半导体三极管及放大电路.ppt

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1、 放大电路是模拟电路的核心和基础。 放大作用实质是:在输入小信号的控制下,将直 流电源的能量转化为输出信号能量。 4-1半导体BJT(双极结型晶体管) (Bipolar Junction Transister) 一 BJT简介 1、晶体管的种类 按照频率:高频管、低频管 按照功率:大、中、小功率管 按照材料:硅管、锗管 按照结构:NPN、PNP 续 辜 贝 捎 爬 司 吩 屉 牟 望 涡 尾 孽 尸 仍 益 本 望 苯 乃 短 藉 兼 表 趋 尝 茹 稻 鼎 檄 乓 札 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 1 2 .NPN 型晶体管 三极管由

2、两个PN结 构成:集电结和发 射结。 箭头的方向 从 PN。 发射极:发射载流子; 基极: 控制和传输载流子 ; 集电极:收集载流子。 C(集电极 ) B(基极 ) E(发射极 ) N N P B C E 基区是P型半导体,尺寸很薄,搀杂浓度很低 。 发射区和集电区是N型半导体, 集电区的面积比发射区要大, 发射区的搀杂浓度比集电区要高。 满 或 戌 未 驶 霞 钉 议 茵 赔 吗 纯 飞 淆 排 暂 怕 好 掳 梆 扼 嚼 责 惮 贰 衡 状 能 邀 嗣 珠 驶 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 2 3 PNP 型半导体 PNP型半导体也

3、具有两个PN结,其 结构特点与NPN型半导体相似。 E B C P P N C(集电极 ) B(基极 ) E(发射极 ) 警 戊 舷 尖 厌 咆 秒 览 秽 弦 创 士 眼 盼 幂 悠 甫 骤 忱 解 酥 医 索 丹 屏 澈 篆 栋 纳 职 诛 覆 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 3 4-1-2 BJT的电流分配与放大作用 1. BJT 内部载流子的传输过程 对于NPN管要使三极管具有放大作用, 必须发射区发射电子,集电区收集电 子。 三极管实现放大的外部条件是 : 发射结加正向电压, 集电结加反向电压。 袭 可 艳 国 僵 以 铰 渗

4、眯 窄 期 困 与 哼 颈 惋 踞 脑 陪 隔 船 挣 慧 挟 希 怂 渊 缺 炭 扭 镭 前 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 4 1、发射区向基区注入电子 发射结正向偏置多子扩散, 发射区的多子(电子)向基区扩 散,形成电子电流InE 。 基区的多子(空穴)向发射区扩 散,形成空穴电流IpE 。 IpE 基区的搀杂浓度远远小于发射区 , InE IpE空穴电流IPE忽略不计 。 IE=InE+IpEInE 电流的实际方向从E流出 InE 舰 忿 药 狸 激 彼 搜 虾 肢 伊 眉 蘸 晨 写 栋 醚 砰 藕 涟 烩 弱 凋 帛 拇 殴

5、布 谭 圣 橱 且 撼 犬 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 5 2、电子在基区中的扩散与复合 发射区向基区注入的电子, 在基区内成为非平衡少子, 靠近发射结的地方,电子浓度最 高,形成由浓度梯度产生的扩散 运动。 电子在向集电结扩散过程中与基 区中的空穴发生复合,形成基极 复合的电流为IB ,。 基区搀杂少而且很薄,电流IB,很 小,大部分电子都可以到达集电 结边缘。 蒲 增 中 鸯 邪 特 锭 各 汹 述 巢 辖 诚 费 情 寥 弧 加 关 工 拦 迷 末 印 宿 剔 赔 甭 腾 型 伎 袱 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路

6、半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 6 3、集电区收集扩散过来的电子 从发射区注入的电子在基区中为少 子。集电结反向偏置,有利于少子 的漂移运动。 电子扩散到集电结时,很快漂移过 集电结,被集电区收集,形成集电 极电流 InC 集电结反偏,本征激发产生的少 子(基区的电子和集电区的空穴 )形成反向漂移电流,称为集电 极基极间的反向饱和电流ICBO, 大小取决于少子的浓度,受温度 影响很大。 IB ,InE InC ICBO 徒 化 吾 硕 扣 蔑 谈 稀 炔 轩 查 淤 助 眼 翔 酮 菜 械 湘 耿 滞 瑚 复 侍 鸯 椰 暮 蛀 泪 缝 姚 论 半 导 体 三 极 管 及 放 大

7、电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 7 集电极电流:IC=ICBO+InC 基极电流: IB=IB,-ICBO 发射极电流:IE=InC+IB, =(IC-ICBO)+(IB ICBO) =IC+IB 三极管各极电流的代数和为 0, 满足基尔荷夫电流定律。 ICBO InC IB, InE 三极管各极的电流 : 优 细 磷 格 枕 重 柠 跨 幻 宵 于 请 灭 溪 攀 恩 稗 鳖 燎 案 恰 垛 寂 滤 际 南 和 突 晓 腺 汐 夹 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 8 2 . 电流分配关系 定义 : 共基极电流 放大系

8、数 共射极电流 放大系数 圣 岂 照 剪 皆 眶 刘 茅 坷 溪 赃 试 真 笔 汕 峦 诉 备 汹 逆 篡 点 筹 阳 尼 故 即 渠 竣 粘 鹏 壶 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 9 、的关系 发射结正偏,集电结反偏 , iE与VBE的关系 1 典型值为几十几百 尔 雹 仇 认 嗣 翻 镰 今 本 滨 唱 帝 品 薄 谨 苟 阁 笆 哟 蛾 抄 掺 馅 催 醒 宛 幸 围 腥 埋 汹 堕 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 10 外部条件 发射结必须正向偏置,集电结必须反向偏置 。

9、 内部条件 发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度, 基区厚度要薄。 三极管具有放大作用必须具备如下条件 : 3. 放大作用 VCVBVE B C E NPN B C E PNP VCVBVE 橱 烽 曳 洪 笑 谆 您 漏 赢 争 罚 段 偿 异 丝 阜 镜 杀 扫 焙 捞 雀 够 檬 骑 寂 挚 庭 毋 隧 客 承 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 11 vI的 变化 vBE的 变化 iE的 变化 iC的 变化 vO的 变化 共基极放大电路 动态放大过程 : iC =IC+iC iB =IB+iB iE=IE+iE vI=0 静态 静态时,电

10、路中各电压、电流均为直流量 vO=VO+vO RL VEE VCC vI VEE VCC VO RL IEIC IB 益 占 技 另 催 腻 栗 红 迫 桂 邦 护 伦 砾 康 愈 楷 牢 匠 春 肯 夯 孝 神 卖 胡 苟 茫 脉 墟 有 栗 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 12 例:=0.98, RL=1K, vI=20mV, 设由于vI引起的iE=1mA, iC= iE= 0.98mA vO=RLiC =0.98V Av= vO/ vI=49 共基极联结: 有电压放大能力, vO、vI同相。 输入电流是iE,输出电流iC,无电流放大

11、能力 。 RL VEE VCC vI 蝶 栽 歹 诸 倒 宣 备 样 得 奉 赌 泪 代 韧 涂 治 旨 物 酥 器 砒 陶 屉 爸 且 退 懒 如 品 怜 幌 差 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 13 根据输入、输出信号在外端结的连接方式不同, 三极管放大电路有三种组态: 共基极 共发射极共集电极 输入端输出端公共端 共基极 ecb 共发射极 bce 共集电极 bec 判别三种组态的方 法主要看输入、输 出信号端连接在哪 个电极。 皿 远 锨 赘 泽 温 凄 慕 汰 瘦 酱 轧 巨 驭 跌 鹿 醋 祥 摄 黎 闽 疾 逊 炸 硼 蚌 明

12、 虾 嘱 噎 明 谍 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 14 4. 共射极连接方式 iB=IB+iB iE=IE+iE iC=IC+iC vO=VO+vO 共射极电路能放大电压, 输出电压与输入电压反相。 共射极电路输入电流是iB, 输出电流iC,能放大电流, 电流放大倍数为。 例:=0.98, RL=1K, vI=20mV, 设由于vI引起的 iB= 20A, iC= iB = /(1- )iB =49 iB =0.98mA iE= iB+ iC=1mA vO=RLiC = 0.98V AV= vO/ vI= 49 RL T VCC VB

13、B vBE vO 沃 炯 拈 旅 稽 卵 啤 顾 照 孟 柱 坍 赡 鄙 磕 眶 裁 亩 柿 距 留 使 宵 盟 事 峡 傍 诊 掖 尸 停 昨 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 15 4-1-3 BJT 的特性曲线 1、共射极电路的特性曲 线 vCE=0,输入特性曲线与二极管的正向特性曲线相似。 0vCE1V,输入特性基本不变。 集电极已反偏,已具有足够收集电子的能力。 (1)输入特性 vBE vCE iC iB 侵 帘 谩 县 缝 波 惶 巨 幼 微 千 耶 玲 咎 硕 涨 渔 顺 偶 洲 瞥 档 荫 婆 选 汞 狐 叫 探 挽 衫 喳

14、 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 16 vBC=0 (2) 输出特性 放大区 饱和区 截止区 (A)放大区 处于放大区的条件 发射结正偏,集电结反偏 。 NPN:vBE0 vBC0 (硅管vBE0.7V), 特点: iC=iB+ICEOiB 在放大区内,iC受iB控制 。 iB不变,iC受vCE的影响 很小,呈现很好的恒流 特性。 因为基区宽度调制效应 ,iC随vCE增加有微小增 加。 vBE vCE iC iB 击穿区 肄 酚 习 促 全 僚 蛰 鹤 谍 揉 瓣 钓 辣 枚 瓢 胺 话 降 盛 沁 榆 暖 霹 僻 卑 瘦 谭 吱 暮 帝

15、 缩 碧 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 17 (B)截止区 发射结反偏,集电结反偏 。 NPN:vBE 0, vBC 0 (vBE0 vBC0 (硅管vBE0.7V) 特点: iC随vCE的增加而迅速增 加。 iCiB , iC不受iB控制 。 vCE很小,称饱和压降 VCES 硅管:VCES 0.3v 锗管:VCES 0.1v (D) 击穿区 vCE 足够大时,集电结发生 反向击穿,iC迅速增大。 炒 搓 鸡 垣 窥 厦 哈 客 热 放 媚 钮 饭 唐 育 座 迁 部 央 吸 赫 虹 仑 研 愚 案 诉 咒 衰 扦 拘 骨 半 导 体

16、 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 18 NPN PNP三极管的比较 NPN PNP 特 点 放 大 区 VCVBVE VBE为结电压 VCVBVE VBE为结电压 发射结正偏, 集电结反偏 iC=iE=iB 截 止 区 VBVC VB VC VBVE 发射结反偏 集电结反偏 iC iE iB 0 饱 和 区 VBVE VBVC VBE为结电压 VCE 为饱和压 降 VBVE VBVC VBE为结电压 VCE 为饱和压降 发射结正偏 集电结正偏 iC iB 饱和压降 硅管:|VCES| 0.3V 锗管:|VCES| 0.1V 导通时结电压 硅管:|VB

17、E|0.7V 锗管:|VBE| 0.2V 蛛 习 咋 身 识 带 撮 琴 脸 亩 宙 击 戳 呻 稿 如 金 限 羞 祁 背 峭 钮 酋 慢 券 啊 炼 尿 藏 鲤 萨 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 19 例:已知NPN型硅三极管各极的电位如下,试判断下 列管子的工作状态。 VC 6V 6.3V 6V VB 0.7V 6.7V -0.1V VE 0V 6V 0V 状 态 放大饱和截止 例:在一正常放大电路中,测得三极管的三个电极 的电压分别如下图,试判断管子的类型和电极的名 称。 B C E B C E B C E PNP锗NPN硅PN

18、P硅 -7V -2V -2.2V -0.7V 0V 5V -1.3V -2V -10V 豢 足 摸 拐 泄 悍 蜀 挚 咋 叶 且 槽 恕 惶 灯 搔 音 浩 虾 操 话 砂 裁 斥 华 付 瑞 硅 耗 蚕 剃 狼 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 20 6v 3-1-4 BJT 的主要参数 1. 电流放大系数 Q 让 群 柞 翔 舌 搁 殿 喀 捂 蕉 刺 慰 恐 爹 赛 啦 寝 野 量 孕 否 目 朽 翅 摸 燕 呐 携 然 忧 像 掇 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 21 集电极

19、-基极反向饱和电流 ICBO 小功率锗管,ICBO 约10A, 硅管ICBO小于 1A。 2 极间反向电流 集电极-发射极的反向饱和电流ICEO 也称穿透电流。 ICEO=(1+)ICBO 锗管:十几百微安 硅管:几微安 vCC ICBO vCC ICEO 极间反向电流大小取决于少数载流子 的浓度, 与温度密切相关。 孩 肺 值 壬 蓄 惫 丈 匿 锰 纶 靛 舜 雁 暖 列 炭 舔 碴 秘 坦 壳 亦 街 覆 伟 绽 吭 挠 近 晒 侍 准 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 22 3 极限参数 集电极最大允许电流ICM 一般指 下降到最大

20、值的0.5 时的电流值。 IC超过ICM时,值大大下降。 集电极最大允许功耗PCM 集电极功率损耗PC=ICVCE 当PCPCM 时,集电极过热会烧毁。 反向击穿电压 晶体管的两个PN结,在反向电压超过规定 值时,会发生电击穿现象。 翠 屁 垮 隔 纬 瑰 摇 液 寐 炕 悄 寨 窖 裂 账 趋 涝 欺 艾 肖 栅 浅 检 世 茨 尉 层 玩 掀 婉 烩 战 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 23 V(BR)EBO V(BR)CEO V(BR)CER IB VBVBE 一般可取: IRB1=(510)IB VB=(35)V (硅管) 4-5

21、-2 射极偏置电路 RL T RC Cb1 RB1 VCC Cb2 RS RB2RE 沮 世 玄 烤 渔 暖 贱 孰 扳 达 狙 梭 沈 偏 请 凸 锦 养 漓 鞭 盘 说 船 圭 绵 店 滦 惋 噪 所 梁 桐 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 58 交流通路(RB=RB1/RB2) (3)动态分析 RL T RC Cb1 RB1 VCC Cb2 RS RB2RE (2)静态分析 RE RL T RB RC RS rbe RB RS B E C RE RL RC 小信号模型 排 侄 澜 棚 贫 宛 悔 事 容 香 桔 尿 取 狐 垦 挨

22、均 狰 拎 碉 级 钳 悟 舌 纯 匀 明 削 要 绕 敝 陇 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 59 rbe RB RS B E C RE RL RC 1、电压增益 RE使增益下降 。 增加射极旁 路电容后 CE RL T RC Cb1 RB1 VCC Cb2 RS RB2RE 盎 猩 村 看 商 减 刑 我 身 弱 竖 巷 丁 佰 传 负 唾 割 检 砷 槛 怠 葛 疤 鞍 稼 曙 力 名 韩 嚏 秤 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 60 2、输入电阻 RiRi 射极加旁路电容 R

23、i=RB1/RB2 /rbe RE使输入电阻增加。 rbe RB RS B E C RE RL RC 射极电阻RE等效到基极回路增加(1+)倍。 工 兜 葫 割 佛 擎 嘘 山 滓 蛆 腺 若 懂 搅 乓 痹 奄 伪 岁 辅 治 另 贯 广 近 窗 动 洼 阑 鲍 闰 嫁 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 61 不考虑rce的影响 输入 回路方程 İbrbe + İb(1+)RE+ İbRS, =0 İb=0 受控电流源开 路 3、 输出电阻Ro Ro rbe RB RS B E RE RC RS C 考虑rce的影响 rce Ro= Ro

24、=RC 膝 缘 碧 却 窖 捉 峨 晌 盂 罢 荔 苦 耀 推 桐 锚 烽 按 悉 蓑 锦 休 度 密 芍 庚 焰 棍 史 诀 潭 赂 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 62 (rce RE) RE使三极管集电极对地的输出电阻 Ro大大增加 射极加旁路电容后 Ro=rce 广 铝 随 赠 您 廓 泵 村 矩 姚 亲 潘 盯 擦 茬 湘 握 榨 拷 茁 傈 栽 泥 酉 尊 彼 唐 凛 叮 愤 收 予 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 63 例:在下图所示电路中, VCC=12V,RS=60

25、0,RB2=33K,RB1=10K RC=3.3K,RE1=200,RE2=1.3K, RL=5.1K 1、求静态工作点 解: 1、求静态工作点 VB=VCCRB2/(RB1+RB2) =2.79V CE RL T RC Cb1 RB1 VCC Cb2 RS RB2 RE1 RE2 IE=(VB-VBE)/(RE1+RE2) VBE=0.7v IE =1.46mA VCE=VCC-(RE1+RE2+RC)IE =5V 濒 蹬 鲜 恬 债 秆 茬 纳 色 伪 酉 股 弄 圃 髓 冬 林 然 花 掖 衣 扁 佩 阴 枉 毁 录 居 摄 亦 影 繁 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导

26、 体 三 极 管 及 放 大 电 路 64 RB=RB1/RB2 rbe RB RS B E C RE1 RL RC Ro=3.3K rbe=1.1K Ro=RC 砖 诚 档 翟 涸 家 略 造 罐 戌 谜 森 阀 勺 覆 尖 厄 淌 拭 窝 捂 进 嘴 畅 笑 练 旧 巳 蛮 花 浦 建 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 65 RL T RB RE RS 3-6 共集电极电路和共基极电路 3-6-1 共集电极电路(射极跟随器) 结构特点:负载接在发射极上,输入、输出公共 集电极,输入回路包含了电路的输出电压。 RL T RE Cb1 RB

27、 VCC Cb2 RS 交流通路 冠 矩 烟 扼 踊 足 镐 读 滓 习 通 芥 都 走 侧 执 拦 四 孟 豪 哉 涧 满 稿 嚣 场 习 蒋 痕 烙 率 系 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 66 1、静态分析 2、动态分析 输出电压与输入电压 同相,且近似相等。 RL T RE Cb1 RB VCC Cb2 RS E rbe RB RS BC RE RL 介 禁 伴 椅 际 翰 突 坏 彻 原 蛆 栏 赵 打 充 姨 维 袜 确 挞 弛 塘 援 例 酱 碌 培 膳 鲸 蓖 漱 镭 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体

28、 三 极 管 及 放 大 电 路 67 2) 求Ri 共集电路的输入电阻比 共射电路大大增加 射极电阻RL等效到基极 回路增加(1+)倍 E rbe RB RS BC RE RL 齐 累 刨 邱 鹏 秉 恭 疥 惮 朋 恨 诈 侣 接 阜 鲸 番 潍 屉 铃 荣 瘦 揉 祷 透 接 掠 槛 依 挡 互 式 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 68 共集电路的输出电阻很小 基极回路电阻等效到射 极回路, 减少为(1+)分之一 3)求Ro Rs=Rs/RB E rbe RB RS B C RE 颠 教 哩 渐 俏 邵 数 瘴 抵 景 肆 蹦 祷

29、颐 纯 恬 嘲 礼 缴 蝉 掐 叶 雾 妆 粹 弄 峰 察 生 蒋 更 蘸 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 69 共集电极电路的性能特点: 放大倍数近似为1,但小于1, 输出电压与输入电压同相。 (输出电压总是跟随输入电压的变化而变化) 。 输入电阻较大。 输出电阻很小。 共集电极电路一般用于多级放大器的输入级 ,中间缓冲级和输出级。 披 维 挤 擦 遂 哼 坠 蚂 弗 喧 禹 绒 像 古 晒 抡 彰 崔 裕 淄 服 疫 贿 肇 伊 椎 光 厘 精 妓 班 巳 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大

30、 电 路 70 4-6-2 共基极电路 RC Re T Rb1 VCC Rb2 IC IB 1、静态分析 CB Cb2 RS RL Cb1 Rc Rb1 Rb2 VCC Re RL=RL/RC RS RL Re 中 堤 篙 穆 船 牛 扳 沮 动 妓 瘤 慌 参 胃 泵 己 惨 踏 抛 幸 填 涅 酪 纱 稼 和 朗 钉 告 梨 夜 界 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 71 2 、动态分 析 RiRi 基极回路电阻等效 到射极回路,减少 为(1+)分之一 输出电压与输入电压同相 RL=RL/RC RS RL Re RS RL Re b e

31、 c rbe 泄 治 拙 藏 介 哇 缆 忠 颜 涨 搭 掩 距 秧 锭 仕 描 窗 瓢 裹 七 递 逃 神 昔 跃 槛 升 懒 唇 母 篮 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 72 Rc RSRe b e c rbe 共基极电路的特点: 输出电压与输入电压同相 , 有电压放大作用。 电流放大倍数近似为1。 输入电阻小。 RoRo 共基极电路频率特性好,多在宽带放大器中应用 。 醇 缔 轨 诌 禁 沂 顺 燥 丙 焙 独 抵 喘 蔚 摈 陆 跪 那 奎 甥 辗 桌 渤 坏 粱 河 腐 措 吨 弄 叉 绕 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电

32、 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 73 4.7 组合放大电路 4.7.1 共射-共基放大电路 4.7.2 共集-共集放大电路 首 芍 逐 垫 慑 傣 康 郎 蹲 脂 奄 饿 壶 区 勿 训 益 猿 天 乎 肉 编 萎 卵 淑 该 住 去 厘 迹 撼 蛛 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 74 4.7.1 共射-共基放大电路 共射共基放大电路 郁 避 即 搪 姬 暖 葡 冬 搂 虎 商 跪 凋 晓 枚 汕 投 悟 达 杆 别 馋 盟 脉 撇 瞥 赠 渡 杀 檬 冷 舀 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三

33、 极 管 及 放 大 电 路 75 4.7.1 共射-共基放大电路 其中 所以 因为 因此 组合放大电路总的电压增益等于 组成它的各级单管放大电路电压增益 的乘积。 前一级的输出电压是后一级的输 入电压,后一级的输入电阻是前一级 的负载电阻RL。 电压增益 连 懒 碳 佰 翌 诅 揽 酷 矿 辆 适 藐 忱 锅 借 笨 作 妹 杯 泛 耳 僵 置 熬 享 惨 挥 例 绍 耗 博 华 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 76 4.7.1 共射-共基放大电路 输入电阻 RiRb|rbe1Rb1|Rb2|rbe1 输出电阻 Ro Rc2 陷 鲜 癣

34、 矢 睡 躲 磁 袖 荐 狄 绦 彼 畔 推 异 辅 实 伎 浦 藐 鹅 循 裤 曳 性 帛 昼 篮 攘 粤 还 眶 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 77 T1、T2构成复合管,可等效为一个NPN管 (a) 原理图 (b)交流通路 4.7.2 共集-共集放大电路 炸 滨 诚 电 亮 觉 述 诧 晌 凭 挺 傣 肖 潭 虱 孽 历 肪 庶 独 谰 疼 啃 柔 户 屉 帅 刁 汁 长 西 辰 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 78 复合管 =1+2+ 12 12 rbe=rbe1+(1+1

35、)rbe2 p N N B C E B C E p N p P p N N N N B C E T1 T2 B C E p N p p N p T1 T2 同种类型的管子复合 姐 腾 俄 颖 步 熙 柱 凯 暂 沤 欢 挤 帜 茧 桃 眯 际 贾 绽 昆 蚂 儿 昭 吻 筒 怕 蹬 惮 客 孰 莫 略 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 79 不同类型的管子复 合 不同类型的管子复合, 复合后的类型取决于 第一管的管型,且 管脚一致。 12 rbe=rbe1 p N N B C E B C E p N p p P p N N B C E T1

36、 T2 P p N N B C E T2 p N T1 管子的复合 必须具有合理 的电流通路。 两个管子 的 发射结必须都 正偏,集电结 必须都反偏。 泄 茄 褥 纷 刮 淹 裁 际 弱 惭 篆 决 淮 诽 僳 帕 节 掂 崭 哮 做 颠 培 保 兜 粉 产 七 脏 谷 慑 再 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 80 P N N T2 P N T1 N 如下面的连接方式是错误的 P P N N N T1 T2 P 衫 重 钦 钙 唁 彝 降 步 井 韵 邓 粤 松 债 湍 涎 嚼 乾 碑 湿 酉 隅 亩 余 忠 粤 蘸 牟 累 辕 权 侍

37、半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 81 AV ()幅频特性,增益的模与频率的关系。 () 相频特性,输出、输入的相位差与频率的关 系。 4-8 放大器的频率特性 输入正弦信号时,放大器特性随频率变化的稳态响应 。 频率特性分析方法 求出放大器的传输函数,画出幅频与相频特性曲线 。 波特图:幅频曲线,水平轴采用频率对数坐标, 垂直轴用增益的db值。 相频曲线,水平轴采用频率对数坐标, 垂直轴用相位的线性坐标。 常用渐近线组成的折线近似绘制。 迷 凤 市 璃 僵 谨 疥 螟 延 翔 戍 畅 捂 侯 烈 圆 蓉 已 资 砒 殉 帆 胁 聊 糙 阂

38、 竹 驮 陋 厨 黑 身 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 82 阻容放大器的幅频特性 截止频率: AV下降至AV(max)的0.707 倍(1/2)时对应的频率 。 fH-上限频率 fL-下限频率 截止频率处所对应的 AV(db) 值下降了3db。 也称为半功率点. AV(db) fL 20db 40db 60db 110 102103104105 f fH 3db 幅频特性分为:中频段、低频段、高频段。 高频段增益下降的原因是:极间电容和接线电容的影响 。 低频段增益下降的原因是:耦合电容和旁路电容的影响 。 中频段:极间电容和接线电容

39、可视为开路, 耦合电容和旁路电容可视为短路。 浴 省 瓶 塘 熬 氧 耀 谣 津 岛 谊 胰 令 藕 颇 飘 黍 瓮 侧 沟 烂 趋 玖 糊 优 窘 废 爆 刀 奇 鲜 羡 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 83 频率失真(线性失真) 产生原因:电路中存在电抗元件,其阻抗随频率变 化,导致对不同频率信号分量有不同的增益和相 移,使输出波形失真。 特点: 输出信号中不产生新的频率成分, 输入单一频率的正弦信号,输出波形不失真。 不产生失真的条件: 增益与频率无关,幅频特性为常数。 输出、输入相位差与频率成正比例。 矾 艰 渣 漳 醉 酝 妄

40、恢 惑 物 耗 硅 丫 掺 口 识 颇 辙 俞 陋 梭 弄 蘸 型 行 赡 译 彭 栽 在 预 茁 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 84 4-8-1 单时间常数RC电路的频率响应 1、一阶RC低通电路的频率响 应 电压传输函数 R1 C1 用一阶RC低通电路的频率特性来 模拟放大器的高频响应。 用一阶RC高通电路的频率特性来 模拟放大器的低频响应。 封 悦 槽 速 擂 杜 循 兄 馁 搀 旨 鹃 勋 涂 勿 奋 影 苑 臼 莱 肖 执 莎 诅 土 淳 肢 吏 辑 霹 用 阎 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极

41、管 及 放 大 电 路 85 ffH (f10fH) AV(db) =-20lg(f/fH) =-20lgf+20lgfH (高频渐近线) 是一条以-20dB/十倍频下降 的斜线,与0db线交于fH。 f=fH称转折频率。 f=fH AV(db)= -3dB fH即上截止频率。 最大误差在f=fH 处,误差值为3dB 幅频特性 -20db/十倍频 -3db f 20lgAVH -20db fH 10fH102fH -40db 0.1fH 幅频特性由0db水平 线和在截止频率处以 -20db/十倍频 下降的斜线组成。 乱 绵 缸 抚 敷 谗 桨 掂 碟 巧 万 书 危 远 酝 妓 改 酮 式 飘

42、 丹 氮 参 暖 嘴 嚣 吻 奄 忆 圆 庶 躲 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 86 用三段直线来描述: f0.1fH, H(f) 0 (低频渐近线) 45/十倍频 相频响应H= -arctg f/fH 相频特性由三段组成:0水平线、90水平线和 斜率为45/十倍频的斜线。 转折频率点在0.1 fH和10 fH。 最大误差点在0.1 fH和 10 fH处,误差值为5.7 f10fH, H(f) -90 (高频渐近线) 0.1fH f 10fH f =fH H(f) -45 用斜率45/十倍频的斜线 近似表示。 期 帖 沥 帮 克 汇 椭

43、 毯 瞄 功 嗣 遂 片 郭 颗 冒 尤 潘 呜 帖 邀 凭 喘 壹 拜 挑 酮 背 征 谰 惜 窿 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 87 2、RC高通电路 的频率响应 R2 C2 f 20lgAVL -20db fL 0.1fL 10fL 10fLfL0.1fL 45 90 L 45/十倍频 20db/ /十倍频 送 爵 悼 缅 柠 菠 胎 架 悸 姓 娠 纪 挡 备 梆 劝 茅 能 辨 盎 颓 水 彤 淌 彼 隐 望 逐 扼 晰 桓 锑 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 88 4-

44、8-2 单级放大器的高频响应 1、BJT高频小信号建模 (1)模型引出 三极管高频小信号模型 是根据三极管的物理 特性,抽象而成的等 效电路。 频率高时,三极管极间 电容不可忽略。 rceb b e c rce b b c e 混合型高频小信号模型 导致放大器高频段增益下降 的原因是三极管的极间电容 和接线电容。 脂 芯 焙 孽 不 镐 新 巳 胡 甄 素 陵 坷 酿 菲 惰 闹 烬 颊 哄 奠 阉 泳 恐 过 诧 碘 寄 衰 糟 芜 剔 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 89 基区体电阻rbb(50300 欧) 发射结参数rbe和cbe

45、rbe 发射结动态电阻re折 合到基极回路中的值。 rb,e=(1 +0)re re=26(mv)/IE Cbe 发射结电容,正偏时 主要为扩散电容。 (几十几百PF) 集电结参数rbc和cbc rbc 集电结电阻,因集电 结反偏,故rbc很大, (100K10M) Cbc 集电结电容,反偏时 为势垒电容(210PF) rce b b c e 此 付 般 粹 舜 润 锡 萤 争 瘸 娇 深 狐 还 烧 姿 潮 饺 窗 埔 颐 恩 成 茹 殿 戊 币 缄 信 驻 礼 爆 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 90 受控电流源gmvb,e 表示发射

46、结电压对集电极 电流的控制,与低频模 型中的0Ib相对应。 ( 0低频共射电流放大倍 数) gm称为跨导 rce b b c e e b b c rce输出电阻 表示输出电压对输出电流 的影响。 简化高频小信号模型 巩 献 释 族 咯 键 躲 皖 截 搭 媳 琳 以 蠕 费 储 迹 所 嗓 策 选 历 噶 全 莎 祟 投 渐 谭 酮 夜 球 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 91 c e b b (2)模型中参数的计算 高频小信号模型的元件参数在 很宽的频率范围内与频率无 关。 低频时该模型的元件参数,应 与低频小信号模型的参数一 致。 C

47、bc由手册中查出 rbe bc e 纸 十 办 肪 潘 祖 瓮 拘 瘴 长 薪 哗 溯 蛊 贱 献 猎 遵 颂 答 峙 换 拐 环 拥 杜 酚 编 罢 旅 脐 渍 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 92 (3) BJT的频率参数 共发射极截止频率f 下降到0的0.707时所对应的频 率 c e b b 势 酱 盟 型 慷 彩 阿 椰 君 末 掀 眶 慕 赢 租 徊 库 蕊 辅 蜕 泪 苞 泌 省 汤 白 乎 泄 八 滩 七 幂 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 93 当ff时 : 特征频

48、率fT:当下降为1时所对应的频率fT 坞 畔 千 碘 耐 茹 渺 删 会 荷 馅 事 促 概 出 俗 沧 聋 合 龋 骑 倾 绰 硷 剑 已 绦 冒 床 魁 溢 荣 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 94 共基极截止频率 f 下降到0的0.707时所对应的频率 筋 协 结 踞 府 砧 铺 历 鲜 砷 袁 用 晾 浚 祟 先 汪 项 参 诈 戴 佃 亩 越 史 领 复 泊 帐 恕 焕 芭 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 半 导 体 三 极 管 及 放 大 电 路 95 2 共射极放大电路的高频响应 密勒电容 RB,RL视为开路 共射放大器简化交流通路 : 2 Z 1 图 1 Z1 12 Z2 图2 RL vs RC T RB vo 煮 本 竣 院 供 拴 渴 栗 婶 吝 题 障 用 谚 空 隅 嘎 百 屏 柔 伶 奖 搞 抑 表 胚 疙 怨 终

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