模拟电子技术基础-第二章课件.ppt
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- 模拟 电子技术 基础 第二 课件
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1、第二章 双极型晶体二极管及基本放大电路双极型晶体三极管双极型晶体三极管放大器的工作原理放大器的工作原理放大电路的分析方法放大电路的分析方法共集放大电路共集放大电路共基放大电路共基放大电路极间耦合方式极间耦合方式第一节第一节第二节第二节第三节第三节第四节第四节第五节第五节第六节第六节 半导体三极管有两大类型半导体三极管有两大类型:双极型半导体三极管双极型半导体三极管 场效应半导体三极管场效应半导体三极管一 晶体三极管的工作原理双极型半导体三极管是由两种双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件,载流子参与导电的半导体器件,它由两个它由两个 PN 结组合而成,是结组合而成,是电流控制电流
2、电流控制电流(CCCS)器件。器件。场效应管仅由一种载流子参与场效应管仅由一种载流子参与导电,是电压控制电流导电,是电压控制电流(VCCS)器件。器件。第一节 双极型晶体三极管 (一)(一)晶体三极管的结构晶体三极管的结构(二)(二)晶体三极管内部载流子传输过程晶体三极管内部载流子传输过程(三)(三)晶体三极管的电流关系晶体三极管的电流关系(四)(四)晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线(五)(五)晶体三极管的参数晶体三极管的参数(六)(六)晶体三极管的型号晶体三极管的型号 一.晶体三极管的工作原理图图 02.01 02.01 两种极性的双极型三极管两种极性的双极型三极管(一)晶体三极管的
3、结构 双极型半导体三极管的结构示意图如图双极型半导体三极管的结构示意图如图02.01所示。所示。分两种类型分两种类型:NPN型和型和PNP型:型:E-B间的间的PN结称为结称为发射结发射结(Je)C-B间的PN结成为集电结(Jc)称为基区,加上电极称为称为基区,加上电极称为基极,基极,用用B或或b表示(表示(Base););称为发射区,电极称为称为发射区,电极称为发射极,发射极,用用E或或e表示(表示(Emitter););称为集电区和称为集电区和集电极,集电极,用用C或或c表示(表示(Collector)。)。1.符号:符号:双极型三极管的符号如图双极型三极管的符号如图:发射极的箭头代表发射
4、极电流的实际方向。发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。2.特点特点:(1).发射区的掺杂浓度大。发射区的掺杂浓度大。(2).集电区掺杂浓度低,且集电结面积大。集电区掺杂浓度低,且集电结面积大。(3).基区要制造得浓度低,且很薄。基区要制造得浓度低,且很薄。(其厚度一般在几个微米至几十个微米(其厚度一般在几个微米至几十个微米)(二)(二).三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1.1.三极管具有放大功能的条件三极管具有放大功能的条件:必须满足:必须满足:(1).(1).内部条件内部条件:发射区浓度高,基区浓度低且薄。发射区浓度高,基区浓度低且薄。(2).(2).外部条件外部条件:
5、发射结加正向电压发射结加正向电压,集电结加反向电压。集电结加反向电压。1.1.使三极管的发射区向基区注入电子使三极管的发射区向基区注入电子;2.2.通过发射结位垒的控制和基区的传送通过发射结位垒的控制和基区的传送;3.3.最后由集电极收集电子。最后由集电极收集电子。结结 论论 (1).由于由于发射结正偏,将有大量发射结正偏,将有大量的电子从发射基区扩散,的电子从发射基区扩散,形成形成的电流为的电流为IEN。(3).电子流在基区停留时间很短,在集电结反偏电压电子流在基区停留时间很短,在集电结反偏电压作用下作用下,很快进入集电结的结电场区域,被集电极收很快进入集电结的结电场区域,被集电极收集,集,
6、形成集电极电流形成集电极电流ICN。图图 02.02 02.02 三极管的电流传三极管的电流传输关系输关系(2).基区向发射区也有空穴的扩基区向发射区也有空穴的扩散运动,但数量小,散运动,但数量小,形成的电流形成的电流为为IEP,只有少数电子在基区被复,只有少数电子在基区被复合,合,形成的电流是形成的电流是IBN。2.载流子的传输过程载流子的传输过程:另外因集电结反偏,使集电结区的少子形成另外因集电结反偏,使集电结区的少子形成漂移漂移电流电流ICBO综上所述综上所述,可得如下电流可得如下电流关系式关系式:IE=IEN IEP 且有且有IENIEP IEN=ICN+IBN 且有且有IEN IBN
7、 ICNIBNIC=ICN+ICBO IB=IEP+IBNICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)得得:IE=IC+IB 由以上分析可知由以上分析可知:1.1.发射区掺杂浓度发射区掺杂浓度高高,基区很,基区很薄薄,是保证,是保证三极管能够实现电流放大的关键。三极管能够实现电流放大的关键。2.2.两个两个PNPN结对接,相当基区很结对接,相当基区很厚厚,所以没,所以没有电流放大作用。有电流放大作用。3.3.基区从基区从厚厚变变薄薄,是两个,是两个PNPN结演变为三极结演变为三极管从管从量变量变引起引起质变质变的过程。的过程。结结 论
8、论(三)三极管共基连接电流分配关系(三)三极管共基连接电流分配关系1.1.三种组态三种组态:三极管有三个电极,两个为三极管有三个电极,两个为输入输入,两个为两个为输出输出,必然,必然有一个极是有一个极是公共电极公共电极。共有三种接法也称。共有三种接法也称三种组态三种组态:(2).共基极接法共基极接法:基极作为公共电极,用基极作为公共电极,用CB表示。表示。(1).共射极接法共射极接法:射极作为公共电极,用射极作为公共电极,用CE表示;表示;图图 02.03 02.03 三极管的三种组态三极管的三种组态(3).共集电极接法:共集电极接法:集电极作为公共电极,用集电极作为公共电极,用CC表示表示2
9、.三极管的电流放大系数为表示集电极电流为表示集电极电流IC和发射极电流和发射极电流IE之间的关系,之间的关系,定义了共基接法时的直流电流放大系数定义了共基接法时的直流电流放大系数:IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBOIIECN发射区注入的电流传输到集电极的电流_);(10IIIIIECEcboCBCBOBBC1)11(IIIIIBB1)1(II1因 1,1=IC/IB=(ICN+ICBO)/IB11CBOBCIII定义定义共发射极接法直流电流放大系数共发射极接法直流电流放大系数:IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO由于由于:3.共射极连接
10、时工作原理 若:若:rbe=1k,RL=1k ,=100,则则:AU=100.有很小的有很小的Ui引起引起Ib 明显的变化,明显的变化,导致导致 Ic较大的变化较大的变化,从而引起,从而引起较大的较大的Uo变化,变化,以此体现放大作用。以此体现放大作用。rRrIRIUUAbeLbebLciOU输入电压输入电压Ui;输出电压输出电压Uo 共射极电路的电压增益为:共射极电路的电压增益为:Uo Ui二二.双极型半导体三极管的特性曲线双极型半导体三极管的特性曲线B是输入极,是输入极,C是输出极,是输出极,E是公共极。所以曲是公共极。所以曲线是共射极接法的特性曲线。线是共射极接法的特性曲线。iB是输入电
11、流,是输入电流,vBE是输入电压。是输入电压。iC是输出电流,是输出电流,vCE是输出电压。是输出电压。输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const 输出特性曲线输出特性曲线iC=f(vCE)iB=const共发射极接法三极管的特性曲线共发射极接法三极管的特性曲线:图图02.04 02.04 共发射极接法的电压电流关系共发射极接法的电压电流关系共射极接法的供电电路和电压电流关系如图共射极接法的供电电路和电压电流关系如图:(3).UCE 1V或再增加时或再增加时:曲线的右移是三极管内部基区曲线的右移是三极管内部基区调制效应调制效应;右移不明显说明基区调制效应右移不明显说明基区调
12、制效应 很弱。很弱。输入特性曲线的分区输入特性曲线的分区:死区死区 非线性区非线性区 线性区线性区1.输入特性曲线图图02.05 02.05 共射接法输入特性曲线共射接法输入特性曲线(1).当当UCE=0V时时:相当于相当于PN结的正向特性曲线。结的正向特性曲线。(2).当当UCE=1V时时:UCB=UCE-UBE0,集电结进入反偏状态,集电结进入反偏状态,开始收集电子,且基区复合减少,开始收集电子,且基区复合减少,IC/IB增大,特性曲线将向增大,特性曲线将向右移动一些。右移动一些。(3).UCE 1V或再增加时或再增加时:曲线右移不明显。曲线右移不明显。曲线的右移是三极管基区调制曲线的右移
13、是三极管基区调制效应效应;右移不明显说明基区调右移不明显说明基区调制效应很弱。制效应很弱。输入特性曲线的分区输入特性曲线的分区:死区死区 非线性区非线性区 线性区线性区1.输入特性曲线图图02.05 02.05 共射接法输入特性曲线共射接法输入特性曲线(1).当当UCE=0V时时:相当于相当于PN结的正向特性曲线。结的正向特性曲线。(2).当当UCE=1V时时:UCB=UCE-UBE0,集电结进入反,集电结进入反 偏状态,开始收集电子,且基区复合减少,偏状态,开始收集电子,且基区复合减少,IC/IB增增大,特性曲线将向右移动一些。大,特性曲线将向右移动一些。2.输出特性曲线(1).(1).当当
14、U UCECE=0V=0V时时:集电极无收集作用,集电极无收集作用,i iC C=0=0。V VCECE刚增大时刚增大时,发射结虽处于,发射结虽处于正向电压下,但集电结反正向电压下,但集电结反偏电压很小,如偏电压很小,如:U UCECE 1V;1V;U UBEBE=0.7V=0.7V U UCBCB=U UCECE-U UBEBE=0.7V=0.7V集电区收集电子的能力很弱。集电区收集电子的能力很弱。iC主要由主要由UCE决定。决定。图图02.06 02.06 共射极接法输出特性曲线共射极接法输出特性曲线共射极接法的输出特性曲线共射极接法的输出特性曲线:为以为以i iB B为参变量的一为参变量
15、的一族特性曲线,现以其中任何一条为例族特性曲线,现以其中任何一条为例:图图02.06 02.06 共发射极接法输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线(3 3).U UCECE再增加时:再增加时:电流无明显增加。特性电流无明显增加。特性曲线进入与曲线进入与U UCECE轴基本平轴基本平行的区域行的区域 (这与输入特这与输入特性曲线随性曲线随U UCECE增大而右移增大而右移的原因是一致的的原因是一致的)(2).U UCE CE 1V1V时:时:如:如:U UBE BE 0.7V0.7V,运动到,运动到集电的电子基本上都被收集电的电子基本上都被收集。集。输出特性曲线U UbebeUhhrere则:则
16、:R Rb b可视为开路可视为开路把三极管用把三极管用h h等效电路代等效电路代替,可得放大器的等效电替,可得放大器的等效电路。如图:路。如图:Rs+-Us+-RsUsRbUoUiRLIiIoRs+-Us1.1.输入电阻输入电阻R Ri i:UiRi=Ui/Ii=hie+hre Uo/Ii UoUi=Ii hie+hre UoUo=-Io RL=-(hie Ii+hie Uo)RL联立求得联立求得RhRIhULoeLifeo1 带入上式得:带入上式得:Ri=hie+hfe hre/(1/RL+hoe)输入阻抗是放大器的个输入阻抗是放大器的个 重要指标。重要指标。Ri的值越大越好。的值越大越好。
17、Ri+-RsUsRbUoUiRLIiIoRs+-Us2.2.电流增益电流增益A AI I:3.3.电压增益电压增益A AU U:RhhIUhhIUhIhIIALoefeiooefeiooeifeioI1 IoIiUiUoRRhRIRIhRIRIUUAiLfeiiLifeiiLoioU前面求过前面求过4.4.输出阻抗输出阻抗R Ro o:RsIo输出阻抗可按下图求解,图中作如下处理:输出阻抗可按下图求解,图中作如下处理:(1).(1).将输入信号将输入信号U Us s短路,保留短路,保留 R Rs s。(2).(2).将负载将负载R RL L开路,外加激励开路,外加激励 U Uo o,产生电流,
18、产生电流I Io o。Ro则:则:UIYIURoooooohUIhYoeoifeoIiRhhhYsierefeohhRhYZRreiesieooo1输入输入:RsIi+hieIi+hreUo=0可得可得:RhhUIsiereoiUoUo(二二)简化简化h h参数模型微变等效电路参数模型微变等效电路 简化的三极管简化的三极管h h参数模型,如图所示。参数模型,如图所示。图中作了两处忽略:图中作了两处忽略:h hrere反映管子内部反馈因数量反映管子内部反馈因数量 很小,可以忽略。很小,可以忽略。h hoe oe=1/=1/rce为电导量纲,与电为电导量纲,与电 并联时分流极小,可作开路并联时分流
19、极小,可作开路 处理。处理。图图 03.19 03.19 三极管简化三极管简化h h参数模型参数模型1.h h参数微变等效电路简化模型参数微变等效电路简化模型:(二二)简化简化h h参数模型微变等效电路参数模型微变等效电路 简化的三极管简化的三极管h h参数模型,如图所示。参数模型,如图所示。图中作了两处忽略:图中作了两处忽略:h hrere反映管子内部反馈因数量反映管子内部反馈因数量 很小,可以忽略。很小,可以忽略。h hoe oe=1/=1/rce为电导量纲,与电为电导量纲,与电 并联时分流极小,可作开路并联时分流极小,可作开路 处理。处理。图图 03.19 03.19 三极管简化三极管简
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