基本放大器.ppt
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1、第三章 基本放大器,3.2 共射极放大电路,3.3 图解分析法,3.4 小信号模型分析法,3.5 放大电路的工作点稳定问题,3.6 共集电极电路和共基极电路,3.1 半导体BJT,3.1 半导体BJT 3.1.1 BJT的结构简介,半导体三极管,也叫晶体三极管。由于工作时,多数载流子和少数载流子都参与运行,因此,还被称为双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor,简称BJT)。 BJT是由两个PN结组成的。,NPN型,PNP型,符号:,三极管的结构特点: (1)发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。 (2)基区要制造得很薄且浓度很低。,BJT的结构,3.1.2 BJT的电路
2、分配及放大作用(NPN管),若在放大工作状态: 发射结正偏:,+ UCE , UBE , UCB ,集电结反偏:,由VBB保证,由VCC、 VBB保证,UCB=UCE - UBE, 0,三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。,发射结加正向偏置电压,集电结加反向偏置电压,电流均受此电压控制,(1)因为发射结正偏,所以发射区向基区注入电子 ,形成了扩散电流IEN 。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动,形成的电流为IEP。但其数量小,可忽略。 所以发射极电流I E I EN 。,1BJT内部的载流子传输过程,(2)发射区的电子注入基区后,变成了少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉,形成IBN。所以
3、基极电流I B I BN 。大部分到达了集电区的边缘。,另外,集电结区的少子形成漂移电流ICBO。,(3)因为集电结反偏,收集扩散到集电区边缘的电子,形成电流ICN 。,三个电极上的电流关系:,IE =IC+IB,定义:,(1)IC与I E之间的关系:,所以:,其值的大小约为0.90.99。,2电流分配关系,(KVL),(2)IC与I B之间的关系:,联立以下两式:,得:,所以:,得:,令:,3.1.3 BJT的特性曲线(共发射极接法),(1) 输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const,(1)uCE=0V时,相当于两个PN结并联。等同PN结的特性曲线,(3)uCE 1V再增加时,曲
4、线右移很不明显。,(2)当uCE=1V时, 集电结已进入反偏状态,开始收集电子,所以基区复合减少, 在同一uBE 电压下,随着uCE的增大,iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。,输入,输出,VBE不变,(2) uCE Ic 。,(3) 当uCE 1V后,收集电子的能力足够强。这时,发射到基区的电子都被集电极收集,形成iC。所以uCE再增加,iC基本保持不变。,同理,可作出iB=其他值的曲线。,(2)输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const,现以iB=60uA一条加以说明。,(1)当uCE=0 V时,因集电极无收集作用,iC=0。,iB不变,饱和区iC受uCE显著控制的区域,该区域
5、内uCE0.7 V。 此时发射结正偏,集电结也正偏。,截止区iC接近零的区域,相当iB=0的曲线的下方。 此时,发射结反偏,集电结反偏。,放大区 曲线基本平行等 距。 此时,发 射结正偏,集电 结反偏。 该区中有:,饱和区,放大区,截止区,输出特性曲线可以分为三个区域:,3.1.4 BJT的主要参数,1.电流放大系数,(2)共基极电流放大系数:,一般取20200之间,2.3,1.5,(1)共发射极电流放大系数:,静态,动态,2.极间反向电流(know),(2)集电极发射极间的穿透电流ICEO 基极开路时,集电极到发射极间的电流穿透电流 。 其大小与温度有关。,(1)集电极基极间反向饱和电流IC
6、BO 发射极开路时,在其集电结上加反向电压,得到反向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。 锗管:I CBO为微安数量级, 硅管:I CBO为纳安数量级。,3.极限参数(learn),(1)集电极最大允许电流ICM,(2)集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗, PC= ICUCE,PCM, PCM,Ic增加时, 要下降。当值下降到线性放大区值的70时,所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。, U(BR)EBO集电极开路时,发射极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般几伏十几伏。 U(BR)CBO发射极开路时,集电极与基极之间允许的最大反
7、向电压。其值一般为几十伏几百伏。, U(BR)CEO基极开路时,集电极与发射极之间允许的最大反向电压。,在实际使用时,还有 U(BR)CER、U(BR)CES 等击穿电压。,(3)反向击穿电压,BJT有两个PN结,其反向击穿电压有以下几种:,半导体三极管的型号(know),第二位:A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管,第三位:X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下:,3DG110B,UD=0.7V,UCES=0.3V,iB0 iC0,3.2 共射极放大电路一. BJT的模型,直流模型,二、 单管共射
8、放大电路的工作原理,UCE(-ICRc),放大原理:,UBE,IB,IC(bIB),电压放大倍数:, uo,ui,三极管工作在放大区: 发射结正偏, 集电结反偏。,放大元件iC=iB,工作在放大区,要保证集电结反偏,发射结正偏。,单管共射极放大电路的结构及各元件的作用,各元件作用:,使发射结正偏,并提供适当的静态的IB和UBE。,基极电源与基极电阻,集电极电源,为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC,将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容: 电解电容,有极性, 大小为10F50F,作用:隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系,同时能使信号顺利输入输出。,+,+,各元件作用:,基本放
9、大电路的习惯画法,现实电路中并不使用.只要保证电压大小关系即可.,很重要,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,工作原理演示,2.1 放大电路的基本概念及性能指标,一.放大的基本概念,放大把微弱的电信号的幅度放大。 一个微弱的电信号通过放大器后,输出电压或电流的幅度得到了放大,但它随时间变化的规律不能变,即不失真。,三放大电路的主要技术指标,1.放大倍数表示放大器的放大能力,根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求,放大器可分为四种类型,所以有四种放大倍数的定义。,(1)电压放大倍数定义为: AU=uo/ui,(2)电流放大倍数定义为: AI=io/ii,(3)互阻增益定义为: Ar=u
10、o/ii,(4)互导增益定义为: Ag=io/ui,2. 输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻,Ri=ui / ii,一般来说, Ri越大越好。 (1)Ri越大,ii就越小,从信号源索取的电流越小。 (2)当信号源有内阻时, Ri越大, ui就越接近uS。,输出电阻是表明放大电路带负载能力的,Ro越小,放大电路带负载的能力越强,反之则差。,输出电阻的定义:,3. 输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻,通频带:,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,4. 通频带,3.3图解分析法,静态:当输入电压,ui,=0时,电路中各点的电压及,电流都是不变的直流,电路此时的工
11、作状态叫直流工作状态,也叫静止状态,简称静态。,Q点:在静态时,BJT各极的电压及电流,在其特性曲线,上会确定一个点,这个点就叫做Q点,动态:当输入电压,ui,=0时,电路中各点的电压及电流,都会处于变动状态,电路此时处于动态工作状态 简称动态,1.静态工作点Ui=0时电路的工作状态,ui=0时,由于电源的存在,电路中存在一组直流量。,IC,+ UBE -,+ UCE -,3.3.1静态工作情况分析,由于(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点,所以称为静态工作点。,为什么要设置静态工作点?,放大电路建立正确的静态工作点,是为了使三极管能够工作在放大区,以
12、保证信号不失真。,求电路的Q点有两种方法: 1.估算法 2.图解法 求电路的Q点实际就是求电路中的直流分量: IB, IC,UCE,1. 近似估算Q点,例:共射电路如图,已知三极管为硅管,=40,试求电路中的直流量IB、 IC 、 UCE(Q点)。,UBE=0.7V,画出放大电路的直流通路,将交流电压源短路,将电容开路。,直流通路的画法:,画直流通路:,Rb称为偏置电阻,IB称为偏置电流。,用估算法分析放大器的静态工作点( IB、UBE、IC、UCE),IC= IB,例:用估算法计算静态工作点。,已知:VCC=12V,RC=4K,Rb=300K ,=37.5。,解:,请注意电路中IB和IC的数
13、量级,UCE=VCCICRC,直流负载线,由估算法求出IB,IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q,IBQ,UCEQ,ICQ,2. 用图解法估算Q点,iC=f(uCE) iB=40A,斜率:,iC=f(uCE) iB=40A,M(VCC,0),(12 , 0),(0 , 3),例题:,斜率:,UCEQ 6V,ICQ 1.5mA,Q,+,+,+,+,C,R,c,i,u,b1,T,u,+,b2,-,o,C,+,-,+12V,Rb 300K,RC 4K,1. 放大电路在接入正弦信号时的工作情况(设输出空载),假设在静态工作点的基础上,输入一微小的正弦信号 ui,静态工作点,注意:uce与u
14、i反相!,3.3.2 动态工作情况分析,结论:(1)放大电路中的信号是交直流共存,可表示成:,虽然交流量可正负变化,但瞬时量方向始终不变,(2)输出uo与输入ui相比,幅度被放大了,频率不变,但相位相反。,对交流信号(输入信号ui),2.交流负载线,交流通路分析动态工作情况 交流通路的画法:,将直流电压源短路,将电容短路。,交流通路,其中:,交流量ic和uce有如下关系:,即:交流负载线的斜率为:,交流负载线的作法: 斜 率为-1/RL 。( RL= RLRc ),经过Q点。,交流负载线的作法:,斜 率为-1/RL 。 ( RL= RLRc ),经过Q点。,注意: (1)交流负载线是有交流 输
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