第四章及BJT放大引用基础.ppt

4双极结型三极管及放大电路基础 4 1BJT 4 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 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 1BJT 半导体三极管 BJT BipolarJunctionTransistor双极的结型晶体管简称为晶体管 内部有两个PN结 具有电流放大作用 一 结构简介1 分类频率 功率 材料 结构 高频管 低频管小 大功率管硅管 锗管NPN型 PNP型 2 结构和符号 发射结 集电结 基极 发射极 集电极 发射区 基区 集电区 二 BJT的工作原理 内部条件 基区很薄 杂质浓度小 发射区杂质浓度大 放大条件 外部条件 发射结加正向电压 集电结加反向电压 共基极接法 公共端b 共发射极接法 公共端e 共集电极接法 公共端c 基本放大电路 共发射极 共集电极 共基极三种基本放大电路 1 BJT内部载流子的传输过程 1 发射区向基区扩散电子 形成电流IE 2 电子在基区扩散与复合 形成电流IBNICN 3 集电区收集电子 形成电流ICN 另外因集电结反偏 集电区的少子空穴漂移到基区形成电流ICBO 三极管内部载流子的运动规律 B E C N N P VEE RB VCC 发射结正偏 发射区电子向基区扩散 形成发射极电流IE 进入P区的电子少部分与基区的空穴复合 形成电流IBN 多数扩散到集电结 集电结反偏 有少子形成的反向电流ICBO 集电区收集从基区扩散来的电子 形成ICN JC JE IC IB 2 三极管的电流分配关系 共基极接法 共基极电流放大系数 0 9 0 99 反映IE控制IC的能力 共射极接法电流分配关系 共发射极电流放大系数 1 反映IB控制IC的能力 三 BJT的特性曲线 共发射极电路 1 输入特性曲线 iB f vBE vCE 常数 发射极是输入回路 输出回路的公共端 输入回路 输出回路 2 输出特性曲线 iC f vCE iB 常数 共发射极三极管的特性曲线 输入特性曲线 vCE一定时 vBE与iB的关系 iB f vBE vCE 常数 当vCE 0 7V时 vCB vCE vBE 0 集电结已进入反偏状态 反向电压增加 集电极收集电子的能力加强 且基区复合减少 IC增大 特性曲线将向右稍微移动一些 门坎电压 锗管0 1V硅管0 5V 当vCE 0V时 输入特性相当于两个PN结并联 2 输出特性曲线 iC f vCE iB 常数 iC是输出电流 vCE是输出电压 放大区 iC iB 发射结正偏 集电结反偏 VCE大于1V左右 硅管 截止区 IB 0 IC ICEO 饱和区 IC很大 VCE VCES 0 3V 发射结和集电结均为正偏 IC随着VCE的变化而迅速变化 发射结和集电结均为反偏 VCE很大 测量三极管三个电极对地电位 试判断三极管的工作状态 放大Vc Vb Ve 放大Vc Vb Ve 发射结和集电结均为反偏 发射结和集电结均为正偏 例1 测得VB 4 5V VE 3 8V VC 8V 试判断三极管的工作状态 放大 例2 四 BJT的参数 直流参数 交流参数 极限参数 1 电流放大系数 直流电流放大系数 交流电流放大系数 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数 晶体管的参数也是设计电路 选用晶体管的依据 在输出特性曲线的线性放大区 常用晶体管的 值在20 200之间 例 在VCE 6V时 在Q1点IB 40 A IC 1 5mA 在Q2点IB 60 A IC 2 3mA 在以后的计算中 一般作近似处理 Q1 Q2 在Q1点 有 由Q1和Q2点 得 2极间反向电流 集电极 基极反向饱和电流ICBO发射极E开路时 集电结的反向饱和电流 集电极 射极反向饱和电流 穿透电流 ICEOICEO 1 ICBO基极开路时 集电极和发射极间的反向饱和电流 ICEO ICBO随温度变化较大 使管子性能不稳 实际应用中 选 适中 ICEO小的管子 集电极最大允许电流ICM 当IC ICM时 管子性能将显著下降 甚至会损坏三极管 集电极最大允许耗散功率PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗PCM ICVCB ICVCE 3 极限参数 V BR CBO 发射极开路时的集电结击穿电压 V BR EBO 集电极开路时发射结的击穿电压 V BR CEO 基极开路时集电极和发射极间的击穿电压 击穿电压 由PCM ICM和V BR CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区 过电流区和击穿区 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区 4 1 5温度对BJT参数及特性的影响 1 温度对ICBO ICEO的影响 温度每升高 ICBO增加 2 温度对BJT特性曲线的影响 1 温度对BJT参数的影响 温度升高 输入特性曲线左移 温度升高 输出特性曲线上移 3 温度每升高1 C 增加0 5 1 0 2 对VBE的影响 温度每升高1 C VBE减小2 2mV 即具有负温度系数 半导体三极管的型号 第二位 A锗PNP管 B锗NPN管 C硅PNP管 D硅NPN管 第三位 X低频小功率管 D低频大功率管 G高频小功率管 A高频大功率管 K开关管 同种器件型号的序号 同一型号中的不同规格 国家标准对半导体三极管的命名如下 3DG110B 材料结构 器件的种类 三极管 双极型三极管的参数 4 2基本放大电路 共发射极 共集电极 共基极三种基本放大电路 一 共发射极放大电路的组成 NPN 耦合电容C1 C2 偏置电路VCC Rb RC 负载电阻RL VCCC1C2Rb RC接地符号 一 共发射极放大电路的组成 VCCC1 C2 RbRC接地符号 NPN PNP 三 动态 1 静态 时 放大电路的工作状态 也称直流工作状态 动态 时 放大电路的工作状态 也称交流工作状态 2 静态工作点Q IB IC VCE 3 直流通路 二 静态 4 计算Q 静态和动态vi 0 静态和动态vi不等于0 例 画出下图放大电路的直流通路 直流通路 直流通路用来计算静态工作点Q IB IC VCE 对直流信号电容C可看作开路 即将电容断开 断开 断开 直流通路与交流通路 交流通路 XC 0 C可看作短路 直流电压源端电压恒定 对交流可看作短路 各个量是信号量ib vbe vce 短路 短路 对地短路 交流通路 用来计算电压放大倍数 输入电阻 输出电阻等动态参数 直流电源和耦合电容对交流相当于短路 直流通路和交流通路 a 直流通路 b 交流通路 四 放大电路的主要技术指标 五 分析方法 失真 图解法小信号模型分析法 4 3 1放大电路的图解分析法 静态工作状态的计算分析法 静态工作点 Q IB IC VCE 在测试基本放大电路时 测量三个电极对地的电位VB VE和VC 确定三极管的静态工作状态 根据直流通路对放大电路的静态进行计算 一 静态工作状态的图解分析法 3 由直流负载线VCE VCC ICRC 4 确定Q点的参数IBIC和VCE 2 求出IBQ 1 作出三极管特性曲线 Q点与Vcc Rc Rb的关系 二 放大电路的动态图解分析 vCE怎么变化 1 加入正弦信号时的工作情况 放大电路的动态图解分析 2交流负载线 1 从B点通过输出特性曲线上的Q点做一条直线 其斜率为 1 R L 2 R L RL Rc 是交流负载电阻 3 交流负载线是 iC vCE 的运动轨迹 三 交流工作状态的图解分析 vCE 合适的静态工作点 ib 波形失真分析 vi vo Q点过低 信号进入截止区 vCE 称为截止失真 输出信号波形 vo vi Q点过高 信号进入饱和区 vo 称为饱和失真 输出信号波形 vi 放大电路的最大不失真输出幅度 vCE 可输出的最大不失真信号 VOm 图解法的总结 1vi 0时 BJT的各个量是直流量 静态工作点Q 2vi 0时 iB iC vBE vCE是交直流混合量 3vo比vi大 相位相反 4求Q点用直流负载线 Q点与RL无关 5动态分析时 用交流负载线 RL开路时 交流负载线与直流负载线同线 接RL时 交流负载线与直流负载线不同 6Q点选择原则 交流负载线中央靠下 非线性失真 放大器要求输出信号与输入信号之间是线性关系 不能产生失真 由于三极管存在非线性 使输出信号产生了非线性失真 4 3 2小信号模型分析法 共发射极 共集电极 共基极三种基本放大电路 主要技术指标 1 放大倍数 2 输入电阻Ri 3 输出电阻Ro 4 通频带 1 放大倍数 放大信号的电压 电流和功率 电压放大倍数 电流放大倍数 功率放大倍数 2 输入电阻Ri 反映放大电路接收信号的能力 Ri越大 放大电路从信号源接收信号的能力越强 3 输出电阻Ro 输出电阻 反映放大电路带负载的能力 Ro越小 放大电路带负载的能力越强 4 通频带BW fH称为上限频率 放大电路的增益A f 是频率的函数 当A f 下降到中频电压放大倍数A0的1 时 即 fL称为下限频率 一 BJT的小信号模型 1 模型的建立 1 小信号模型是建立在静态工作点Q上 2 模型中的参数是动态参数 H参数模型 2 模型中的主要参数 rbe交流输入电阻 ib 受控电流源 hie为输入电阻 即rbe hre为电压反馈系数 10 3 hfe为电流放大系数 即 hoe为输出电导 即1 rce rce输出电阻104 3 模型简化 3 模型简化 H参数的确定 一般用测试仪测出 rbe与Q点有关 可用图示仪测出 rbe rbb 1 re 其中对于低频小功率管rbb 200 则 BJT的H参数小信号模型讨论 1受控源 ib的方向由ib决定 2各个动态参数与Q点有关 3电流 电压为交流量 用向量表示 二 用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路 1先画出放大电路交流通路2用三极管的H参数模型代替三极管3用复数符号表示电流量 电压量 二 用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路 例电路如图所示 Rs 0 134K 40求 1 Q IB IC VCE 2 rbe3 Ri Ro4 Avi Avs IC IB VCE VBE 2 电压增益 3 输入电阻 4 输出电阻 共射电路特点 小信号模型分析法的适用范围 输入信号幅度较小 线性范围 即放大区 内 H参数的值是Q点上求得的 优点 分析放大电路的动态性能指标 Av Ri和Ro等 缺点 不能用来分析计算静态工作点 失真分析 4 4放大电路的静态工作点稳定问题 静态工作点Q在放大电路中非常重要 关系到波形失真 电压放大倍数 效率等 一 温度对静态工作点Q的影响 1 对ICBO的影响 ICBO ICBO T 250C ek T T0 硅管 k 0 12 锗管 k 0 08 3 温度每升高1 C 增加0 5 1 0 2 对VBE的影响 温度每升高1 C VBE减小2 2mV 即具有负温度系数 4 4放大电路的工作点稳定问题 VE VB VBE 二 解决办法 针对VBE的影响 三 射极偏置电路 设计要求 VB I1 5 10 IB VB 3 5 V 1 确定工作点 Q VE VB VBE 稳定过程 三 射极偏置电路 1 基极分压式射极偏置电路 2 电压增益 工作点稳定 增益下降 加旁路电容Ce提高增益 3 输入电阻 提高输入电阻 相当于增加了一个 1 Re的电阻 4 输出电阻 由KVL 电路的参数不变 若连接Ce和断开Ce 静态参数 IB IC VCE 及动态参数 AV Ri Ro 如何变化 1 静态参数不变 3 断开Ce后 动态参数AV减小 Ri增大 Ro不变 2 连接Ce 1 静态参数不变 2 含有双电源的射极偏置电路 1 阻容耦合 静态工作点 2 含有双电源的射极偏置电路 2 直接耦合 3 含有恒流源的射极偏置电路 静态工作点由恒流源提供 end 4 5一 共集电极电路 1 求工作点 Q Q 2 电压增益 输入电压与输出电压同相 电压跟随器 3 输入电阻 4 输出电阻 电压增益 1 同相 输入电阻高 输出电阻低 复合管可提高输入电阻 提高 值 4 5二 共基极电路 1 直流分析与射极偏置电路相同 2 交流分析 电压放大倍数 输入电阻 输出电阻 Ro RC 4 6组合放大电路 4 6 1共射 共基放大电路 4 6 2共集 共集放大电路 单级电路 多级电路 组合放大电路总的电压增益等于各级放大电路电压增益的乘积 前一级的输出电压是后一级的输入电压 后一级的输入电阻是前一级的负载电阻RL 4 6 1共射 共基放大电路