《模拟电子技术基础件康华光.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术基础件康华光.pptx（56页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、4.1 半导体三极管半导体三极管的结构简介的结构简介放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理的的VI特性曲线特性曲线的主要参数的主要参数第1页/共56页的结构简介的结构简介(a)小功率管小功率管 (b)小功率管小功率管 (c)大功率管大功率管 (d)中功率管中功率管第2页/共56页 半导体三极管的结半导体三极管的结构示意图如图所示。构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型型和和PNP型。型。的结构简介的结构简介(a)NPN型管结构示意图型管结构示意图(b)PNP型管结构示意图型管结构示意图(c)NPN管的电路符号管的电路符号(d)PNP管的电路符号管的电路符号第3页/共56页
2、集成电路中典型集成电路中典型NPNNPN型型BJTBJT的截面图的截面图的结构简介的结构简介第4页/共56页 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。外部条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理1.内部载流子的传输过程发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以（以NPNNPN为例）为例）由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子(自自由电子和空穴由电子和空穴)参与导电，故称为双参与导电，故称为双极型三极管或极型三极管或BJTBJ
3、T(Bipolar Junction Transistor)。IC=InC+ICBOIE=IB+IC放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程第5页/共56页2.电流分配关系根据传输过程可知 IC=InC+ICBO通常 IC ICBO 为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 =0.9 0.99。IE=IB+IC放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程第6页/共56页 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 1。根据IE=IB+IC IC=InC+ICBO且令I
4、CEO=(1+)ICBO（穿透电流）2.电流分配关系第7页/共56页3.三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；BJT的三种组态第8页/共56页共基极放大电路4.放大作用若 vI=20mV电压放大倍数使 iE=-1 mA，则 iC=iE =-0.98 mA，vO=-iC RL=0.98 V，当 =0.98 时，第9页/共56页 综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：（
5、1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。第10页/共56页的的V-I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const(2)当vCE1V时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线（以共射极放大电路为例）共射极连接共射极连接第11页/共56页饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，控制的区域，该区域内，一般该区域内，一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射
6、结正偏，集电结正偏或反发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小偏电压很小。iC=f(vCE)iB=const2.2.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时，vBE小于死区小于死区电压电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲轴的区域，曲线基本平行等距。此时，线基本平行等距。此时，发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏。的的V-I 特性曲线特性曲线第12页/共56页 (1)共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC/IB vCE=con
7、st1.电流放大系数 的主要参数的主要参数与与iC的关系曲线的关系曲线(2)共发射极交流电流放大系数 =IC/IB vCE=const第13页/共56页1.电流放大系数 (3)共基极直流电流放大系数=（ICICBO）/IEIC/IE (4)共基极交流电流放大系数 =IC/IE vCB=const 当ICBO和ICEO很小时，、，可以不加区分。的主要参数的主要参数第14页/共56页 2.极间反向电流(1)集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。的主要参数的主要参数第15页/共56页 (2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+）ICBO 的主要参数的
8、主要参数 2.极间反向电流第16页/共56页(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗PCM PCM=ICVCE 3.极限参数极限参数的主要参数的主要参数第17页/共56页 3.极限参数极限参数的主要参数的主要参数(3)反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反 向击穿电压。V(BR)EBO集电极开路时发射结的反 向击穿电压。V(BR)CEO基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR)EBO第18页/共56页温度对温度对BJT参数及特性的影响参数及特性的影响(1)温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温
9、度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。(2)温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1，值约增大值约增大0.5%1%。(3)温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。2.温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响1.温度对温度对BJT参数的影响参数的影响end第19页/共56页4.2 共射极放大电路的工作原共射极放大电路的工作原理理基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路基本共射极放大电路 第20页/共56页基本共射极放大电
10、路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理1.静态静态(直流工作状态直流工作状态)输入信号输入信号vi0时，时，放大电路的工作状态称放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。为静态或直流工作状态。直流通路直流通路 VCEQ=VCCICQRc 第21页/共56页基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理2.动态动态 输入正弦信号输入正弦信号vs后，电路后，电路将处在动态工作情况。此时，将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作态值的基础上随输入信号作相应的变化。相应的变化。交流通路交流通路 第22页/共56页4.3 放大电路的
11、分析方法放大电路的分析方法图解分析法图解分析法小信号模型分析法小信号模型分析法1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析3.非线性失真的图解分析非线性失真的图解分析4.图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路3.小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围第23页/共56页图解分析法图解分析法1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入采用该方法分析静态工作点，
12、必须已知三极管的输入输出特性曲线。输出特性曲线。共射极放大电路第24页/共56页图解分析法图解分析法1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 列输入回路方程列输入回路方程 列输出回路方程（直流负载线）列输出回路方程（直流负载线）VCE=VCCiCRc 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路 第25页/共56页 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与，与IBQ曲曲线的交点即为线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点即是，两线的交点即是Q点，
13、得到点，得到IBQ。第26页/共56页 根据根据vs的波形，在的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出的输入特性曲线图上画出vBE、iB 的的波形波形2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析第27页/共56页 根据根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和和vCE 的波形的波形2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析第28页/共56页2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 共射极放大电路中的电压、共射极放大电路中的电压、电流波形电流波形第29页/共56页3.静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响截止失真的波形截止失真的波
14、形 第30页/共56页饱和失真的波形饱和失真的波形3.静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响第31页/共56页4.图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围幅度较大而工作频率不太高的情况幅度较大而工作频率不太高的情况优点：优点：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。工作情况。缺点：缺点：不能分析工作频率较高时的
15、电路工作状态，也不能用来不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。第32页/共56页小信号模型分析法小信号模型分析法1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路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，就可以把三极当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来把三极管这个非线性器
16、件所组成的电路当作线性电路来处理。处理。由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。第33页/共56页1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的引出参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce 对于对于BJT双口网络，已知输
17、入双口网络，已知输入输出特性曲线如下：输出特性曲线如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：可以写成：BJT双口网络第34页/共56页输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。输入端交流开路时的输出电导。其中：其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。参数）。vbe=hieib+hrevceic=h
18、feib+hoevce1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的引出参数的引出第35页/共56页1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数小信号模型参数小信号模型根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的H参数模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevceBJT双口网络第36页/共56页1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数小信号模型参数小信号模型 H H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H H参数与工作点有关，在放大区基本不变。H H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。受控受控电流源电流源h hfefei
19、 ib b，反，反映了映了BJTBJT的基极电流对集电的基极电流对集电极电流的控制作用。电流源极电流的控制作用。电流源的流向由的流向由ib的流向决定。的流向决定。hrevce是一个受控电压是一个受控电压源。反映了源。反映了BJT输出回路电输出回路电压对输入回路的影响。压对输入回路的影响。第37页/共56页1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 模型的简化模型的简化 hre和和hoe都很小，常忽都很小，常忽略它们的影响。略它们的影响。BJT在共射连接时，其在共射连接时，其H参数的数量级一般为参数的数量级一般为第38页/共56页1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的确
20、定参数的确定 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出；rbe 与与Q点有关，可用图示仪测出。点有关，可用图示仪测出。rbe=rbb+(1+)re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rbb200 则则 而而 (T=300K)一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe（忽略（忽略 re）第39页/共56页小信号模型分析法小信号模型分析法2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（1）利用直流通路求）利用直流通路求Q点点 共射极放大电路一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V，已知已知。第40页/共56页2.用用H参数小信号模型分析基本共射
21、极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（2）画小信号等效电路）画小信号等效电路H参数小信号等效电路第41页/共56页2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标根据根据则电压增益为则电压增益为（可作为公式）电压增益电压增益H参数小信号等效电路第42页/共56页2.用用H参数小信号模型分析基本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路（3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻令令Ro=Rc 所以所以第43页/共56页3.小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适
22、用范围 放大电路的输入信号幅度较小，放大电路的输入信号幅度较小，BJTBJT工作在其工作在其V VT T特性特性曲线的线性范围（即放大区）内。曲线的线性范围（即放大区）内。H H参数的值是在静态工作参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。值的大小及稳定性密切相关。优点优点：分析放大电路的动态性能指标分析放大电路的动态性能指标(Av、Ri和和Ro等等)非常方便，非常方便，且适用于频率较高时的分析。且适用于频率较高时的分析。小信号模型分析法小信号模型分析法缺点缺点：在在BJT与放大电路的小
23、信号等效电路中，电压、电流等与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及电量及BJT的的H参数均是针对变化量参数均是针对变化量(交流量交流量)而言的，不能用而言的，不能用来分析计算静态工作点。来分析计算静态工作点。第44页/共56页共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知BJT的=80，Rb=300k ，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k 时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）（2）当Rb=100k 时，静态工作点为Q（40 A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放
24、大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：，所以BJT工作在饱和区。VCE不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），例题end第45页/共56页4.4 放大电路静态工作点放大电路静态工作点的稳定问题的稳定问题温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响射极偏置电路射极偏置电路1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路2.含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路3.含有恒流源的射极偏置电路含有恒流源的射极偏置电路第46页/共56页温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响节讨论过，温度上升时，节讨论过，温度上升时，BJT的反向电流的反向电流ICBO、ICEO及电流及
25、电流放大系数放大系数 或或 都会增大，而发射结正向压降都会增大，而发射结正向压降VBE会减小。这会减小。这些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流些参数随温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流ICQ随温度升高而增加随温度升高而增加（ICQ=IBQ+ICEO），从而使，从而使Q点随温点随温度变化。度变化。要想使要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流能自动地适当减小基极电流IBQ。第47页/共56页射极偏置电路射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理 目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使IC
26、维持恒定。维持恒定。如果温度变化时，如果温度变化时，b点电点电位能基本不变位能基本不变，则可实现静，则可实现静态工作点的稳定。态工作点的稳定。T 稳定原理：稳定原理：IC IE VE、VB不变不变 VBE IB IC（反馈控制）1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路(a)原理电路原理电路 (b)直流通路直流通路第48页/共56页b点电位基本不变的条件点电位基本不变的条件：I1 IBQ，此时，VBQ与温度无关VBQ VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强一般取 I1=(510)IBQ，VBQ=35V 1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原
27、理第49页/共56页1.基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析静态工作点静态工作点第50页/共56页电压增益电压增益画小信号等效电路（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析第51页/共56页电压增益电压增益输出回路：输入回路：电压增益：画小信号等效电路确定模型参数 已知，求r rbebe增益（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析（可作为公式用）第52页/共56页输入电阻输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析第53页/共56页输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路 网络内独立源置零网络内独立源置零 负载开路负载开路 输出端口加测试电压输出端口加测试电压其中其中则则当当时，时，一般一般（）（2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析第54页/共56页2.含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路（1 1）阻容耦合阻容耦合静态工作点静态工作点第55页/共56页感谢您的观看。第56页/共56页