項(xiàng)目二半導(dǎo)體三極管及其放大電路ppt課件

1、工程二：半導(dǎo)體三極管及其放大電路一、晶體管的構(gòu)造和符號1 構(gòu)造和符號 晶體管的構(gòu)造表示圖如圖5-9a所示，分為NPN型管和PNP型管。為了搜集發(fā)射區(qū)發(fā)射過來的載流子以及便于散熱，要求集電結(jié)面積較大，發(fā)射區(qū)多數(shù)載流子的濃度比集電區(qū)大，因此運(yùn)用時集電極與發(fā)射極不能互換。晶體管的圖形符號如圖5-9b所示，符號中的箭頭方向表示發(fā)射結(jié)正向偏置時的電流方向。情境教學(xué)一： 半導(dǎo)體三極管又稱晶體三極管或雙極型晶體管，簡稱晶體管。圖5-9 晶體管的構(gòu)造和圖形符號構(gòu)造圖形符號2 外形圖5-10 幾種常見的晶體管的外形構(gòu)造二、晶體管的任務(wù)電壓圖5-11 晶體管的任務(wù)電壓NPNPNP圖5-12 晶體管電流的實(shí)驗(yàn)電路

2、晶體管各個電極的電流分配 實(shí)驗(yàn)電路如圖5-12所示。此電路稱為晶體管的共發(fā)射極放大電路。4.053.182.361.540.720.01 /mA3.953.102.301.500.70 ，而且當(dāng)調(diào)理電位器RP使 有一微小變化時，會引起 較大的變化，這闡明基極電流 小電流控制著集電極電流 大電流，所以晶體管是一個電流控制器件，這種景象稱為晶體管的電流放大作用。三、晶體管的特性曲線 1輸入特性曲線 圖5-13 輸入特性曲線 2. 輸出特性曲線圖5-141截止區(qū) 發(fā)射結(jié)零偏或反偏，集電結(jié)也反向偏置。 2放大區(qū) 發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。 與 成正比關(guān)系。3 飽和區(qū) 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置

3、。晶體管失去放大作用， 處于“飽和形狀。 稱為晶體管的飽和壓降，此值很小，約為0.3V。 4擊穿區(qū) 當(dāng) 大于某一值后， 開場劇 增，這個景象稱為一次擊穿。一次擊穿過程是可逆的。 晶體管具有“開關(guān)和“放大功能。圖5-14 輸出特性曲線 3極限參數(shù)1集電極最大允許電流 當(dāng) 值下降到正常值的三分之二時的集電極電流，稱為 。運(yùn)用時， 超越 時晶體管并不一定會損壞，但 值將降低。2集電極發(fā)射極反向擊穿電壓 指基極開路時，加于集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓，普通為幾十伏至幾百伏以上。3發(fā)射極基極反向擊穿電壓 指集電極開路時，允許加在發(fā)射極基極之間的最高反向電壓，普通為幾伏至幾十伏。4集電極最大允許功耗 運(yùn)

4、用中應(yīng)使 2輸入電阻 輸出電阻越小，帶負(fù)載才干越強(qiáng)。 放大電路對負(fù)載或后一級放大電路而言，是一個信號源，其內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻 。它是一個動態(tài)電阻。在輸入信號短路 =0和輸出端開路 = 的條件下，在輸出端加上電壓 ，假設(shè)產(chǎn)生的電流為 ，那么由于所以= 故3輸出電阻 圖示為共射放大電路，試畫出它的直流通路，求靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)，畫出它的微變等效電路，計(jì)算其電壓放大倍數(shù)、輸入輸出電阻。圖6-12 共發(fā)射極放大電路 例 (1) 放大電路的直流通路如圖a所示，其靜態(tài)任務(wù)點(diǎn) 圖a解2放大電路的微變等效電路如圖b所示，其交流參數(shù)如下：圖b情境教學(xué)三：靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)穩(wěn)定的分壓式偏置電路 根本共射極放大電路的特點(diǎn)：

5、 優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡單，電壓和電流放大作用都比較大， 缺陷：靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)不穩(wěn)定。 靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)不穩(wěn)定緣由：電源電壓動搖、電路參數(shù)變化、晶體管老化等，但主要緣由是晶體管特性參數(shù) 、 隨溫度變化呵斥的。 例如，當(dāng)溫度升高時，對于同樣的 ，輸出特性曲線將上移。嚴(yán)重時，將使晶體管進(jìn)入飽和區(qū)而失去放大才干。適用的分壓式偏置電路如以下圖。 分壓式偏置電路 分壓偏置電路的特點(diǎn)1基極電位穩(wěn)定。普通 很小， ， ， 2任務(wù)點(diǎn)穩(wěn)定：利用發(fā)射極電阻來獲得反映電流變化的信號，反響到輸入端，實(shí)現(xiàn)任務(wù)點(diǎn)的穩(wěn)定。其過程為( C) 通常 ，所以發(fā)射極電流式6-11、式 (6-12)分別闡明了 和 是穩(wěn)定的，根本上不隨溫度而變，而且也根

6、本上與管子的參數(shù)無關(guān)。 直流通路 1畫直流通路如圖a所示。由式可得解2畫微變等效電路如圖b， 微變等效電路情境教學(xué)四： 多級放大器圖6-23 用作音頻功放的多級放大器組成方框圖 一、級間耦合方式及特點(diǎn)1阻容耦合圖6-24 兩級阻容耦合放大器 特點(diǎn)：靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)相互沒有影響 優(yōu)點(diǎn)：體積小、分量輕缺陷：不能傳送直流信號，不適宜傳送變化緩慢的信號2直接耦合圖6-25 兩級直接耦合方式 特點(diǎn)：既能放大交流信號，還能放大直流信號或變化緩慢的信號 缺陷：各級的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)相互影響，溫度呵斥的直流任務(wù)點(diǎn)的漂移會被逐級放大，溫漂較大。 圖6-26 變壓器耦合方式 3變壓器耦合方式優(yōu)點(diǎn)：阻抗、電壓和電流的變換 缺陷

7、：體積和分量都較大，高頻性能差、價(jià)錢高，不能傳送變化緩慢的或直流信號。4光電耦合 圖6-27 光電耦合 特點(diǎn)：既可傳輸交流信號又可傳輸直流信號，既可實(shí)現(xiàn)前后級的電隔離，又便于集成化。二、多級放大器的分析1電壓放大倍數(shù) 多級放大器對被放大的信號而言，屬串聯(lián)關(guān)系。前一級的輸出信號就是后一級的輸入信號。設(shè)各級放大器放大倍數(shù)依次為 、 、 ，所以多級放大器總的電壓放大倍數(shù)為各級電壓放大倍數(shù)之積，即6-20 式中， 、 、 為有負(fù)載時的電壓放大倍數(shù)，其負(fù)載為相應(yīng)后級的輸入電阻， 那么視詳細(xì)電路而定。2輸入電阻和輸出電阻 多級放大器的輸入電阻，是從輸入端看進(jìn)去的等效電阻，就是第一級的輸入電阻，即 多級放大

8、器輸出電阻是從輸出端看進(jìn)去的等效電阻，即最后一級的輸出電阻。圖6-28 單管共射極放大器非線性失真波形 3非線性失真輸出信號波形與輸入信號波形之間的變異，稱為波形失真非線性失真。放大電路的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)選得不恰當(dāng)或輸入信號幅度過大，使信號進(jìn)入晶體管的截止區(qū)或飽和區(qū)而呵斥的波形失真，分別稱為截止失真或飽和失真。情境教學(xué)五： 負(fù)反響放大器一、反響的根本概念負(fù)反響的作用：穩(wěn)定靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)、穩(wěn)定放大倍數(shù)、改動輸入、輸出電阻、拓展通頻帶、減小非線性失真等。 反響：凡是將放大電路輸出信號Xo電壓或電流的一部分或全部經(jīng)過某種電路反響電路引回到輸入端，就稱為反響。正反響：假設(shè)引回的反響信號減弱輸入信號而使放大電路的

9、放大倍數(shù)降低，那么稱這種反響為負(fù)反響。正反響：假設(shè)反響信號加強(qiáng)輸入信號，那么為正反響。 圖7-6分別為無負(fù)反響的根本放大電路和帶有負(fù)反響的放大電路的方框圖。負(fù)反響的放大電路包含根本放大電路和反響電路兩部分。輸入信號X i與反響信號X f 在“ 處疊加后產(chǎn)生凈輸入信號Xd=X iX f 。根本放大電路開環(huán)的放大倍數(shù)A=Xo/Xd，反響電路的反響系數(shù)F=Xf /Xo，帶有負(fù)反響的放大電路閉環(huán)的放大倍數(shù)Af= Xo/X i 。圖7- 6 反響放大電路方框圖 二、反響類型的判別方法1有無反響的判別 在放大電路的輸出端與輸入端之間有電路銜接，就有反響，否那么就沒有反響。例如圖7-15所示電路就有反響，而

10、圖7-22所示電路就無反響。2交、直流反響的判別 直流通道中所具有的反響稱為直流反響。在交流通道中所具有的反響稱為交流反響。例如圖6-14中，由于電容C的導(dǎo)交作用使Re上只需直流反響信號，并且使凈輸入U(xiǎn)BE減少，所以是直流負(fù)反響。直流負(fù)反響的目的是穩(wěn)定靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)。圖6-16中的Re既在直流通道上也在交流通道上，所以交、直流反響都有。交流負(fù)反響的目的是改善放大電路的性能。3正、負(fù)反響的判別 用瞬時極性法，在放大器輸入端設(shè)輸入信號的極性 “或“，再依次按相關(guān)點(diǎn)的相位變化推出各點(diǎn)對地交流瞬時極性，最后根據(jù)反響回輸入端或輸入回路的反響信號瞬時極性，使凈輸入信號減少的是負(fù)反響，否那么是正反響。例如圖7-

11、7 a中凈輸入ud = uiuf ，圖7-7b中凈輸入id = iiif ，它們都是負(fù)反響。晶體管的凈輸入是ube或ib。集成運(yùn)放的凈輸入是uu或i及i。圖7-7 正負(fù)反響及串并聯(lián)反響的判別串聯(lián)反響框圖并聯(lián)反響框圖5電流、電壓反響的判別 圖7-8所示電路中，反響信號取自輸出電壓，且X f u0，是電壓反響；假設(shè)反響信號取自輸出電流，且Xf io，是電流反響。適用的判別方法是：將輸出電壓短接，假設(shè)反響量依然存在，并且與 io有關(guān)，那么為電流反響；假設(shè)反響量不存在或與 io 無關(guān)，那么為電壓反響。4串聯(lián)、并聯(lián)反響的判別 圖7-7所示電路中，假設(shè)ud = uiuf ，為串聯(lián)負(fù)反響；假設(shè)id = ii

12、if 為并聯(lián)負(fù)反響。圖7-8電壓、電流反響判別電壓反響框圖電流反響框圖 1圖7-9a所示電路，從輸入端看，凈輸入 id = iiif ，因此是并聯(lián)反響。從反響量看 if = uo/Rf 0由圖中u0的實(shí)踐極性可知，u00，因此既是負(fù)反響，又和電壓反響。綜上所述，反響組態(tài)為電壓并聯(lián)負(fù)反響。 2圖7-9b所示電路，從輸入端看，凈輸入 ud = uiuf ，因此是串聯(lián)反響。從反響量看uf = R1uo/Rf +R1 0由圖中u0的實(shí)踐極性可知，u00，因此既是負(fù)反響，又是電壓反響。綜上所述，反響組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反響。三、負(fù)反響放大器的四種組態(tài) a電壓并聯(lián)負(fù)反響圖7-9 四種類型負(fù)反響b電壓串聯(lián)負(fù)反響

13、圖7-9 四種類型負(fù)反響 3圖7-9c 所示電路，從輸入端看，凈輸入 id = iiif ，因此是并聯(lián)反響。由虛地可看出R f與R相當(dāng)于并聯(lián)的關(guān)系，所以反響量 if = R io/Rf +R0由圖中i0的實(shí)踐方向可知，io0，因此既是負(fù)反響，又是電流反響。綜上所述，反響組態(tài)為電流并聯(lián)負(fù)反響。 4圖7-9d所示電路，從輸入端看，凈輸入 ud = uiuf ，因此是串聯(lián)反響。由于反相輸入端的電流為零，因此R與RL是串聯(lián)關(guān)系，反響量 uf = R io0由圖中io的實(shí)踐方向可知，io0，因此既是負(fù)反響又是電流反響。假設(shè)將輸出uo短接，反響信號依然存在，也可判別出是電流反響。綜上所述，反響組態(tài)為電流串

14、聯(lián)負(fù)反響。 c電流并聯(lián)負(fù)反響 圖7-9 四種類型負(fù)反響d電流串聯(lián)負(fù)反響 圖7-9 四種類型負(fù)反響1降低放大倍數(shù)及提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 據(jù)圖7-6b，可以推導(dǎo)出具有負(fù)反響閉環(huán)的放大電路的放大倍數(shù)為 7-5F 反映反響量的大小，其值在01之間，F(xiàn) =0，表示無反響；F =1，那么表示輸出量全部反響到輸入端。顯然有負(fù)反響時，Af A 。四、負(fù)反響對放大器性能的影響反響深度：1+ AF是衡量負(fù)反響程度的一個重要目的，稱為反響深度。1+ AF越大，放大倍數(shù)Af 越小。深度負(fù)反響：當(dāng) AF1 時稱為深度負(fù)反響，此時 Af 1/F，可以以為放大電路的放大倍數(shù)只由反響電路決議，而與根本放大電路放大倍數(shù)無關(guān)。

15、結(jié)論：引入深度負(fù)反響后，放大倍數(shù)Af =1/ F，即根本不受外界要素變化的影響，放大電路的任務(wù)非常穩(wěn)定。 2改善非線性失真 圖7-10 負(fù)反響對非線性失真的改善4對輸入電阻和輸出電阻的影響 1串聯(lián)負(fù)反響使輸入電阻提高 在圖7-12中，當(dāng)信號源 ui 不變時，引入串聯(lián)負(fù)反響 uf 后，凈輸入電壓 ud 減小，使輸入電流 i i 減小，從而引起輸入電阻 r if ( = u i / i i )比無反響的輸入電阻 r i 添加。2并聯(lián)負(fù)反響使輸入電阻降低并聯(lián)負(fù)反響由于輸入電流 i i ( = i d + i f ) 的添加，致使輸入電阻 r if ( = u i / i i )減小，如圖7-13所示，并聯(lián)負(fù)反響越深，r if 減小越多。圖7-12 串聯(lián)負(fù)反響提高輸入電阻 提高輸入電阻圖7-13 并