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资源描述
1,4 双极结型三极管及放大电路基础,4.1 BJT 4.2 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,2,4.1 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,3,发射结,集电结,4,* 三极管的符号,NPN型三极管,PNP型三极管,5,二、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,6,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,7,三、 V-I特性曲线及结论,iC,V,vCE,vBE,RB,iB,EC,EB,实验线路,8,(一)、输入特性:,工作压降: 硅管VBE0.50.7V,锗管UBE0.10.3V。,死区电压:硅管0.5-0.7V,锗管0.1-0.3V。,9,(二)、输出特性:,VBVE和VCVB , IC只与IB有关且IC=IB,称为放大区,VCE0.3V, VBVE和VBVC ,称为饱和区。,IB=0,IC=ICEO, VB VE和VBVC,称为截止区。,10,(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。 IBIC,VCE0.3V,(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,11,2、电流的放大作用及分配,电流分配关系,12,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 VBVE,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,13,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),14,四、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 ,15,四、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 ,16,2.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。,17,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。,18,4.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25C、基极开路时的击穿电压。,19,6. 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。,PCPCM,ICUCE=PCM,安全工作区,20,五、温度对参数及特性的影响,温度上升时,输出特性曲线上移,21,六、常见三极管实物外形,22,三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,23,二、 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,v0,24,三、 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,25,(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,26,(二)、 放大电路的性能指标,、静态性能指标:,主要包括静态值:IQ、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,27,(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:,28,(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:,29,30,放大倍数,31,d、通频带,通频带:,BW=fHfL,放大倍数随频率变化曲线,32,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,33,一、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(IQ、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(IQ、ICQ、VCEQ),主要用于画出静态工作点Q并找出最佳Q。,34,步骤:原电路,(一)、静态(估算法) 分析的步骤,直流通道,计算IQ、ICQ、VCEQ,令vS=0,35,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,36,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=VCCICRC),计算I,直流负载线与 iB=IB的输出特性 的交点就是Q点,iB,37,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,38,(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,39,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,40,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,41,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,42,例:,已知:VCC=12V,RC=4k,RB=300k,=37.5。用估算法计算静态工作点,解:,43,二、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,44,(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。,45,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,46,三极管的微变等效电路,rce很大, 可认为开路,47,(二)、动态分析的步骤,步骤:原电路,交流通道,原电路,交流通路,48,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,49,1、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,50,2、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,51,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:,52,4.4 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。,53,1、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,54,2、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。,55,二、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。,56,采用热敏电阻的补偿电路,含恒流源的射极偏置电路,57,三、分压式偏置电路,(一)、静态分析,58,静态值计算,59,(二)、动态分析,60,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?,61,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,62,RC,RL,RE,RB,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,63,问题3:如果电路如下图所示,如何分析?,64,静态
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