模拟第2单元三极管及放大电路基础

第2单元三极管及放大电路基础,第1节三极管,一、三极管的结构和符号二、三极管中的电流分配三、三极管的特性曲线和主要参数四、特殊三极管简介,三极管的结构和符号,一、三极管概述,塑封小功率三极管,大功率三极管,高频大功率三极管,三极管的种类很多，通常按以下方法进行分类。（1）按半导体材料分，可分为硅管和锗管。硅三极管工作稳定性优于锗三极管，因此当前生产和使用的多为硅三极管。（2）按内部基本结构分，可分为NPN型和PNP型两类。目前，我国制造的硅管多为NPN型（也有少量PNP型），锗管多为PNP型。（3）按功率大小分，可分为小功率管、中功率管和大功率管。（4）按工作频率分，可分为超高频管、高频管、低频管。,二、三极管的结构和符号,发射区,基区,发射极e,基极b,集电极c,集电区,发射结,集电结,不管是NPN管还是PNP管，为了获得良好的特性，都是发射区高掺杂，基区掺杂浓度低，集电结面积尽量大。,三极管中的电流分配,一、三极管具有放大作用所具备的条件1、内部条件：发射区进行高掺杂，多数载流子浓度很高；基区做得很薄，掺杂少，则基区中多子的浓度很低。2、外部条件：三极管的发射结必须偏置，集电结必须反向偏置，即对NPN管，要求UCUBUE，对于PNP管，要求UCUBUE。,二、电流的分配关系,由上表可以看出：1、IE=IC+IB，IB0，uCEuBE,/V,三、半导体三极管的主要参数,（1）电流放大系数共射直流电流放大系数：它表示集电极电压一定时，集电极电流和基极电流之间的关系。即共射交流电流放大系数：它表示在UCE保持不变的条件下，集电极电流的变化量与相应的基极电流变化量之比。,在今后估算时常认为,（2）极间电流集电极反向饱和电流ICBO：ICBO是指发射极开路，集电极与基极之间加反向电压时产生的电流作为晶体管的性能指标，ICBO越小越好。穿透电流ICEO：ICEO是基极开路，集电极与发射极间加电压时的集电极电流。,晶体管工作在放大区，集电极电流的表达式变为：,（3）极限参数集电极最大允许耗散功率PCM：晶体管在使用时，应保证PCPCM。通常将PCM1W的三极管称为小功率管，将PCM5W的三极管称为大功率管。对于功率较大的三极管，应加散热片，否则将烧坏三极管。三极管集电极功率计算公式为PC=UCEIC反向击穿电压U(BR)CEO：指基极开路时，加于集电极发射极之间的最大允许电压。集电极最大允许电流ICM：晶体管工作在放大区时，若集电极电流超过一定值时，其就要显著下降。当值下降到正常值2/3时的集电极电流，称为晶体管的集电极最大电流，用ICM表示。,这三个极限参数决定了晶体管的安全工作区,特殊三极管,一、光电三极管将光信号转换成光电流信号的半导体受光器件，并且还能将光电流放大，又称为光敏三极管。,二、光电耦合器将发光器件（LED）和受光器件（光电二极管或光电三极管）封装在同一个管壳内组成的电-光-电器件。,第2节共发射极基本放大电路,（1）三管极VT：是放大电路的核心元件，它在电路中起电流放大作用，它的工作状态决定了放大电路能否正常工作。（2）集电极直流电源VCC：正极接三极管的集电极，为集电结提供反向偏置。同时，它还为输出信号提供能源。VCC一般为几伏至几十伏。（3）集电极负载电阻RC：将三极管集电极电流的变化转变为电压变化，以实现电压放大。RC的阻值一般为几千欧。,（4）基极偏置电阻RB：为三极管发射结提供正向偏置，产生一个大小合适的基极直流电流IB。调节RB的阻值可控制IB的大小，IB过大或过小放大电路都不能正常工作。RB的阻值一般为几十千欧至几百千欧。（5）耦合电容器C1和C2：C1和C2一方面起隔直作用；另一方面又起耦合交流作用。C1和C2一般选用电解电容器，电容量为几十微法，使用时应特别注意它们的极性与实际工作电压的极性是否相符合，若连接反了可能会引起C1或C2破裂。,基本工作原理,直流量用大写字母表示,交流量用小写字母表示,交直流共存量用小写字母加大写字母作脚标表示,放大电路分析方法,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,（求解静态工作点）,（求解动态参数）,静态是指无交流信号输入（ui=0）时，电路中的电流、电压的状态，此时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ、UCEQ）。1）估算法：画出直流通路求解直流通路：耦合电容开路，交流电源短路,第3节放大电路的静态分析,由直流通道可对Q点进行估算：,对于硅管UBEQ=0.60.7V对于锗管UBEQ=0.20.3V,【例】用估算法计算静态工作点。已知UCC=12V,RB=300k，RC=4k,=37.5,2)用图解法确定静态值,估算基极电流IBQ（如40A）,根据IB在输出特性曲线中找到对应的曲线,作直流负载线,求静态工作点Q,根据关系式UCE=UCCICRC画出一条直线,IB=40A的输出特性曲线、直流负载线的交点,Vcc=iBRB+uBE,VCC,Q,直流负载线,IBQ=UCC-UBE/RB,Q,第4节放大电路的动态分析,动态分析是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。动态时，电容对交流信号短路，固定不变的电压源都视为短路，固定不变的电流源都视为开路，此时称为交流通路。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压、电流均包含两个分量。,图解步骤：（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。（2）根据ui在输入特性上求uBE和iB。（3）作交流负载线。uCE=Ucc-iCRL斜率为-RL（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。,放大电路动态工作的图解法,饱和失真：由于工作点偏高，输入信号在正半周时，放大电路进入饱和区，输出电压的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真。,截止失真：由于工作点偏低，输入信号在负半周有一部分进入截止区，使输出电压的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。,微变等效电路法,三极管的微变等效电路,rce阻值很高，一般忽略不计。,输入回路,输出回路,放大电路的微变等效电路,电压放大倍数：,对上述微变等效电路进行分析：,式中RL=RC/RL,共发射极放大电路的微变等效电路。,输入电阻ri：,当RL=（开路）时：,输出电阻r0：,Ii,输入电阻ri越大越好,输出电阻ro越小越好,第5节工作点稳定问题,一、温度对静态工作点的影响1、当温度升高时，为得到同样的IB，所需的UBE将减小。2、温度升高时，三极管的值也将增加。3、温度升高时，三极管的反向饱和电流将随温度按指数规律急剧增加。温度变化会影响三极管集电极电流。当温度升高时，集电极电流增大；当温度降低时，集电极电流减小。集电极电流的变化会影响放大电路的静态工作点，因此，温度变化将影响放大电路的静态工作点稳定。,二、静态工作点稳定电路1、电路组成,2、静态分析,B,3、动态分析,第6节放大