4 三极管及放大电路ppt课件

4双极结型三极管及放大电路基础 4 1BJT4 2基本共射极放大电路4 3放大电路的分析法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 6组合放大电路4 7放大电路的频率响应 三极管及放大电路 4 1晶体三极管 一 基本结构 NPN型 PNP型 基区 较薄 掺杂浓度低 集电区 面积较大 发射结 集电结 三极管的符号 NPN型三极管 PNP型三极管 二 IE IB IC电流形成 EB RB EC 进入P区的电子少部分与基区的空穴复合 形成电流IB 多数扩散到集电结 发射结正偏 发射区电子不断向基区扩散 形成发射极电流IE IB EB RB EC 集电结反偏 有少子形成的反向电流ICBO 从基区扩散到集电区的电子 被收集 形成ICE BJT内部载流子的传输过程 1 E区向B区注入电子 形成IE 2 电子在B区复合 形成IB 3 C区收集电子 形成IC IB 三 V I特性曲线及结论 iC V vCE vBE RB iB EC EB 实验线路 一 输入特性 工作压降 硅管VBE 0 5 0 7V 锗管UBE 0 1 0 3V 死区电压 硅管0 5 0 7V 锗管0 1 0 3V 二 输出特性 VB VE和VC VB IC只与IB有关且IC IB 称为放大区 VCE 0 3V VB VE和VB VC 称为饱和区 IB 0 IC ICEO VB VE和VB VC 称为截止区 三 结论 放大区 发射结正偏 集电结反偏 即 IC IB 且 IC IB 2 饱和区 发射结正偏 集电结正偏 IB IC VCE 0 3V 3 截止区 发射结反偏 集电结反偏 IB 0 IC ICEO 0 1 三极管工作在三个区域的条件及特点 C E间相当于短路 C E间相当于开路 2 电流的放大作用及分配 电流分配关系 思考1 处于放大区时 NPN型 PNP型两种三极管的各电极电位如何 VB VC VE大于零 VB VC VE小于零 且VC VB VE 且 VC VB VE 总的来说 处于放大区时 NPN型 PNP型两种三极管 满足 思考2 在同一坐标上绘制NPN型 PNP型三极管的输出特性曲线 iC1 mA vCE V 3 6 9 12 vCE V iC2 mA 四 主要参数 前面的电路中 三极管的发射极是输入输出的公共点 称为共射接法 相应地还有共基 共集接法 共射直流电流放大倍数 工作于动态的三极管 真正的信号是叠加在直流上的交流信号 基极电流的变化量为 IB 相应的集电极电流变化为 IC 则交流电流放大倍数为 1 电流放大倍数 和 四 主要参数 前面的电路中 三极管的发射极是输入输出的公共点 称为共射接法 相应地还有共基 共集接法 共射直流电流放大倍数 工作于动态的三极管 真正的信号是叠加在直流上的交流信号 基极电流的变化量为 IB 相应的集电极电流变化为 IC 则交流电流放大倍数为 1 电流放大倍数 和 2 集 基极反向饱和电流ICBO ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流 受温度的变化影响 B E C N N P ICBO进入N区 形成IBE 根据放大关系 由于IBE的存在 必有电流 IBE 集电结反偏有ICBO 3 集 射极反向饱和电流ICEO ICEO受温度影响很大 当温度上升时 ICEO增加很快 所以IC也相应增加 三极管的温度特性较差 4 集电极最大电流ICM 集电极电流IC上升会导致三极管的 值的下降 当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM 5 集 射极反向击穿电压U BR CEO 当集 射极之间的电压UCE超过一定的数值时 三极管就会被击穿 手册上给出的数值是25 C 基极开路时的击穿电压 6 集电极最大允许功耗PCM 集电极电流IC流过三极管 所发出的焦耳热为 PC ICUCE 必定导致结温上升 所以PC有限制 PC PCM ICUCE PCM 安全工作区 五 温度对 参数及特性的影响 温度上升时 输出特性曲线上移 六 常见三极管实物外形 三极管放大电路有三种形式 共射放大器 共基放大器 共集放大器 以共射放大器为例讲解工作原理 一 放大电路的分类 4 2基本共射极放大电路 二 共射放大电路的基本组成 iC iB Rs vS C1 vBE VCC RC T C2 RB VCC 未加电容 加电容 vI v0 三 符号规定 VA 大写字母 大写下标 表示直流量 vA 小写字母 大写下标 表示交直流量 全量 va 小写字母 小写下标 表示交流分量 vA va 全量 交流分量 t VA直流分量 一 放大的概念 放大器的组成框图 放大就是将微弱的变化信号放大成较大的信号 包括对电压 电流的放大 放大器的一般组成框图 引言 1 4 1 5的内容 4 3放大电路的分析方法 二 放大电路的性能指标 静态性能指标 主要包括静态值 I Q ICQ VCEQ 静态值决定了三极管的直流偏置 从而决定了放大电路能否正常工作 也决定了放大电路能否不失真地放大信号 放大电路的性能指标主要包括静态性能指标和动态性能指标 1 输入电阻Ri 输入电阻是衡量放大电路从其前级信号源获取信号大小的参数 输入电阻越大 从其前级取得的信号越大 其定义为 2 动态性能指标 2 输出电阻Ro 放大电路的输出对其负载而言 相当于信号源 其内阻就是输出电阻 输出电阻是衡量放大电路带动负载能力大小的参数 输出电阻越小 带动负载的能力越大 其定义为 放大倍数 d 通频带 通频带 BW fH fL 放大倍数随频率变化曲线 放大电路分析 静态分析 动态分析 估算法 图解法 微变等效法 图解法 计算机仿真 3 放大电路分析方法 一 静态分析 放大电路中各点的电压或电流都是在直流上附加了小的交流信号 在令交流信号Vs 0 只考虑直流信号单独作用时放大电路的工作状态称为静态 静态分析着重计算静态值 I Q ICQ VCEQ 和画出静态工作点Q 估算法 图解法 主要用于计算静态值 I Q ICQ VCEQ 主要用于画出静态工作点Q并找出最佳Q 步骤 原电路 一 静态 估算法 分析的步骤 直流通道 计算I Q ICQ VCEQ 令vS 0 根据直流通道估算IBQ ICQ VCEQ RB称为偏置电阻 IB称为偏置电流 估算法 直流负载线的方程 直流负载线 与输出特性的交点就是Q点 IB 二 静态 图解法 分析的步骤及应用 1 步骤 画出直流负载线 CE VCC ICRC 计算I 直流负载线与iB IB的输出特性的交点就是Q点 iB iC vCE变化 使工作点将移动 1 分析vS造成工作点在Q点上下移动的原因 uS的变化 使vI vBE有一微小的变化 从而造成iB 2 图解法的应用 2 运用图解法选择最佳的静态工作点 可输出的最大不失真信号 a Q点在直流负载线的中点 可输出的最大不失真信号 v0 vCE b Q点过低 放大电路产生截止失真 放大电路产生截止失真 v0 vCE c Q点过高 放大电路产生饱和失真 放大电路产生饱和失真 v0 vCE 思考 电源电压VCC 电阻RB RC 温度的变化对静态工作点的影响如何 Q Q1 I1B V1CC 以VCC降低为例 以RB降低为例 Q3 IB I2B Q2 以RC增大为例 Q4 以温度上升为例 例 已知 VCC 12V RC 4k RB 300k 37 5 用估算法计算静态工作点 解 二 动态分析 放大电路中各点的电压或电流都是在直流上附加了小的交流信号 在令直流信号VCC 0 只考虑交流信号单独作用时放大电路的工作状态称为动态 微变等效法 图解法 用于计算动态值 略 分析方法 一 三极管的微变等效电路 1 输入回路的等效 b e间的等效 从输入特性可知 当工作点围绕Q点作小幅波动时 可将Q1 Q2曲线近似为线段 rbe的量级从几百欧到几千欧 从输出特性可知 三极管处于放大区时 iC与vce无关 2 输出回路的等效 c e间的等效 三极管的微变等效电路 简易等效 完全等效 rce很大 可认为开路 三极管的微变等效电路 rce很大 可认为开路 二 动态分析的步骤 步骤 原电路 交流通道 原电路 交流通路 方法 将交流通道中的三极管用微变等效电路代替 步骤 原电路 交流通道 微变等效电路 交流通路 RB RC RL vi vo b c e 微变等效电路 e 动态分析的步骤 1 电压放大倍数的计算 特点 负载电阻越小 放大倍数越小 步骤 原电路 交流通道 计算动态值 微变等效电路 动态分析的步骤 2 输入电阻Ri及放大倍数Avs的计算 RB RC RL b c e 式中 动态分析的步骤 微变等效法 3 输出电阻的计算 采用外加电压法 设外加电压为 则 4 4工作点稳定的放大电路 为了保证放大电路的稳定工作 必须有合适的 稳定的静态工作点 但是 温度的变化严重影响静态工作点 对于基本共射放大电路 固定偏置电路 而言 由于VBE 和ICEO这三个参数随温度而变化 温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面 1 温度对 BE的影响 固定偏置电路 一 影响静态工作点稳定的因数 2 温度对 值及ICEO的影响 总的效果是 温度上升时 Q点上移 温度下降时 Q点下移 温度上升时 输出特性曲线上移 造成Q点上移 二 稳定静态工作点 的措施 固定偏置电路的Q点是不稳定的 Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区 从而导致饱和失真或截止失真 为此 需要改进偏置电路 使IC不随温度变化而变化 即做到IC固定 从而就可以抑制Q点的变化 保持Q点基本稳定 3 常采用分压式偏置电路 具体方法有 1 采用热敏电阻的补偿电路 2 含恒流源的射极偏置电路 采用热敏电阻的补偿电路 含恒流源的射极偏置电路 三 分压式偏置电路 一 静态分析 静态值计算 二 动态分析 CE的作用 交流通路中 CE将RE短路 RE对交流不起作用 放大倍数 输入电阻不受影响 问题1 如果去掉CE 静态值会变化吗 问题2 如果去掉CE 放大倍数 输入电阻会变化吗 去掉CE后的交流通路和微变等效电路 vo 交流通路 微变等效电路 1 电压放大倍数 电压放大倍数降低 RC RL RE R B b c e rbe 2 输入电阻 3 输出电阻 输入电阻增大 输出电阻不变 问题3 如果电路如下图所示 如何分析 静态分析 直流通路 动态分析 交流通路 交流通路 微变等效电路 4 5共集电极放大电路 一 静态分析 又称为射极输出器 电压跟随器 RB VCC RE 直流通道 ICQ VCEQ 静态分析 二 动态分析 动态分析 微变等效电路 微变等效电路 1 电压放大倍数 动态分析 令 所以 但电流ie增加了 故输出电流io被放大了 2 输入输出同相且即输出电压跟随输入电压 故称电压跟随器 结论 2 输入电阻 动态分析 输入电阻较大 3 输出电阻 用加压求流法求输出电阻 动态分析 与共射极放大电路输出电阻计算的区别 3 输出电阻 用加压求流法求输出电阻 动态分析 输出电阻很小 三 共发射极 共集电极放大电路的使用比较 1 由于输入电阻大 可将共发射极 共集电极放大电路放在放大电路的首级 输入级 提高信号的获取能力 由于输出电阻小 可将共集电极放大电路放在放大电路的末级 输出级 提高带负载能力 4 可将共集电极放大电路放在放大电路的中间 缓冲级 可以起到电路的阻抗匹配作用 由于电压放大倍数大 可将共发射极放大电路放在放大电路的中间 中间级 起电压放大作用 四 共集电极放大电路作为缓冲级 起阻抗匹配作用的应用举例 1 问题的提出 若信号源与负载直接相连 假设 信号源的内阻RS 5K vs 5mV 负载RL 10 负载从信号源中获得的信号太小 2 解决的方法 若信号源通过共集电极放大电路与负载相连 假设共集电极放大电路的Ri 50K RO 10 Av 0 98 假设共集电极放大电路的Ri 50K RO 10 Av 0 98RS 5K vs 5mV RL 10 负载从信号源中获得的信号大大增加 4 7放大电路的频率响应 一 造成随频率变化的原因及频率响应曲线 2 放大器的放大倍数与频率的关系曲线称为幅频特性曲线 输出信号与输入信号的相位差与频率的关系曲线称为相频特性曲线 三 频率特性的技术指标 对放大器而言 通频带越宽性能越好 4 频率失真度 频率失真度 幅