晶体三极管及其基本放大电路-PPT课件.ppt

1、第二章、三极管第二章、三极管及基本放大电路及基本放大电路 重点重点：掌握三极管的结构和基：掌握三极管的结构和基本特性、工作状态和极性判别本特性、工作状态和极性判别方法；方法；掌握三极管基本放大电掌握三极管基本放大电路性能指标的计算；路性能指标的计算；Ma Liming Electronic Technique22.12.1、双极型三极管的结构和分类、双极型三极管的结构和分类 发射区掺杂浓度最高发射区掺杂浓度最高,基区基区掺杂浓度最低且掺杂浓度最低且很很薄薄,集电极掺杂浓度介于两者之间，体积最大。这集电极掺杂浓度介于两者之间，体积最大。这样三极管就表现出单个样三极管就表现出单个PNPN结不是有功

2、能结不是有功能电流放大电流放大作用作用。根据结构来分可分为根据结构来分可分为PNPPNP和和NPNNPN管，由两个管，由两个PNPN结的三层半导体制成结的三层半导体制成,分别引出三个电极分别引出三个电极发射极发射极E E(emitter)(emitter)、基极、基极B B(base)(base)和集电极和集电极C C(collector)(collector)。Ma Liming Electronic Technique3 三极管的组成与符号三极管的组成与符号 （a）NPN型型;（b）PNP型型Ma Liming Electronic Technique4PNP型三极管的组成与符号型三极管的

3、组成与符号PNPcbeebcceb PNP型三极管的结构和型三极管的结构和NPN型三极管类似，型三极管类似，两者几乎具有两者几乎具有相同的特性，只不过各电极端的电相同的特性，只不过各电极端的电压极性和电流的方向不同。压极性和电流的方向不同。Ma Liming Electronic Technique5常见三极管（用途）常见三极管（用途）Ma Liming Electronic Technique6 为使三极管具有电流放大作用，在制造过程中必须满为使三极管具有电流放大作用，在制造过程中必须满足实现放大的足实现放大的内部结构条件内部结构条件，即：，即：（1）发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度，以便

4、于有足够的）发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度，以便于有足够的载流子供载流子供“发射发射”。（2）基区很薄，）基区很薄，只有只有1微米至几十微米厚，掺杂浓度很低，以微米至几十微米厚，掺杂浓度很低，以减少载流子在基区的复合机会，这是三极管具有放大作用的关减少载流子在基区的复合机会，这是三极管具有放大作用的关键所在。键所在。（3）集电区比发射区体积大且掺杂少，以利于收集载流子。）集电区比发射区体积大且掺杂少，以利于收集载流子。由此可见，三极管并非两个由此可见，三极管并非两个PN结的简单组合，不能用两个二结的简单组合，不能用两个二极管来代替；在放大电路中也不可将发射极和集电极对调使用。极管来代替；在

5、放大电路中也不可将发射极和集电极对调使用。Ma Liming Electronic Technique7NNPCBII电流放大系数，反映了三极管的放大能力.CBII 在放大状态下在放大状态下I IC C与与I IB B成正比成正比Ma Liming Electronic Technique81、输入特性曲线 根据输入回路可知根据输入回路可知,只只有一有一PN结参与输入回路结参与输入回路,其其输入特性的函数式为输入特性的函数式为:()CEBBEuif u常数我们知道我们知道U UBEBE加在发射结上，就相加在发射结上，就相当于加在一个二极管上当于加在一个二极管上,输入特输入特性和二极管的特性曲线

6、相似性和二极管的特性曲线相似()BE onU 导通电压导通电压:Si 0.60.8V,一般取一般取0.7V;Ge 0.2V0.3V,一般取一般取0.2Vi)i)死区电压死区电压:Si:0.5V;Ge:0.1V:Si:0.5V;Ge:0.1VvBEiBovONvBEVCE=1VVCE=10VMa Liming Electronic Technique9ii)时时,为什么特性曲线向右偏移？为什么特性曲线向右偏移？CEU1V 由于由于UCE的加入使集电结反偏，必然要导致发的加入使集电结反偏，必然要导致发射极的一部分载流子参与输出回路的流通射极的一部分载流子参与输出回路的流通 在相在相同的同的U UB

7、EBE情况下，流向基极电流情况下，流向基极电流I IB B减小。减小。vBEiBovONvBEIB1IB2VCE=1VVCE=10VMa Liming Electronic Technique10对于对于NPN型三极管型三极管,工作在放大区工作在放大区时时,有有:VCVBVE对于对于PNP型三极管型三极管,工作在放大区工作在放大区时时,有有:VCVBVEVB对于对于PNP型三极管型三极管,工作在截止区工作在截止区时时,有有:VCVEVCVE对于对于PNP型三极管型三极管,工作在饱和区工作在饱和区时时,有有:VBVC ICM时时,三极管不一定会损坏三极管不一定会损坏,但但明显下降。明显下降。ii

8、i)反向击穿电压反向击穿电压U(BR)CEO、U(BR)CBO、U(BR)EBO。一般一般U(BR)CEO U(BR)CBO U(BR)EBO ii)集电极最大允许功率集电极最大允许功率PCM三极管工作时三极管工作时,uCE大部分降在集电结上，所以集电大部分降在集电结上，所以集电极功率损耗极功率损耗PC=uCEiC，会使集电结温度升高，会使集电结温度升高，PCM就是允许的最高集电结温度决定的最大集电极功耗。就是允许的最高集电结温度决定的最大集电极功耗。工作时工作时PC UWWQ(、2mA、6V)20 A1.静态工作点+VCC直 流 通 路2BR1BRERcR所以假设成立.Ma Liming E

9、lectronic Technique762.交流分析/(/)35.635.61001301.5代入数值得:ocLCLCuib bebeui RRRRAui rrkkkkkWWWWWLR+-+-cR交 流 通 路SuSRERou微变等效电路+-+-berSuSRERLRcRouibibMa Liming Electronic Technique77/代入数值得:150015=15150015iiEiBebiuRRRRriWWWWW115代入数值得:1.5k=1+100ib bebeiebeeui rrRriiWW0,0,0,3ibb令u视为开路oCiiRRkWMa Liming Electro

10、nic Technique78 计算结果表明计算结果表明:共基、共射电路共基、共射电路元件参数相元件参数相同时同时,它们的它们的电压放大倍数数值电压放大倍数数值是相等的是相等的,但但是是共基极放大电路共基极放大电路输入电阻小输入电阻小,这类电路主这类电路主要用于要用于高频高频电压放大电路电压放大电路.151301.9115oiususisuRAAuRRkWWWMa Liming Electronic Technique79三极管放大电路三种基本组态的比较 共发射极电路共集电极电路共基极电路电路形式AuriroC1RcC2RL UCCUi.Rb2ReCeUo.Rb1RoriC1C2RL UCCU

11、SReUo.RbriRSUi.brocCbRcC2RL UCCRb2ReC1Uo.Rb1RiRoUi.LbeRrb-(1)1(1)LbeLRrRbb+LbeRrbbebbRRR/21大）()1(/LbebRrR小）)(1/(beerRcR小）()1/(SbbeeRRrRcRMa Liming Electronic Technique80应应用用一般放大，多一般放大，多级放大器的中级放大器的中间级间级输入级、输出级输入级、输出级或阻抗变换、缓或阻抗变换、缓冲（隔离）级冲（隔离）级高频高频放大、宽频放大、宽频带放大震荡及恒带放大震荡及恒流电源流电源Ma Liming Electronic Tech

12、nique812.10、多级放大电路、多级放大电路 在实际的电子设备中，为了得到足够大的在实际的电子设备中，为了得到足够大的放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标要求，一个放大电路往往由多级组成。要求，一个放大电路往往由多级组成。多级放大电路由输入级、中间级及输出级多级放大电路由输入级、中间级及输出级组成，如图所示。组成，如图所示。信号源输入级中间级输出级负载多级放大电路Ma Liming Electronic Technique82 可以分别考虑输入级如何与信号源配合，输可以分别考虑输入级如何与信号源配合，输出级一般为功率放大电路来实现，如何满足负载

13、出级一般为功率放大电路来实现，如何满足负载的要求，中间级如何保证放大倍数足够大。的要求，中间级如何保证放大倍数足够大。各级放大电路可以针对自己的任务来满足技各级放大电路可以针对自己的任务来满足技术指标的要求，本章只讨论由输入级到输出级术指标的要求，本章只讨论由输入级到输出级组成的多级小信号放大电路。组成的多级小信号放大电路。信号源输入级中间级输出级负载多级放大电路Ma Liming Electronic Technique83 2.10.1、级间耦合方式级间耦合方式 多级放大电路是将各单级放大电路连接起多级放大电路是将各单级放大电路连接起来，这种级间连接方式称为耦合。要求前级的来，这种级间连接

14、方式称为耦合。要求前级的输出信号通过耦合不失真地传输到后级的输入输出信号通过耦合不失真地传输到后级的输入端。常见的耦合方式有端。常见的耦合方式有阻容耦合阻容耦合、直接耦合直接耦合及及变压器耦合变压器耦合三种形式。三种形式。Ma Liming Electronic Technique841、阻容耦合阻容耦合 阻容耦合是利用电容器作为耦合元件将前级和后级连接起来。这个电容器称为耦合电容，如图所示。V1V2Ui.C1Rb1Rc1C2Rb2Rc2C3Uo.UCC(a)Ma Liming Electronic Technique85阻容耦合两级放大电路的直流通路V1V2Rb1Rc1Rb2Rc2 UCC(

15、b)Ma Liming Electronic Technique86 阻容耦合的阻容耦合的优点优点是：前级和后级直流通路是：前级和后级直流通路彼此隔开，每一级的静态工件点相互独立，互彼此隔开，每一级的静态工件点相互独立，互不影响。便于不影响。便于分析、设计和调试分析、设计和调试电路。因此，电路。因此，阻容耦合在多级交流放大电路中得到了广泛应阻容耦合在多级交流放大电路中得到了广泛应用。用。阻容耦合的阻容耦合的缺点缺点是：信号在通过耦合电容加是：信号在通过耦合电容加到下一级时会大幅衰减，到下一级时会大幅衰减，对直流信号（或变化对直流信号（或变化缓慢的信号）很难传输；缓慢的信号）很难传输；在集成电路

16、里制造大在集成电路里制造大电容很困难，电容很困难，不利于集成化不利于集成化。所以，阻容耦合。所以，阻容耦合只适用于分立元件组成的电路。只适用于分立元件组成的电路。Ma Liming Electronic Technique87 2、直接耦合、直接耦合 直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直接相连的耦合方式，这种耦合方式称为接相连的耦合方式，这种耦合方式称为直接耦合直接耦合，如图所示。如图所示。V1V2Ui.Rb1Rc1Rb2Rc2Uo.UCCMa Liming Electronic Technique88 直接耦合的直接耦合的优点优点：所用元件少，体积

17、小，低频：所用元件少，体积小，低频特性好，便于集成化。特性好，便于集成化。直接耦合的直接耦合的缺点缺点是：由于失去隔离作用，使是：由于失去隔离作用，使前级和后级的直流通路相通，静态电位相互牵制，前级和后级的直流通路相通，静态电位相互牵制，使得各级静态工作点相互影响。另外还存在着零使得各级静态工作点相互影响。另外还存在着零点漂移现象。点漂移现象。V1V2Ui.Rb1Rc1Rb2Rc2Uo.UCCMa Liming Electronic Technique89讨论：讨论：（1）、静态工作点相互牵制。如图所示，不论）、静态工作点相互牵制。如图所示，不论V1管集电极电位在耦合前有多高，接入第二级后，管

18、集电极电位在耦合前有多高，接入第二级后，被被V2管的基极钳制在管的基极钳制在0.7V左右，致使左右，致使V2管处于临管处于临界饱和状态，导致整个电路无法正常工作。界饱和状态，导致整个电路无法正常工作。V1V2Ui.Rb1Rc1Rb2Rc2Uo.UCCMa Liming Electronic Technique90 (2)零点漂移现象。由于温度变化等原因，零点漂移现象。由于温度变化等原因，使放大电路在输入信号为零时输出信号不为零使放大电路在输入信号为零时输出信号不为零的现象称为的现象称为零点漂移零点漂移。产生零点漂移的主要原因是由于温度变化产生零点漂移的主要原因是由于温度变化而引起的，零点漂移也

19、称而引起的，零点漂移也称温度漂移温度漂移。要使用直接耦合的多级放大电路，必须解要使用直接耦合的多级放大电路，必须解决静态工作点相互影响和零点漂移问题，解决决静态工作点相互影响和零点漂移问题，解决方法我们将在差动式放大电路中讨论。方法我们将在差动式放大电路中讨论。Ma Liming Electronic Technique913、变压器耦合变压器耦合 变压器耦合是利用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来，这种耦合方式称为变压器耦合，如图所示。V1V2Ui.C1Rb11Ce1UCCRb12Re1Cb2Rb21Rb22Re2Ce2RLT1T2Ma Liming Electronic Techn

20、ique92 变压器耦合的变压器耦合的优点优点是：由于变压器不能传输是：由于变压器不能传输直流信号，且有隔直作用，因此各级静态工作直流信号，且有隔直作用，因此各级静态工作点相互独立，互不影响。变压器在传输信号的点相互独立，互不影响。变压器在传输信号的同时还能够进行同时还能够进行阻抗、电压、电流变换阻抗、电压、电流变换。变压器耦合的变压器耦合的缺点缺点是：体积大、笨重等，不是：体积大、笨重等，不能实现集成化应用。能实现集成化应用。Ma Liming Electronic Technique93 2.10.2、耦合对信号传输的影响、耦合对信号传输的影响 1.信号源和输入级之间的关系信号源和输入级之

21、间的关系 信号源接放大电路的输入级，输入级的输入信号源接放大电路的输入级，输入级的输入电阻就是它的负载，因此可归结为信号源与负电阻就是它的负载，因此可归结为信号源与负载的关系。载的关系。iSSSiiSiSiRRRIIRRRUUMa Liming Electronic Technique942、各级间的关系各级间的关系 中间级级间的相互关系归结为：中间级级间的相互关系归结为：前级的输出前级的输出信号为后级的信号源，其输出电阻为信号源内信号为后级的信号源，其输出电阻为信号源内阻，后级的输入电阻为前级的负载电阻。阻，后级的输入电阻为前级的负载电阻。如图如图所示所示,第二级的输入电阻为第一级的负载，第

22、三第二级的输入电阻为第一级的负载，第三级的输入电阻为第二级的负载，依次类推。级的输入电阻为第二级的负载，依次类推。rbe1eLRiU1112/bbRR1CRoU1bI11bIiIrbe22122/bbRR2CR22bI2bIMa Liming Electronic Technique951）多级放大电路电压放大倍数）多级放大电路电压放大倍数121212,ooonuuuniiinUUUAAAUUUrbe1eLRiU1112/bbRR1CRoU1bI11bIiIrbe22122/bbRR2CR22bI2bI1223(1),oioioni nUUUUUU所以总的电压放大倍数为：所以总的电压放大倍数为

23、：121onuuuuniUAAAAUMa Liming Electronic Technique96 2）多级放大电路的输入、输出电阻）多级放大电路的输入、输出电阻 多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，其输出电阻就是最后一级的输出电阻。阻，其输出电阻就是最后一级的输出电阻。rbe1eLRiU1112/bbRR1CRoU1bI11bIiIrbe22122/bbRR2CR22bI2bIMa Liming Electronic Technique97 例例:电 路 如 图 所 示，已 知 UC C=6 V，Rb1=430,Rc1=2k,Rb2=270k

24、,Rc2=1.5k,rbe2=1.2k,1=2=50,C1=C2=C3=10F,rbe1=1.6k,求：(1)电压放大倍数；(2)输入电阻、输出电阻。V1V2Ui.C1Rb1Rc1C2Rb2Rc2C3Uo.UCC(a)Ma Liming Electronic Technique98解：解：(1)电压放大倍数电压放大倍数222/270/1.21.2ibberRrkkkWW WV1V2Ui.C1Rb1Rc1C2Rb2Rc2C3Uo.UCC(a)112/2/1.20.75LciRRrkkk WW W11150 0.7523.41.6LubeRkArkW WMa Liming Electronic T

25、echnique9922250 1.562.51.2cubeRkArkW WV1V2Ui.C1Rb1Rc1C2Rb2Rc2C3Uo.UCC(a)12(23.4)(62.5)1462.5uuuAAA Ma Liming Electronic Technique100 在工程上电压放大倍数常用分贝表示，折算在工程上电压放大倍数常用分贝表示，折算公式为：公式为：uuAdBAlg20)(1112()20lg20lg()20lg20lguuuuuuA dBAAAAA上题用分贝可表示为：上题用分贝可表示为：1()20lg23.427.4()uAdBdB2()20lg62.535.9()uAdBdB()27

26、.635.963.3()uA dBdBMa Liming Electronic Technique101(2）输入电阻、输出电阻）输入电阻、输出电阻111/iibberRRrV1V2Ui.C1Rb1Rc1C2Rb2Rc2C3Uo.UCC(a)2ocrRMa Liming Electronic Technique102 2.10.3、组合放大电路、组合放大电路 三种基本组态电路的性能各有特点，根三种基本组态电路的性能各有特点，根据三种组态电路不同的特点，将其中任意两据三种组态电路不同的特点，将其中任意两种组态相组合，可以构成不同的放大电路，种组态相组合，可以构成不同的放大电路，使其更适合实际电路

27、的需要。下面介绍几种使其更适合实际电路的需要。下面介绍几种常见的组合放大电路。常见的组合放大电路。Ma Liming Electronic Technique1031、共集共射极组合电路、共集共射极组合电路 如图所示，电路增益主要由共射极电路提供，如图所示，电路增益主要由共射极电路提供，共集电极电路主要用来共集电极电路主要用来提高输入电阻提高输入电阻。V1V2Ui.C1Rb1C2Rb21Rc2C3 UCC(a)Re1Rb22Re2Ce2RLMa Liming Electronic Technique104输入电阻22111111/)1(/bebeLLebirRRRRrRr22122/bbbRR

28、RV1V2Rb1(b)Rb2Rc2Rc1RLriMa Liming Electronic Technique105电压放大倍数 22/LcLRRR 式中122221/uuuLbeAAARr 12uuuAAAV1V2Rb1(b)Rb2Rc2Rc1RLriMa Liming Electronic Technique1062、共射、共射共基极组合放大电路共基极组合放大电路 如图所示，由于后级的输入电阻为前级的输出负载电阻，而共基极组态电路的输入电阻很小，使前级共射极组态电路的电压增益减小，因此，组合电路的电压增益主要由共基电路提供。Ma Liming Electronic Technique107V

29、1V2Ui.C1Rb11Ce1Rb21Rc2C3 UCC(a)Re1Rb22Ce2RLRb12C2Rc1共射共基极组合放大电路Ma Liming Electronic Technique108(b)共射共基极组合电路交流通路V1V2Rb1(b)Re2Rc2Rc1RLriMa Liming Electronic Technique109V1V2Rb1(b)Re2Rc2Rc1RLri111/ibbeberRrr21122/(1)beLcerRRR 1111LubeRAr Ma Liming Electronic Technique110V1V2Rb1(b)Re2Rc2Rc1RLri22/LcLRRR 2222LubeRAr12uuuAAA