模电第二章-三极管PPT课件

.1.2三极管和放大器电路基础、2.1半导体三极管、2.3放大器电路分析方法、2.4放大器电路静态工作点稳定性问题、2.5共集电极放大器电路和共基极放大器电路、2.2共发射极放大器电路工作原理、2.6多级放大器电路、2，2，2.1半导体三极管，2 . 1 . 1双极晶体管结构简介，2.1.2放大状态下BJT的工作原理，2 . 1 . 3双极晶体管的伏安特性曲线，2 . 1 . 4双极晶体管的主要参数，3，2 . 1 . 1双极晶体管结构简介，(a)小功率管(b)小功率管(c)中功率管(d)，根据所用的半导体材料：硅管和锗管；根据工作频率：低频管，高频管；按功率划分：小、中、大功率管。半导体三极管的结构图如图所示。它有两种类型：NPN和PNP。2.1.1BJT结构简介，(1)NPN管结构示意图，(2)PNP管结构示意图，(3)NPN管电路符号，(4)PNP管电路符号，(5)集成电路中典型NPN BJT截面图，(6)三极管放大是在一定外部条件下通过载波传输实现的。2 . 1 . 2 BJT在放大状态下的工作原理，1。内部载流子传输过程，发射区：发射载流子收集区：收集载流子基区：转移和控制载流子(例如，NPN)。由于三极管中有两种载流子(自由电子和空穴)参与传导，所以它被称为双极三极管或BJT(BipolarJunctionTransistor)。集成电路=ICN ICBO，集成电路=集成电路，放大状态下BJT的载流子传输过程，外部条件：发射极结正向偏置集电极结反向偏置。7、BJT载流子输运过程处于放大态，发射极结正向偏置，多光子扩散，IE=IEN IEP，许多电子扩散到基区，IEIEN，发射极电流IE，8、BJT载流子输运过程处于放大状态，基极复合电流IBN，扩散到基极区的电子与基极区的多光子(空穴)复合形成复合电流IBN，9。载流子在BJT的传输过程中处于放大状态，集电极电流集成电路，集电极结反向偏置，漂移增强，载流子被集电极收集，形成电流ICN，加上集电极和基极区之间的反饱和电流，集电极电流，10，2。从传输过程中可以知道电流分布关系。集成电路=ICN ICBO，通常ICICBO，集成电路=集成电路，在BJT载流子传输过程处于放大状态。11，2。电流分布关系、然后、12，3。三极管有三种配置，共集电极连接，集电极作为共电极。公共基极连接，基极作为公共电极；共发射极连接，发射极作为共电极；BJT的三种配置，13，共基放大电路，4。放大，电压放大系数，VO=-ICRL=0.98伏，14。总而言之，三极管的放大主要是通过它的发射极电流能够通过基极区然后到达集电极来实现的。实现这种传输过程的两个条件是：(1)内部条件：发射极区的杂质浓度比基极区高得多，并且基极区很薄。(2)外部条件：发射极结正向偏置，集电极结反向偏置。BJT的伏安特性曲线，IB=f (vBE) VCE=常数，(2)当vCE1V，vCB=vCE-vBE0时，集电极结进入反向偏置状态，电子收集开始，基极复合减少，IB在相同的vBE下减少，特性曲线向右移动。(1)当vCE=0V时，它相当于发射极结的正向伏安特性曲线。1。输入特性曲线(以共发射极放大器电路为例)，共发射极连接。16，饱和区：集成电路明显受vCE控制的区域，在这个区域，VCE一般小于0.7v(硅管)。此时，发射极结正向偏置，集电极结具有小的正向或反向偏置电压。集成电路=f (VCE)集成电路=常数，2。输出特性曲线，输出特性曲线的三个区域：截止区域：集成电路接近零的区域，对应于iB=0的曲线下部。此时，vBE小于死区电压。放大面积：ICc平行于vCE轴的面积，曲线基本平行且等距。此时，发射极结正向偏置，coll，2.1.3BJT的伏安特性曲线，17，(1)共发射极DC电流放大系数=(iC-ICEO)/IB IC/IB VCE=常数，1。电流放大系数，2.1.4BJT的主要参数，与集成电路的关系曲线，(2)共发射极交流电流放大系数=集成电路/IB VCE=常数，18，1。电流放大系数，(3)共基直流电流放大系数=(IC-ICBO)/IE IC/IE，(4)共基交流电流放大系数=IC/IE VCB=常数，当ICBO和ICEO很小时，和无法区分。2.1.4BJT的主要参数，19，2。两极间的反向电流，(1)集电极和基极间的反向饱和电流当ICBO发射极开路时，集电极结的反向饱和电流。2.1.4BJT、20的主要参数，(2)集电极和发射极之间的反向饱和电流iceo，iceo=(1) icbo，2.1.4 BJT的主要参数，(2)极间反向电流，21，(1)最大允许集电极电流ICM，(2)最大允许集电极功率损耗PCM，PCM=ICVCE，3。极限参数，2.1.4BJT的主要参数，22，3。极限参数，2.1.4BJT的主要参数，(3)反向击穿电压，当CBO 发射极开路时，集电极结反向击穿电压。EBO 公开收藏家。基极开路时集电极和发射极之间的v (br) ceo击穿电压。几个击穿电压具有以下关系：CBO 首席执行官 EBO。23，2.1.5温度对BJT参数和特征的影响，(1)温度对ICBO、ICBO的影响随着每10的温度升高大约加倍。(2)受温度的影响，温度每升高1，该值增加0.5%1%。(3)温度对反向击穿电压V(BR)CBO和V(BR)CEO的影响。当温度升高时，CBO和首席执行官都会增加。2。温度对BJT特性曲线的影响，1。温度对BJT参数的影响。24、2.2共发射极放大电路的工作原理、2.2.1基本共发射极放大电路、基本共发射极放大电路、偏置电路的组成：DC电源VBB通过电阻Rb向BJT发射极结提供正偏置电压，并产生基极DC电流IB(通常称为偏置电流，而提供偏置电流的电路称为偏置电路)。25、2.2共发射极放大电路原理、基本共发射极放大电路、DC电源VCC是放大电路的能源，为输出信号提供能量。通过集电极负载电阻Rc，并与VBB和Rb合作，它向集电极结提供反向偏置电压，使BJT工作在放大状态。26，2.2共射极放大电路的原理，基本共射极放大电路，vs是要放大的时变输入信号，它被添加到基极和发射极之间的输入环路。输出信号从集电极和发射极之间取出，27，2.2.2基本共发射极放大电路原理，1。静态(DC操作状态)。当输入信号VS=0时，放大电路的工作状态被称为静态或DC工作状态。直流路径，vceq=VCC-icqrc，28，2.2.2基本共发射极放大器电路工作原理，2 .动态，输入正弦信号vs后，电路将处于动态工作状态。此时，基于静态值，BJT的每个极的电流和电压将随着输入信号而相应地改变。交流路径，集电极-发射极电压，29，2.3放大电路分析方法，2.3.1图形分析方法，2.3.2小信号模型分析方法，1 .静态操作点图形分析，2 .动态操作条件图形分析，3 .非线性失真图形分析，4 .图形分析范围，1 .BJT参数和小信号模型，2。h参数小信号模型分析基本共发射极放大电路，3 .小信号模型分析范围。30、DC路径原理：(1)信号源(交流路径原理(2)电容开路；(3)电感短路。(1) DC源被视为短路；(2)电容短路；(3)电感开路。静态工作点的图形分析法，用这种方法分析静态工作点时，必须知道三极管的输入输出特性曲线。共射共基放大器电路。32，2.3.1图形分析，1。静态操作点的图形分析，列输入回路方程(输入DC负载线)，列输出回路方程(输出DC负载线)VCE=VCC-ICRC，首先，绘制DC路径，DC路径，33，在输出特性曲线上，使DC负载线VCE=VCC-ICRC，且与IBQ曲线的交点为Q点，从而得到VCEQ和ICQ。，在输入特性曲线上，画一条直线，两条直线的交点是Q点，IBQ。根据vs的波形，在BJT输入特性图上画出vBE和iB的波形。2.动态操作的图形分析。3.根据iB的变化范围，在输出特性图上画出iC和vCE的图形分析。2.动态操作的图形分析。3.动态操作的图形分析。4.共发射极放大器电路中的电压和电流波形。37，3。静态工作点对波形畸变、截止畸变波形、截止畸变的影响：静态工作点低Q引起的畸变称为截止畸变。3.静态工作点对波形畸变、饱和畸变的影响：静态工作点高Q值引起的畸变称为饱和畸变。画出电路的DC路径。交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线例如：U、D、41、交流负载线、42，5。图形分析法的应用范围相对较大，但工作频率不高。它的优点是直观而生动。它有助于建立和理解交流和DC共存的重要概念，静态和动态。这有助于理解正确选择电路参数和合理设置静态工作点的重要性。可以全面分析放大电路的静态和动态工作条件。缺点：不能用来分析工作频率高时电路的工作状态，也不能用来分析放大器电路的输入电阻和输出电阻等动态性能指标。43、2.3.2小信号模型分析，1。BJT的H参数和小信号模型，建立小信号模型的意义，以及建立小信号模型的思路。当放大电路的输入信号电压很小时，三极管在小范围内的特性曲线可以近似用直线代替，因此由三极管这种非线性器件组成的电路可以看作是线性电路。因为三极管是非线性器件，所以很难分析放大电路。建立小信号模型就是将非线性器件线性化，从而简化放大器电路的分析和设计。在小信号条件下，通过对上述两个方程进行全微分，得到了BJT的H参数和小信号模型，并用小信号交流分量表示，vbe=hieib hrevce，ic=hfeib hoevce。对于BJT双端口网络，已知输入-输出特性曲线如下：Ib=f (VBE) VCE=常数，Ic=f (VCE) Ib=常数，可写成：BJT双端口网络， 45，输出端发生交流短路时的输入电阻；交流短路时输出的正向电流传输比或电流放大系数；输入交流开路时的反向电压传输比；输入交流开路时的输出电导。其中：四个参数具有不同的维数，因此它们被称为混合参数(h参数)。1.BJT H参数和小信号模型，H参数的推导，46，1。BJT的H参数和小信号模型，H参数小信号模型。根据，小信号模型，BJT的H参数模型，BJT二端口网络，47，1。BJT的H参数和小信号模型、H参数小信号模型、H参数是小信号参数，即微变量参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区域基本保持不变。h参数都是微小变化的参数，所以它们只适用于交流信号的分析。受控电流源hfeib反映了BJT基极电流对集电极电流的控制效果。电流源的流向由ib的流向决定。Hrevce是一个受控电压源。它反映了BJT输出环路电压对输入环路的影响。BJT的H参数和小信号模型，模型的简化，hre和hoe都很小，它们的影响往往被忽略。BJT在共线连接中的H参数的数量级一般为。49，1。BJT的H参数和小信号模型一般用测试仪测量。Rbe与点q相关，可以用绘图仪测量。rbe=rbb(1)re，其中对于低频低功率管rbb200，则，50，2.3.2小信号模型分析，以及2。用： us提供的h参数小信号模型分析了基本共发射极放大器电路，计算IEQ，估计rbe，51，2。用H参数小信号模型分析基本共发射极放大电路，步骤1:画小信号等效电路，H参数小信号等效电路。52，2。用H参数小信号模型分析基本共发射极放大电路，步骤3:计算放大电路的动态指标，根据，电压增益为，(可作为公式)，电压增益，H参数小信号等效电路。53，2。用H参数小信号模型分析基本共发射极放大电路。步骤4:找出输入和输出电阻，输入电阻，输出电阻，54，3。小信号模型分析的适用范围。放大器电路的输入信号幅度小，BJT工作在其伏安特性曲线的线性范围内(即放大区)。H参数的值在静态工作点获得。因此，放大器电路的动态性能与静态工作点参数的大小和稳定性密切相关。优点：分析动态性能指标(Av、Ri、Ro等)非常方便。)的放大电路，并且它适合于在较高频率下的分析。2.3.2小信号模型分析，缺点：在BJT小信号等效电路和放大电路中，BJT的电压、电流、H参数等电量都是针对变化(交流量)，不能用来分析和计算静态工作点。55、共发射极放大电路，放大电路如图所示。已知BJT=80，RB=300 K，RC=2K，VCC=12V，求：(1)放大器电路的Qpoint。BJT目前在哪个领域工作？(2)rb=100k时，放大电路的q点。BJT目前在哪个领域工作？(忽略BJT的饱和压降)，解决方案：(1)、(2)当Rb=100k时，静态工作点为q (40a，3.2mA，5.6V)，BJT工作在放大区。它的最小值只能是0，也就是说，集成电路的最大电流是：所以BJT工作在饱和区。VCE不能是消极的。在这种情况下，Q(120uA，6mA，0V)，示例，56岁。在图中所示的电路中，三极管的=100，VBE=0.7V是已知的，并且假设流过Rb1的电流远大于iB。试着找到赛道，还有里，罗。解决方案：例如。57，绘制