第2章三极管及其放大电路-课件.ppt
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- 三极管 及其 放大 电路 课件
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1、模 拟 电 子 技 术晶体管晶体管图图1.3.1 晶体管的几种常见外形晶体管的几种常见外形晶体三极管、半导体三极管,晶体三极管、半导体三极管,简称:简称:晶体管晶体管或或三极管三极管模 拟 电 子 技 术NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB图图1.3.2 晶体管的结构和符号晶体管的结构和符号1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型符号符号:模 拟 电 子 技 术内内部部结结构构发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度
2、低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大模 拟 电 子 技 术1.3.2晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏图图1.3.3 基本共射放大电路基本共射放大电路集电结反偏集电结反偏模 拟 电 子 技 术一、晶体极管内部载流子的运动一、晶体极管内部载流子的运动1)发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子,形成发射极电流形成发射极电流 IE。I CN多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN。IE少数与空穴复合,形成少数与空穴复合,形成 IBN。I BN基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移
3、(ICBO)I CBOIB即:即:IB=IBN ICBO 2)电子到达基区后,电子到达基区后,(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略)模 拟 电 子 技 术I CNIEI BNI CBOIB 3)集电区收集扩散过集电区收集扩散过 来的载流子形成集来的载流子形成集 电极电流电极电流 ICICI C=ICN +ICBO 模 拟 电 子 技 术二、二、晶体管的电流分配关系晶体管的电流分配关系当管子制成后,发射区载流子浓度、基区宽度、当管子制成后,发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定,故电流的比例关系确定,即:集电结面积等确定,故电流的比例关系确定,即:IB=I BN ICBO
4、 IC=ICN +ICBOBNCNII CEOBCBOBC)1(IIIII CBOBCBOCIIII 穿透电流穿透电流(1.3.5)三、晶体管的共射电流放大放大系数三、晶体管的共射电流放大放大系数模 拟 电 子 技 术IE=IC+IBCEOBCIII BCEIII BC II BE)1(II CEOBE)1(III(1.3.6)(1.3.7)(1.3.5)一般:一般:IBICBO1 电流放大倍数电流放大倍数(1.3.4)模 拟 电 子 技 术uiuoCEB共基极共基极 (1.3.11)模 拟 电 子 技 术1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线一、输入特性一、输入特性曲线曲线输入
5、输入回路回路输出输出回路回路常数常数 CE)(BEBuufi0CE u与二极管特性相似与二极管特性相似模 拟 电 子 技 术BEuBiO0CE uV 1CE u0CE uV 1CE u特性基本特性基本重合重合(电流分配关系确定电流分配关系确定)特性右移特性右移(因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子)导通电压导通电压 UBE(on)硅管:硅管:(0.6 0.8)V锗管:锗管:(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 V图1.3.5 晶体管的输入特性曲线V 5.0CEu模 拟 电 子 技 术二、输出特性二、输出特性曲线曲线常常数数 B)(CECiufi50 A40 A30 A20 A1
6、0 AIB=04321iC/mAuCE/VO 2 4 6 8 截止区:截止区:IB 0 IC=ICEO 0条件:条件:发射结发射结uBE模 拟 电 子 技 术iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43212.放大区:放大区:CEOBCIII 放大区放大区截止区截止区条件:条件:发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点:特点:水平、等距水平、等距离、离、与横轴平行与横轴平行ICEO模 拟 电 子 技 术iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43213.饱和区:饱和区:uCE u BEuCB=
7、uCE u BE 0条件:条件:两个结正偏两个结正偏特点:特点:IC u ON模 拟 电 子 技 术1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数BCEOCIII 1共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数 2共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数 ECII 3极间反向电流极间反向电流 ICBO、ICEO反向饱和电流反向饱和电流 ICBO:发射极开路时集电结的反向电流。:发射极开路时集电结的反向电流。穿透电流穿透电流ICEO:基极开路时的集电极与发射极之间的电流。:基极开路时的集电极与发射极之间的电流。CBOCEOI1I)(一、直流参数一、直流参数 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。BC
8、II模 拟 电 子 技 术二、交流参数二、交流参数1.共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数常常量量 CEUBCii 2.共基交流电流放大系数共基交流电流放大系数常量CBUECii 大多数场合,可以认为:大多数场合,可以认为:模 拟 电 子 技 术3.特征频率特征频率 fT:由于由于PN结节电容的影响,三极管结节电容的影响,三极管值会随工作信号频率值会随工作信号频率的升高而变小。的升高而变小。1使使|下降为下降为1的的信号频率称为信号频率称为 特征频率特征频率fT。特征频率特征频率0模 拟 电 子 技 术硅管能够承受的最高结温为硅管能够承受的最高结温为150,锗管为,锗管为70。图图1.3.
9、7 晶体管的极限参数晶体管的极限参数三、极限参数三、极限参数1.最大集电极耗散功率最大集电极耗散功率PCM:取决定于晶体管能承受的最大温升。取决定于晶体管能承受的最大温升。PCM=iC uCE=常数常数uCE与与iC的乘积的乘积为双曲线的一支。为双曲线的一支。PCM=iC uCE。模 拟 电 子 技 术2.最大集电极电流最大集电极电流 ICMiC在相当大的范围内在相当大的范围内值基本不变,但当值基本不变,但当iC的数值大到一的数值大到一定程度时定程度时值将减小。值将减小。使使值明显减小的值明显减小的iC即为即为ICM。对于合金型小功率管,定义当对于合金型小功率管,定义当UCE=1V时,由时,由
10、PCM=iC uCE得出的得出的 iC 即为即为ICM。实际上,当晶体管的实际上,当晶体管的iC大于大于ICM时,晶体管不一定损坏,时,晶体管不一定损坏,但但明显下降。明显下降。ICM0与与IC的关系的关系模 拟 电 子 技 术3极间反向击穿电压极间反向击穿电压晶体管的某一电极开路时,另外两个电极间晶体管的某一电极开路时,另外两个电极间所允许加的最高反向电压即为极间反向击穿电所允许加的最高反向电压即为极间反向击穿电压,超过此值时管子会发生压,超过此值时管子会发生击穿现象击穿现象。下面是各种击穿电压的定义:下面是各种击穿电压的定义:模 拟 电 子 技 术二、温度对输入特性曲线的影响二、温度对输入
11、特性曲线的影响温度升高,输入特性曲线温度升高,输入特性曲线向左移。向左移。温度每升高温度每升高 1 C,UBE (2 2.5)mV。BEuBiOT2 T1具有负温度系数具有负温度系数1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响模 拟 电 子 技 术温度升高,输出特性曲线温度升高,输出特性曲线向上移。向上移。iCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每升高温度每升高 1 C,(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O三、温度对输出特性曲线的影响三、温度对输出特性曲线的影响模 拟 电 子 技 术总结总结:晶体管电路分析方法:晶体管电路分析方法三
12、种工作状态分析三种工作状态分析状态电流关系 条 件放大放大I C=IB发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏饱和饱和 I C Uon 则则导通导通以以 NPN为为 例:例:UBE UB UE放大放大UB UC UE饱和饱和PNP 管管UC UB UE放大放大饱和饱和UB UC IBQ 则则CCb2b1b1BQVRRRU T IC IE IC UE、UB不变不变 UBE IB(直流负反馈直流负反馈)一般取一般取 I1=(510)IBQ,UBQ=3V5VI2=I1+IBQ模 拟 电 子 技 术Q点稳定的过程:点稳定的过程:在稳定的过程中,在稳定的过程中,Re起起着重要作用,当晶体管的输着重要作用
13、,当晶体管的输出回路电流出回路电流Ic变化时,通过变化时,通过发射极电阻发射极电阻Re上产生电压的上产生电压的变化来影响变化来影响 b e 间电压,间电压,从而使从而使Ic向相反方向变化,向相反方向变化,达到稳定达到稳定Q点的目的。点的目的。+-I2 I1 IC 图图 2.4.3 直直流流通通路路 Rc Re VCC Rb2 Rb1 VB IBQ VRe IE+-B模 拟 电 子 技 术反馈反馈 将将输出量输出量(Ic)通过一定的方式通过一定的方式(利用利用Re将将Ic的的变化转化成电压变化转化成电压UE的变化的变化)引引回到输入回到输入回路来影响回路来影响输入量输入量(UBE)的措施称为反馈
14、。的措施称为反馈。负反馈负反馈 由于反馈的结果使输出由于反馈的结果使输出量的变化减小,故称为负反馈。量的变化减小,故称为负反馈。直流负反馈直流负反馈 由于反馈由于反馈出现在直流通路之中,出现在直流通路之中,故称为直流负反馈。故称为直流负反馈。+-I2 I1 IC 图图 2.4.3 直直流流通通路路 Rc Re VCC Rb2 Rb1 VB IBQ VRe IE+-B直流负反直流负反馈电阻馈电阻模 拟 电 子 技 术总结总结Q点稳定的原因:点稳定的原因:(1)Re的直流负反馈作用;的直流负反馈作用;BQII 1(2)在)在 情况下,情况下,UBQ在温在温度变化时基本不变度变化时基本不变+-I2
15、I1 IC 图图2.4.3 直直流流通通路路 Rc Re VCC Rb2 Rb1 VB IBQ VRe IE+-B这种电路称为这种电路称为分压分压式式电流负反馈电流负反馈Q点点稳稳定电路定电路。模 拟 电 子 技 术HomeNextBack二、二、Q Q点的估算点的估算CCb2b1b1BQVRRRU eBEQBQEQCQRUUII )(ecCQCCeEQcCCCCEQRRIVRIRIVU CBQII +-I2 I1 IC 图图 2.4.3 直直流流通通路路 Rc Re VCC Rb2 Rb1 VB IBQ VRe IE+-B已知已知I I1 1IIBQBQ(2.4.3)模 拟 电 子 技 术直
16、流通路直流通路交流通路交流通路Ce的存在,交流通路中的存在,交流通路中Re被短路,发射极直接接地。被短路,发射极直接接地。注意:注意:Rb与与rbe并联并联而不是串联。而不是串联。三、三、动动态态参参数数的的估估算算模 拟 电 子 技 术RiRo)/(beLbeLcLLbbIOuRRRrRrIRIUUA beb2b1i/rRRR Ro=RC模 拟 电 子 技 术无无Ce电路的交流参数计算公式电路的交流参数计算公式ebbebeebebiRIrIRIrIU)1(LbLcoRIRIU bce模 拟 电 子 技 术)/()1(cLLebeLIOuRRRRrRUUA )1(/2/1eRberbRbRiR
17、cRoR eLIOuRRUUA (2.4.8)Au仅决定于电阻取值,仅决定于电阻取值,不受温度影响。不受温度影响。ebbebeebebiRIrIRIrIU)1(LbLcoRIRIU 则则且且若若,1,)1(beerR模 拟 电 子 技 术例例2.4.1 已知已知VCC=12 V,Rb1=5k,Rb2=15 k,Re=2.3 k,Rc=5.1 k,RL=5.1 k,=50,rbe=1 k,UBEQ=0.7 V。求:求:“Q”,Au,Ri。1)求求“Q”)(UV 3155125BQ )mA(13.27.03EQCQ IIA)(20mA)(02.0)(5011 11BQ mAI)V(6.4)3.21
18、.5(112CEQ U+VCCRCC1C2RLRe+Ce+Rb2Rb1+ui+uo 解解 IBQUCEQ(1+)ReRb1/Rb2模 拟 电 子 技 术 当无当无Ce时,电路的电压放大能力很差,因此在时,电路的电压放大能力很差,因此在实用电路中实用电路中常常将常常将Re分成两部分分成两部分,只将其中一部分,只将其中一部分接旁路电容。接旁路电容。(2)求解求解Au和和Ri。当有。当有Ce时:时:855.11.51.51.51.550 beL rRAu krRRR07.1/beb2b1i所所以以且且时时,由由于于当当无无,1,)1(beeerRC7.1 eLuRRA模 拟 电 子 技 术2.5 晶
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