雙極型三極管及放大電路課件

1、3 雙極型三極管及其放大電路3.2 共射極放大電路3.3 圖解分析法 3.4 小信號模型分析法3.5 放大電路的工作點穩(wěn)定問題 3.6 共集電極電路和共基極電路3.7 放大電路的頻率響應3.1 半導體BJT13 雙極型三極管及其放大電路3.2 共射極放大電路33.1雙極型三極管(BJT)又稱半導體三極管、晶體管，或簡稱為三極管。(Bipolar Junction Transistor)三極管的外形如下圖所示。三極管有兩種類型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型為例進行討論。三極管的外形23.1雙極型三極管(BJT)又稱半導體三極管、晶體管，33BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP

2、集電極基極發(fā)射極BCEPNP型結構與分類 兩個PN結、三個引腳，兩種類型：NPN和PNP型。一、 BJT的結構、符號及放大條件集電結發(fā)射結4BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極BBECNPN型三極管BECPNP型三極管BJT符號NPNCBEPNPCBE由于PN結之間的相互影響，使BJT表現(xiàn)出不同于單個PN結的特性而具有電流放大作用。5BECNPN型三極管BECPNP型三極管BJT符號NCBEPBECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度最低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高結構特點6BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度最低集電區(qū)：BJT放大的內部條件 發(fā)

3、射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大； 基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米， 且摻雜濃度最低。管芯結構剖面示意圖7BJT放大的內部條件 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻BECNNPEBRBEc發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。IE進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形成電流IB ，多數(shù)擴散到集電結。IBBJT放大的外部條件：發(fā)射結正偏，集電結反偏8BECNNPEBRBEc發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散BECNNPEBRBEcIE從基區(qū)擴散來的電子漂移進入集電結而被收集，形成IC。ICICIB三極管能放大電流的必要條件： 發(fā)射結正偏，集電結反

4、偏。根據(jù)KCLIE=IB+ IC9BECNNPEBRBEcIE從基區(qū)擴散來的電子漂移進入集電結令 = IC / IE 為共基極電流放大倍（系）數(shù) 1 (10100) 一般放大電路采用3080為宜，太小放大作用差，太大性能不穩(wěn)定。10令 = IC / IE 為共基極電流放大倍（系）數(shù)根據(jù)K因為 IC = IE IB = IEIC = IE IE = IE（1 ） 所以 = IC / IB = IE /IE（1） = /(1-) 即為與的關系對NPN管，放大時VC VB VE對PNP管，放大時VC VB 0，集電結已進入反偏狀態(tài)，同樣的vBE下 IB減小，特性曲線右移。vCE = 0VvCE 1V

5、(1) 當vCE=0V時，相當于發(fā)射結的正向伏安特性曲線。1. 輸入特性曲線二、 BJT的特性曲線（以共射極放大電路為例）此時，曲線基本相同，為一般常用曲線。12c+eVBBVCC-vBEiB+-vCEiCb共射極放大電路(3) 輸入特性曲線的三個部分死區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)1. 輸入特性曲線13(3) 輸入特性曲線的三個部分死區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)1iC=f(vCE) iB=const2.輸出特性曲線飽和區(qū)：Je正偏，Jc正偏。 該區(qū)域內，一般vCE IB ，此時，不隨溫度變化而變化。VB VBE 且Re可取大些，反饋控制作用更強。 一般取 I1 =(510)IB ， VB =3V5V 623.4.2

6、射極偏置電路1. 穩(wěn)定工作點原理目標：溫度變2. 放大電路指標分析靜態(tài)工作點632. 放大電路指標分析靜態(tài)工作點63電壓增益畫小信號等效電路確定模型參數(shù)已知，求rbe增益VoVi- Ib(RC/RL)Ibrbe+(1+)Re=AV=- (RC/RL)=rbe+(1+)RecebRb1RLVi+-Vo+-Rb2Rb= Rb1 /Rb2ReRcrbeIbIbIeIc小信號等效電路Vi=Ibrbe+IeRe=Ibrbe+Ib(1+)ReVo= - Ib(Rc/RL)64電壓增益畫小信號等效電路確定模型參數(shù)已知，求 輸入電阻由電路列出方程則輸入電阻放大電路的輸入電阻不包含信號源的內阻IT=IRb+Ib

7、VT=IRb(Rb1/Rb2)VT=Ibrbe+IeRe= Ibrbe+Ib(1+)Re=Rb1/Rb2/rbe+(1+)ReTIVTRi=根據(jù)定義TIVTRi=射極偏置電路的輸入電阻Rb1cebRb2Rb= Rb1 /Rb2ReRcrbeIbIbIeIcVT+-ITRi65 輸入電阻由電路列出方程則輸入電阻放大電路的輸入電阻不包含 輸出電阻o令Ro Rc 所以若考慮 rce 的作用，參見6766 輸出電阻o令Ro Rc 所以若考慮 rce 的作 直流通路3. 固定偏流電路與射極偏置電路的比較靜態(tài)： 共射極放大電路RCVCCCb1ReRb1bceiCiBiE+vi-_RL+vo_Cb2Rb2i

8、1射極偏置電路直流通路RCVCCReRb1bceRb267 直流通路3. 固定偏流電路與射極偏置電路的比較靜態(tài)： 電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：Ro = Rc 思考： 射極偏置電路應如何改進，才可以使其既具有溫度穩(wěn)定性， 又具有與固定偏流電路相同的動態(tài)指標？rbeLc)/(RRb-=VAe)-=1be(Rrb+Lc)/(RRbVAibeVbiiIR=/rR=cebRb1RLVi+-Vo+-Rb2Rb= Rb1 /Rb2ReRcrbeIbIbIeIc射極偏置電路RbviRcRL固定偏置電路68電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：Ro = Rc 思考： 射極69691end701end703.5 共集電

9、極電路和共基極電路 靜態(tài)工作點動態(tài)指標 靜態(tài)工作點 動態(tài)指標 三種組態(tài)的比較3.5.1 共集電極電路3.5.2 共基極電路713.5 共集電極電路和共基極電路 靜態(tài)工作點動態(tài)指標 3.5.1 共集電極電路1. 電路分析共集電極電路結構如圖示該電路也稱為射極輸出器（）靜態(tài)分析求靜態(tài)工作Q點由得723.5.1 共集電極電路1. 電路分析共集電極電路該電路電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：畫小信號等效電路確定模型參數(shù) 已知，求rbe增益1. 電路分析其中一般，則電壓增益接近于1，即電壓跟隨器73電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：畫小信號等效電輸入電阻根據(jù)定義由電路列出方程則輸入電阻當，時，1

10、. 電路分析輸入電阻大輸出電阻由電路列出方程其中則輸出電阻當，時，輸出電阻小共集電極電路特點： 電壓增益小于1但接近于1， 輸入電阻大，對電壓信號源衰減小 輸出電阻小，帶負載能力強# 既然共集電極電路的電壓增益小于1（接近于1），那么該電路沒有放大作用。這種說法是否正確？74輸入電阻根據(jù)定義由電路列出方程則輸入電阻當，時，1. 電3.5.2 共基極電路1. 靜態(tài)工作Q點 直流通路與射極偏置電路相同直流通路RCVCCReRb1bceRb2753.5.2 共基極電路1. 靜態(tài)工作Q點 直流通路與2. 動態(tài)指標電壓增益 輸入電阻 輸出電阻# 共基極電路的輸入電阻很小，最適合用來放大何種信號源的信號？

11、輸入回路Vi=-IbrbeVo=-IcRL=-IbRL電壓增益輸出回路AV=ViVo-Ibrbe-IbRL=RLrbe=Ri=reb=Vi-Ierbe1+=-(1+)Ib-Ibrbe=Ri=IiVirbe1+=Re/reb=Re/rbe1+762. 動態(tài)指標電壓增益 輸入電阻 輸出電阻# 共基極電3. 三種組態(tài)的比較1) 連接方式不同：基極輸入，集電極輸出；基極輸入，發(fā)射極輸出；發(fā)射極輸入，集電極輸出；共射極電路共集電極電路共基極電路773. 三種組態(tài)的比較1) 連接方式不同：基極輸入，集電極電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：2） 動態(tài)特性不同：3） 用途不同：共發(fā)射極電路：既能放大電流又能放大電

12、壓，應用廣泛，多用于多級放大電路的中間級；共基極電路：只能放大電壓不能放大電流，穩(wěn)定性好，頻帶寬，多用于高頻或寬頻帶電路及恒流源電路。 end共集電極電路：只能放大電流不能放大電壓，輸入電阻高、輸出電阻低，多用于多級放大電路的輸入級、輸出級或緩沖級；共射極電路共集電極電路共基極電路78電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：2） 動態(tài)特性不同：3） 12121212復合管（也稱為達林頓管）作用：提高電流放大系數(shù)， 增大輸入電阻rbe根據(jù)組成復合管的BJT的類型不同分為：（）同種類型的BJT復合，其復合管保持組成管的特性；（2）不同類型的BJT復合，則復合管與第一只管特性相同。 = 12791212121

13、2復合管（也稱為達林頓管）作用3.6 多極放大電路 在放大電路的實際應用中，為了使微弱的信號得到足夠的放大，即獲得足夠高的增益或考慮輸入電阻、輸出電阻的特殊要求，常常將多個基本放大電路合理的連接起來，構成多級放大電路。 組成多極放大電路的每一個基本放大電路稱為一級，級與級之間的連接稱為級間耦合，常見的級間耦合方式有： （1） 阻容耦合 （2）直接耦合 （3）變壓器耦合（4）光電耦合。不管采用何種耦合方式，都必須保證：各級都有合適的靜態(tài)工作點；前級的輸入信號能順利的傳送到后一級的輸入端。803.6 多極放大電路 在放大電路的實際應用中，為了一、阻容耦合 將放大電路的前級輸出端通過電容接到后級輸入

14、端，稱為阻容耦合兩極阻容耦合放大電路特點：級與級之間無直流通路，各級電路的靜態(tài)工作點相互獨立，在求解或調試點時可按單級處理，所以電路的分析、設計和調試簡單易行；低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號；由于在集成電路中制造大電容很困難，甚至不可能，所以不便于集成化。多極放大電路的耦合方式81一、阻容耦合 將放大電路的前級輸出端通過電容接到后級二、直接耦合 將前一級的輸出端直接連接到后一級的輸入端，稱為直接耦合直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設置特點：各級之間直流通路相連，靜態(tài)工作點相互影響，給電路的分析、設計和調試帶來一定困難（當然可通過運用計算機輔助分析軟件解決之）；具有良好的低頻特性，可以放大變化緩

15、慢的信號；電路中沒有大電容易于制成集成放大電路；存在零點漂移現(xiàn)象。82二、直接耦合 將前一級的輸出端直接連接到后一級的輸三、變壓器耦合將放大電路前級的輸出端通過變壓器接到后級的輸入端或負載電阻上，稱為變壓器耦合圖（a）為變壓器耦合共射放大電路，RL既可以是實際的負載電阻，也可以代表后級放大電路，圖（b）是他的交流等效電路。特點：前后級靠磁路耦合，所以與阻容耦合電路一樣靜態(tài)工作點相互獨立，便于分析、設計和調試；低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號，且非常笨重更不能集成化；可以實現(xiàn)阻抗變換，因而在分立元件功率放大電路中得到廣泛應用。83三、變壓器耦合將放大電路前級的輸出端通過變壓器接到后級的變壓器耦

16、合的阻抗變換84變壓器耦合的阻抗變換84四、光電耦合光電耦合是以光信號為媒介來實現(xiàn)電信號的耦合和傳遞的，因其抗干擾能力強而得到越來越廣泛的應用。光電耦合器是實現(xiàn)光電耦合的基本器件，它將發(fā)光元件（二極管）與光敏元件（光電三極管）相互絕緣的組合在一起，如下圖所示：光電耦合器及其傳輸特性85四、光電耦合光電耦合是以光信號為媒介來實現(xiàn)電信號的耦合和信號源部分可以是真實的信號源，也可以是前級放大電路。當動態(tài)信號為零時，輸入回路有靜態(tài)電流 IDQ ，輸出回路有靜態(tài)電流 ICQ ，從而確定出靜態(tài)管壓降UCEQ 。光電耦合放大電路 當有動態(tài)信號時，隨著 iD 的變化, ic 將產生線性變化，電阻 RC 將電流

17、的變化轉換成電壓的變化。86信號源部分可以是真實的信號源，也可以是前級放大電路。當動多極放大電路的動態(tài)分析多級放大電路方框圖 前級的輸出電壓是下級的輸入電壓； 前級的輸出電阻是下級的信號源內阻； 下級的輸入電阻是前級的負載電阻；第一級的輸入電阻就是放大電路的輸入電阻； 最后一級的輸出電阻就是放大電路的輸出電阻。87多極放大電路的動態(tài)分析多級放大電路方框圖 前級的輸出電壓是下多級放大電路的電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻一、電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積，即其中， n 為多級放大電路的級數(shù)。二、 輸入電阻和輸出電阻 通常，多級放大電路的輸入電阻就是輸入級的輸入電阻；輸出電阻就是

18、輸出級的輸出電阻。 具體計算時，有時它們不僅僅決定于本級參數(shù)，也與后級或前級的參數(shù)有關。88多級放大電路的電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻一、電壓放大倍數(shù)多極放大電路的微變等效電路89多極放大電路的微變等效電路89圖示兩級直接耦合放大電路中，已知：Rb1 = 240 k，【例1】Rc1 = 3.9 k ，Rc2 = 500 ，穩(wěn)壓管 VDz 的工作電壓 UZ = 4 V，三極管 VT1 的 1 = 45，VT2 的 2 = 40，VCC = 24 V，試計算各級靜態(tài)工作點。Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2VT2VDzuIuOiB1iC1iRc1iB2iC2解：設 UBEQ1 = UBEQ2 =

19、 0.7 V，則UCQ1 = UBEQ2 + Uz = 4.7 V如 ICQ1 由于溫度的升高而增加 1%，計算靜態(tài)輸出電壓 的變化。90圖示兩級直接耦合放大電路中，已知：Rb1 = 24ICQ1 = 1 IBQ1 = 4.5 mAIBQ2 = IRc1 ICQ1 = (4.95 4.5 ) mA = 0.45 mAICQ2 = 2 IBQ2 = (40 0.45 ) mA = 18 mAUO= UCQ2 = VCC ICQ2RC2= (24 18 0.5 ) V = 15 V UCEQ2 = UCQ2 UEQ2 = ( 15 4 ) V = 11 V當 ICQ1 增加 1% 時，即ICQ1

20、= (4.5 1.01) mA = 4.545 mAIBQ2 = (4.95 - 4.545) mA = 0.405 mAICQ2 = (40 0.405) mA = 16.2 mAUO = UCQ2 = (24 16.2 0.5)V = 15.9 V比原來升高了 0.9 V ， 約升高 6%。91ICQ1 = 1 IBQ1 = 4.5 mAIBQ2 = Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2VT2VDzuIuOiB1iC1iRc1iB2iC2 【例2】圖示電路中， Rb1= 240 k，Rc1 = 3.9 k ， Rc2 = 500 ，UZ = 4 V，1 = 45，2 = 40， VCC = 24 V，設穩(wěn)壓管的 rz = 50 。試估算總的電壓放大倍數(shù)，以及輸入、輸出電阻 Ri 和 Ro。解：估算 Au1 時，應將第二級 Ri2 作為第一級的負載電阻。92Rc1Rb1+VCC+VT1