足外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。图2-1-3(a)为NPN管组成的放大电路的外部电路 ，应满足UCUBUE；图2-1-3(b)为PNP管组成的放大电路的外部电路，应满足UCUBUE。,2.1 半导体三极管,2.1.2 三极管的放大原理 2三极管的偏置,2.1 半导体三极管,2.1.2 三极管的放大原理 3三极管内部载流子的运动和各极电流的形成 图2-1-4是一个简单的放大电路，图中UI是一个作为控制用的微小的变化电压，它接在基极和发射极所在的回路(称为输入回路)中，放大后的信号出现在集电极和发射极所在的回路(称为输出回路)中，由于输入和输出回路以发射极为公共端，所以称为共发射极电路(简称共射电路)。,2.1 半导体三极管,2.1.2 三极管的放大原理 3三极管内部载流子的运动和各极电流的形成 如图2-1-5所示，由于发射结加正向电压，因而有利于该结两边半导体中多子的扩散。发射区的电子源源不断地越过发射结扩散到基区，同时，基区的空穴也要扩散到发射区。由于基区的掺杂浓度远低于发射区，所以流过发射结的正向电流主要是由发射区的多子(自由电子)向基区扩散形成的，且电源不断向发射区补充电子，从而形成发射极电流。,2.1 半导体三极管,2.1.2 三极管的放大原理 3三极管内部载流子的运动和各极电流的形成 如图2-1-5所示，由于发射结加正向电压，因而有利于该结两边半导体中多子的扩散。发射区的电子源源不断地越过发射结扩散到基区，同时，基区的空穴也要扩散到发射区。由于基区的掺杂浓度远低于发射区，所以流过发射结的正向电流主要是由发射区的多子(自由电子)向基区扩散形成的，且电源不断向发射区补充电子，从而形成发射极电流。,2.1 半导体三极管,2.1.3 三极管的特性曲线 三极管的特性曲线是指三极管各电极电压与电流之间的关系曲线，也叫伏安特性。三极管的伏安特性主要有输入特性和输出特性两种。,2.2 基本放大电路,2.2.1 基本放大电路的组成和元件作用 图2-2-1所示为由一个NPN型三极管组成的共射基本放大电路。AO为其输入端，外接待放大的信号us，Rs是信号源的内阻；BO是放大电路的输出端，外接负载RL。发射极是放大电路输入回路与输出回路的公共端，故称该电路为共射基本放大电路。,2.2 基本放大电路,2.2.1 基本放大电路的组成和元件作用 放大电路的组成原则 通过上面的讨论，我们可以归纳出组成基本放大电路时必须遵循的几条原则： (1) 必须有直流电源，且电源的极性必须使发射结处于正向偏置而集电结处于反向偏置，以保证三极管处于放大状态。 (2) 输入回路的接法，应当使输入的变化电压ui能产生变化的电流iB，因为iB直接控制着iC。 (3) 输出回路的接法，应产生受iB控制的iC，并且尽可能多地流到负载上去，减少其他支路的分流。 (4) 为了保证放大电路的正常工作，必须在没有外加信号时，使三极管不仅处于放大状态，还要有一个合适的直流电压和电流，即必须合理设置静态工作点，以保证输出信号不产生明显的非线性失真。,2.2 基本放大电路,2.2.2 基本放大电路的工作情况 放大电路有两种状态，一是没有输入信号(ui =0)时，电路各处的电压、电流处于相对的静止状态，这时三极管各电极的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态，简称静态；二是输入交流信号ui加到三极管输入电极时，三极管各极电压、电流便随信号显著地变化，这种变化状态称为交流工作状态，简称动态。,2.2 基本放大电路,2.2.3 交流通路和直流通路 1直流通路 所谓直流通路，就是放大电路中直流电流通过的途径。画直流通路的原则是：耦合电容、旁路电容视为开路；电感视为短路。这样可得图2-2-5(a)单管共射放大电路的直流通路，如图2-2-5(b)所示。 2交流通路 所谓交流通路，就是放大电路中交流电流通过的途径。画交流通路的原则是：耦合电容、旁路电容视为短；由于直流电压源对交流的内阻很小，也可看作短路。这样可得图2-2-5(a)的交流通路， 如图2-2-5(c)所示,2.2 基本放大电路,2.2.3 交流通路和直流通路,2.3 基本放大电路的分析方法,2.3.1 用图解法分析基本放大电路 图解法就是在三极管输入、输出特性曲线上，用作图的方法来分析放大电路的静态工作情况或动态工作情况。 1静态分析 图解法静态分析的目的是确定静态工作点，求得IBQ、UBEQ、ICQ和UCEQ的具体数值。,2.3 基本放大电路的分析方法,2.3 基本放大电路的分析方法,2.3.1 用图解法分析基本放大电路 2动态分析 图解法动态分析的目的是观察放大电路的动态工作情况，研究放大电路的非线性失真，求得最大不失真输出幅值。,2.3 基本放大电路的分析方法,2.3 基本放大电路的分析方法,3放大电路的非线性失真 1) 截止失真 2) 饱和失真,2.3 基本放大电路的分析方法,4估算最大不失真输出幅值Uom 最大不失真输出幅值是放大电路的主要技术指标之一。可用图解法大致估算出放大电路最大不失真输出的范围。,2.3 基本放大电路的分析方法,2.3.2 用等效电路法分析共发射极基本放大电路 1静态分析,2.3 基本放大电路的分析方法,2.3.2 用等效电路法分析共发射极基本放大电路 2动态分析 微变等效电路法是放大电路的另一种常用分析方法。它的实质是在信号变化范围很小（微变）的前提下，把非线性的三极管用线性等效电路来等效。,2.3 基本放大电路的分析方法,2.3.3 用等效电路法分析共集电极基本放大电路,2.4 稳定静态工作点的放大电路,2.4.1 温度对静态工作点的影响 1温度对UBE的影响 温度升高时，管内载流子运动加剧，如果保持IB不变，则UBE将减小，即输入特性曲线要左移，一般温度每升高1，UBE约减小2.5 mV，导致IBQ将增大。 2温度对ICBO的影响 三极管的反向饱和电流ICBO将随温度的升高而急剧增大，一般当温度每升高10时，ICBO约增大一倍。由于穿透电流ICEO(pt) = (1+)ICBO，故ICEO(pt)上升更显著。ICEO(pt)的增加，表现为输出特性曲线族向上平移。结果ICQ增大。 3温度对的影响 当温度升高时，三极管的值将增大，表现为输出特性各条曲线间隔的增大。实验证明，温度每升高1，约增大0.51.0。,2.5 特殊三极管,2.5.1光电三极管 光电三极管是将光信号转换成光电流信号的半导体受光器件，并且还能把光电流放大，它又称为光敏三极管，其工作原理与光电二极管