第四章康光华模电第五版.ppt

、4双极结三极管和放大器电路基础、4.1BJT、4.3放大器电路分析方法、4.4放大器电路静态工作点稳定性问题、4.5共集电极放大器电路和共基极放大器电路、4.2基本共发射极放大器电路、4.6组合放大器电路、4.7放大器电路频率响应，*4.8单级放大器电路瞬态响应、4.1BJT、4.1.1BJT结构简介、4 . 1 . 2 BJT在放大状态下的工作原理、4.1.3BJT的V-I特性曲线有两种类型的半导体三极管，一种是双极半导体三极管(BJT)，另一种是场效应半导体三极管(场效应晶体管)。双极半导体三极管是一种半导体器件，其中两个载流子参与传导。它由两个PN结组成，是一个CCCS器件。场效应型半导体三极管是一种VCCS器件，其中只有一个载流子参与传导。(a)小功率管的结构简介(b)小功率管(c)大功率管中的功率管(d)，4.1.1BJT，半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型：NPN和PNP。两种类型的三极管，发射极结(Je)，集电极结(Jc)，基极，用B或B(基极)表示，发射极，用E或E(发射极)表示；收集器，用c或c(收集器)表示。发射极区、集电极区、基极区、三极管符号，发射极箭头代表发射极电流的实际方向。集成电路中典型的NPN BJT的横截面具有以下结构特征：发射极区中的掺杂浓度最高；集电极区的掺杂浓度低于发射极区的掺杂浓度，面积大。基极区非常薄，通常为几微米到几十微米，掺杂浓度最低。不能交换管芯结构、发射极和集电极的截面图。BJT在放大状态下的工作原理和三极管的放大效应是在一定的外界条件下通过载流子传输来反映的。三极管放大条件的内部条件：发射极区杂质浓度高，集电极区杂质浓度低，基极区窄，杂质浓度低。外部条件：发射极结正向偏置，集电极结反向偏置。2。内部载流子传输过程(三极管的放大原理)，发射区：发射极集电极区：集电极基极区：载流子的转移和控制。以NPN三极管的放大状态为例，说明三极管内部的电流关系，如下图所示。IEN、ICN、IEP、ICBO、IE、IC、IB、IBN，1。内部载流子输运过程：(1)发射区将电子发射结正向偏置注入基区，大量电子从发射区扩散到基区，形成电流IEN。与PN结相同。空穴也有从基极区到发射极区的扩散运动，但数量很少，形成的电流是IEP电流。与电子流相比，这部分空穴流可以忽略不计。这是因为发射极区的掺杂浓度比基极区的掺杂浓度高得多。IE=IENIEPIEN、IEN、ICN、IEP、ICBO、IE、集成电路、IB、IBN、在基极区中的电子扩散和复合电子流扩散到基极区之后，有几个电子填充空穴的复合运动(由于基极区中空穴浓度低，复合的机会较少)。因为基极区很薄，在集电极结的反向偏置电压的作用下，大多数电子在基极区停留很短时间，并迅速移动到集电极结的边缘积累。电子在基区重组形成的电流是IBN电流。电子和空穴复合越多，到达收集器的电子就越少。因此，应减少复合(碱薄、杂质浓度低)。IEN、ICN、IEP、ICBO、集成电路、集成电路、集成电路、IBN和集电极收集和扩散的电子在集电极结的反向偏置电压的作用下移动到集电极结边缘的电子，进入集电极结的结电场区域，并被集电极收集，形成集电极电流ICN。此外，由于集电极结的反向偏置，集电极结区中的少数载流子形成漂移电流ICBO(该值非常小，但受温度影响很大)。IEN、ICN、IEP、ICBO、工业工程、集成电路、集成电路、IBN、工业工程=IEP和，则可以获得以下当前关系：ie=ien iep ien与IE=IEN+IEPIEN=ICN bon和IENIBN，icnibnic=ICN boib=iei bin-icboibn-icbooicib=ICN boib-icboi=IE，animation，2。电流分布关系，根据传输过程，Ic=incibo，通常ICICBO，IE=IB IC，载流子在BJT传输过程中处于放大状态，IB=IBN-ICBO，根据，ib=ibn-icbo，ic=icnicbo，而order，是共发射极直流电流放大系数。类似地，它仅与管的结构尺寸和掺杂浓度有关，而与所施加的电压无关。总则1。叫做共基极DC电流放大系数，叫做共发射极连接DC电流放大系数，不管三极管电路外的任何连接，其电流分布关系都是固定的。如果集成电路或集成电路被控制，集成电路可以被控制以满足放大条件。只有一小部分从发射区发射的载流子在基极区结合，并且绝大多数被集电极区收集。当一个载流子在基极区复合时，载流子被集电极区收集。集成电路=IB集成电路=IBN集成电路=集成电路集成电路，结论，3。三元组的三种配置，(c)公共集电极连接，集电极作为公共电极，用CC表示。共发射极连接，发射极作为共电极，用CE表示；(a)公共基极连接，基极作为公共电极，用CB表示；BJT的三个配置中，双极三极管有三个电极，其中两个可以用作输入，两个可以用作输出，所以必须有一个电极是一个公共电极。三个连接也称为三种配置。放大放大电路将电源提供的能量转换成与输入成比例的可变输出。能量由电源提供。BJT最基本的应用之一是放大微弱的电信号。共基放大器电路由以下部分组成：E和B构成一个输入环路；c和b形成一个输出环路。(1)当没有施加交流信号时，(VEEIE)，输出IC=IE，基极IB=(1-)IE，在输入回路中形成，(2)当施加交流输入信号V1时，(3)所谓的放大是指交流(信号)输出放大，共基极放大电路，(4)放大，电压放大因子，VO=-ICRL=0.98伏，总之，三极管的放大主要是通过其发射极电流能够通过基极然后到达集电极来实现的。也就是说，发射极结电压的小变化导致大电流变化。无论哪种配置，其放大都是由于内部固定的电流控制关系，因此，BJT称之为电流控制装置。实现信号放大的两个条件是：(1)内部条件：发射极区的杂质浓度比基极区高得多，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。既然BJT有两个PN结，两个二极管可以连接起来形成一个BJT，试着解释一下原因。什么？BJT的电极可以互换吗？为什么？为什么BJT是一个电流控制装置？4.可以根据BJT电极对地的电势或每个电极的电流来判断被放大的管的类型吗？(硅？锗？菲律宾国家警察？NPN？)，例如：三极管工作在放大电路中的三个电极分别为VA=6V、VB=11.3V、VC=12V，则三极管对应的电极为：a为极，b为极，c为极。晶体管型三极管；集电极、基极、发射极、PNP、硅、4.1.3BJT的伏安特性曲线，(以共发射极放大器电路为例)B为输入电极，C为输出电极，E为共电极。两条特性曲线(电压-电流关系曲线)是：输入特性曲线 Ib=f (vBE)输出特性曲线 ic=f (VCE) Ib是输入电流，vBE是施加在两个电极B和E之间的输入电压。Ic是输出电流，VCE是输出电压，从电极c和E中取出。IB=f (vBE) VCE=常数。(2)当vCE=1V，vCB=vCE-vBE0时，集电极结进入反向偏置状态并开始收集电子。碱基重组减少。在相同的VBE下，IB减小，特征曲线向右移动。(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，共发射极连接，(3)当vCE1V时，与vCE=1V基本一致(发射区电子数不变)，(4)输入特性曲线的三部分，死区，非线性区，线性区，导通电压典型值：硅0.7V锗0.2V，死区电压典型值：硅0.5V锗0.1V，导通后vBE变化不大，iC=F (vCE) Ib=常数。2。输出特性曲线，以及(2)在VCE 1V之后，大部分电子被收集在集电极区，接着是集成电路(1)起始段，集成电路集成电路集成电路集成电路集成电路集成电路集成电路集成电路集成电路/电阻电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容电容当VSB=-2V:IB=0，IC=0，IC最大饱和电流：q处于截止区，1，=50，USC=12V，RB=70k，RC=6K。当VSB=-2V，2V，5V时，哪个区域是晶体管的静态工作点？例如，在这个时候，VBQ与温度无关。值越大，反馈控制效果越强。一般取I1=(510)IBQ和VBQ=3 5V，(2)放大电路指标分析，(1)静态工作点，(2)电压增益，画小信号等效电路，(2)放大电路指标分析，(2)电压增益，输出电路：输入电路：电压增益，(3)画小信号等效电路，确定模型参数，知道，计算rbe，增益，(可作为公式)，基本共发射极电路的输入输出回路是不相关的，而发射极偏置电路的输入输出回路是相互关联的。(带反馈)净输入电压除以Re并降低。为了制造相同的基本共射极电路，在Re旁边的旁路电容器Ce、Ce被短路到交流，但是它不影响DC并且使工作点稳定。(3)输入电阻是指输入电阻。放大电路的输入电阻不包括信号源的内阻。添加Re后，输入电阻增加。(4)输出电阻，输出电阻，求输出电阻的等效电路，其中，集电极输出电路的输出电阻可以近似认为是Rc，2 (2)双电源发射极偏置电路，(1)阻容耦合，静态工作点，VB=0，(2)直接耦合，VB=0，VC=0，和(3)恒流源发射极偏置电路，静态工作点电流由恒流源提供，例：表明VCC=16V，Rb1=56k，Rb2=20k，Re=2K，RC=3.3K 在图中所示电路中，RL=6.2K，RS=500，BJT=80，CE=100K，VBEQ=0.7V，C1和C2可视为交流信号短路。 (1)估计静态电流ICQ、IBQ和电压VCEQ；(2)计算Av、Ri、Avs=vo/vs和ro；(3)如果50uF电容器Ce并联在Re两端，重复求解(1)和(2)。解决方案(1)、(2)画一个小信号等效电路，因为当(3)、(1)一个50uF电容Ce并联在Re两端时。由于电容器对DC开放，对静态工作点的计算结果没有影响。(2)对于动态指标，Re短路，因为旁路电容相当于对交流短路。并联旁路电容解决了静态工作点稳定和增益提高之间的矛盾。4.5共集电极放大器电路和共基极放大器电路，4.5.1共集电极放大器电路，4.5.2共基极放大器电路，4.5.3放大器电路的三种配置比较，4.5.1共集电极放大器电路，共集电极电路结构如图所示，也称发射极输出器件。电路结构特点(图形识别的关键):输入施加到基极到地，输出施加到发射极到地，交流地是集电极，所以它是一个公共的集电极电路。电路分析动画，4.5.1公共集电极放大器电路，1。静态分析，可用，DC路径，1。小信号等效电路，2。动态分析，交流路径，2。电压增益，输出环路：输入环路：电压增益：其中，一般来说，电压增益接近1，电压跟随器，#由于公共集电极电路的电压增益小于1(接近1)，所以它对电压放大没有影响。这个陈述正确吗？(3)输入电阻、小时、输入电阻、输出电阻、电路列出的等式，(4)其中，输出电阻、小时、输出电阻较小，(4)多级放大器的输出级(Ro较小)输入级(Ri较大，可进一步改进)中间缓冲级的功能为阻抗变换(Ri较大，Ro较小)，4.5.2公共基极放大器电路，1。静态工作点，DC路径与发射极偏置电路相同，2。动态指标，电压增益，输出回路：输入回路：电压增益：交流路径，小信号等效电路，输入电阻，输出电阻，小信号等效电路，#共基电路输入电阻很小，哪个信号源最适合放大信号？4.5.3放大器电路三种配置的比较，1。根据输入和输出信号的位置区分三种配置：基极信号输入、集电极输出-共发射极放大器电路信号输入、发射极输出-共集电极放大器电路信号输入、集电极输出-共基极电路，2。三种配置的比较，3。三种配置共发射极放大器电路的特点和用途：电压和电流增益均大于1，输入电阻在三种配置的中间，输出电阻与集电极电阻有很大关系。它适合用作低频下多级放大电路的中间级。公共集电极放大器电路：只有电流放大器，没有电压放大器，电压跟随器。在三种配置中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性良好。可用于输入级、输出级或缓冲级。共基放大电路：仅电压放大，无电流放大，电流跟随，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻相关。高频特性很好，通常用于高频或宽带低输入阻抗情况。模拟集成电路也具有电位偏移功能。4.6组合放大器电路，4.6.2共源共栅放大器电路，4.6.3共源共栅放大器电路，4.6.1多级放大器级连接，1。钢筋混凝土联轴器，2。直接耦合，4.6.1多级放大器级连接，耦合模式：直接耦合；电阻-电容耦合；变压器耦合；光电耦合。耦合：信号的传输。多级放大电路需要耦合电路：1。静态：确保各级Qpoints的设置；2.动态：传输信号。要求：波形不失真，压降损失降低。设置：1=2=50，rbe1=2.9k，rbe2=1.7k，1。阻容耦合、键：考虑级间效应。1)静态：量子点与单级相同。2)动态性能：方法：Ri2=RL1，1。电阻电容耦合，考虑级间效应，1。微型变压器等效电路：1。R1=R1/RBE 1(1)RL1，其中， RL1=RE1/RI2=RE1/R2/