1、會計學(xué)1圖 晶體管的幾種常見外形第1頁/共135頁第2頁/共135頁圖 晶體管的結(jié)構(gòu)和符號基區(qū)：較薄，摻雜濃度低基區(qū)：較薄，摻雜濃度低發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高集電區(qū)：結(jié)面積較大集電區(qū)：結(jié)面積較大第3頁/共135頁BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型第4頁/共135頁第5頁/共135頁第6頁/共135頁圖6.1.3 基本共射放大電路晶體管是放大作用表現(xiàn)為小的基極電流可以控制大的集電極電流。一、晶體管內(nèi)部載流子的運動一、晶體管內(nèi)部載流子的運動二、晶體管的電流分配關(guān)系二、晶體管的電流分配關(guān)系第7頁/共135頁發(fā)射

2、結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子向基區(qū)發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子向基區(qū)擴散擴散，形成發(fā)射極電流，形成發(fā)射極電流IE。基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略?；鶇^(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略。進(jìn)入進(jìn)入P區(qū)電子少量與基區(qū)空穴區(qū)電子少量與基區(qū)空穴復(fù)合復(fù)合，形成基極電流，形成基極電流IBN，多數(shù)擴散到集電結(jié)。，多數(shù)擴散到集電結(jié)。圖1.3.4 晶體管內(nèi)部載流子運動與外部電流EPENEIII第8頁/共135頁圖1.3.4 晶體管內(nèi)部載流子運動與外部電流從基區(qū)擴散來的電子作為集電結(jié)的少子，從基區(qū)擴散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移漂移進(jìn)入集電結(jié)被收集，形成進(jìn)入集電結(jié)被收集，形成I IC C。集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流集電結(jié)反偏，有少子

3、形成的反向電流I ICBOCBO。IE=IC+IB第9頁/共135頁共射直流共射直流電流放大電流放大系系數(shù)數(shù)：BCII三、晶體管的共射電流放大系數(shù)三、晶體管的共射電流放大系數(shù)BBCEIIII)1 (第10頁/共135頁BCii第11頁/共135頁圖 基本共基放大電路第12頁/共135頁ECii第13頁/共135頁BECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。第14頁/共135頁CBOECBOCNCIIIII CEOBCBOBCIIIII)1 (BCEIII 第15頁/共135頁第16頁/共135頁系。常數(shù)CE

4、UBEBufi)(第17頁/共135頁第18頁/共135頁注入基區(qū)的絕大多數(shù)非平衡少子都收集到集電區(qū)，則再增大， iC也不能明顯增大，則iB基本不變。第19頁/共135頁常數(shù)BiCECufi)(第20頁/共135頁第21頁/共135頁第22頁/共135頁IC(mA )1234uCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿此區(qū)域滿足足IC= IB稱為線性稱為線性區(qū)（放大區(qū)（放大區(qū)）。區(qū)）。當(dāng)當(dāng)uCE大于一大于一定的數(shù)值時定的數(shù)值時，IC只與只與IB有有關(guān)，關(guān)，IC= IB。晶體管輸出特性曲線晶體管載流子運動第23頁/共135頁IC(mA )1234uCE(V)3

5、6912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中uCE uBE,集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏， IBIC，稱為飽和稱為飽和區(qū)。區(qū)。晶體管輸出特性曲線晶體管載流子運動第24頁/共135頁IC(mA )1234uCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,uBEIC(3) 截止區(qū)： 發(fā)射結(jié)電壓uBE 開啟電壓Uon，都反偏。 IB=0 ， IC=ICEO 0 第26頁/共135頁第27頁/共135頁第28頁/共135頁第29頁/共135頁參數(shù)的確定 一般用測試儀測出； rbe 與Q點有關(guān)。一般用公式估算

6、rbe rbe= rb + (1+ ) re則 )mA()mV(26)1(200EQbeIr)mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26而 (T=300K) 對于低頻小功率管 rb(100300) 第30頁/共135頁第31頁/共135頁一、一、直流參數(shù)直流參數(shù)1、共射直流電流放大倍數(shù)：2、共基直流電流放大倍數(shù)：3、極間反向電流ICBO為發(fā)射極開路電集電結(jié)的反向飽和電流（集-基極反向截止電流）；ICEO為基極開路時，集電極與發(fā)射極間的穿透電流。ECIIBCBCEOCIIIIICBOCEOII)1 (第32頁/共135頁ICBOAICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流

7、，受溫度的變化影響。第33頁/共135頁BECNNPICBOICEO= ICBO+ICBO ICBOICBO進(jìn)入N區(qū)根據(jù)放大關(guān)系，由于IBE的存在，必有電流IBE。集電結(jié)反偏有ICBOICEOICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。電流分配關(guān)系式第34頁/共135頁二、交二、交流參數(shù)流參數(shù) 工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號?；鶚O電流的變化量為iB，相應(yīng)的集電極電流變化為iC，則交流電流放大倍數(shù)為：1、共射交流電流放大倍數(shù)：2、共基交流電流放大倍數(shù)：常量CEUBCii常量CBUECii第35頁/共135頁例：UCE=

8、6V時：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII在以后的計算中，一般作近似處理： =第36頁/共135頁二、極限二、極限參數(shù)參數(shù) 極限參數(shù)是指為使晶體管安全工作時對電壓、電流、功率損耗的限制。1、最大集電極耗散功率PCM圖6.1.7 晶體管的極限參數(shù)第37頁/共135頁2、最大集電極電流ICM 集電極電流IC上升會導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。3、極間反向擊穿電壓 UCBO UCEO UEBO第38頁/共135

9、頁 集電極電流IC 流過三極管， 所發(fā)出的焦耳 熱為：PC =ICUCE 會導(dǎo)致結(jié)溫 上升，故PC 有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)第39頁/共135頁第40頁/共135頁第41頁/共135頁第42頁/共135頁第43頁/共135頁電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。如電壓放大電路，可用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡(luò)表示，如圖：uiuoAu6.2 放大電路基礎(chǔ)放大電路基礎(chǔ)第44頁/共135頁第45頁/共135頁體管和場效應(yīng)管是放大電路的核心元件，為使電路不失真，即輸入輸出始終保持線性關(guān)系，要工作在合適的區(qū)域（晶體管在放大區(qū)）

10、。第46頁/共135頁圖2.1.2 放大電路示意圖正弦波信號源信號源內(nèi)阻負(fù)載電阻第47頁/共135頁一、放大倍數(shù)一、放大倍數(shù)放大倍數(shù)為輸出量與輸入量之比。1、電壓放大倍數(shù)uiuoAuiouuUUAAuu是復(fù)數(shù)，反映了輸出和輸入的幅值比與相位差。第48頁/共135頁ioiiIIA第49頁/共135頁二、輸入電阻二、輸入電阻iiiIUR 定義：輸入電壓有效值和輸入電流有效值之比。AuUSiIiU第50頁/共135頁 放大電路要有前級（信號源）為其提供信號，就要從信號源索取電流。 輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。放大電路所得到的

11、輸入電壓越接近信號源電壓，信號電壓損失越小。 為了使輸入電流大一些時，則應(yīng)使輸入電阻小。第51頁/共135頁三、輸出電阻三、輸出電阻RO 放大電路對其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號源，即一個有內(nèi)阻的電壓源，從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻稱輸出電阻。 可將其等效為戴維南等效電路，這個戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。 第52頁/共135頁確定電路的輸出電阻方法確定電路的輸出電阻方法方法一：計算。1、所有的電源置零（將獨立源置零，保留受控源) 2、加壓求電流oUoI第53頁/共135頁方法二：測量1、測量開路電壓（空載時的輸出電壓有效值Uo ）。2、測量帶負(fù)載的輸出電壓UO。LoooRUUR) 1(oLO

12、LoURRRU放大電路示意圖第54頁/共135頁第55頁/共135頁放大倍數(shù)的數(shù)值與信號的頻率關(guān)系曲線稱為幅頻特性曲線。四、通頻帶四、通頻帶 Bandwidth第56頁/共135頁圖6.2.2 放大電路的頻率指標(biāo)放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線下限截止頻率上限截止頻率通頻帶：fbw=fHfL第57頁/共135頁圖6.2.1 基本共射放大電路參考點參考點集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷骸］斎胄盘枺ㄕ也妷海┓糯笤蘒C= IB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。集電極電源，較高，可使集電結(jié)反偏基極電源，使UBE大于開啟電壓UON第58頁/共135頁第59頁/共135頁Rb+_VC

13、CTRCVBBui+_(a) 共射極放大電路共射極放大電路uo第60頁/共135頁Rb+_VCCTRCVBBuCE+_uBEiCiB+ui_1.用圖解法分析靜態(tài)工作情況用圖解法分析靜態(tài)工作情況第61頁/共135頁Rb+_VCCTRcVBBuBE+_ (b)uCEiCiBVBB = iBRb+uBE l寫輸入特性曲線方程寫輸入特性曲線方程iB = f (uBE)| uCE = 常數(shù) l求解，即為求解，即為IBQ、UBEQ第62頁/共135頁bBBBEbB1RVuRil由由VBB = iBRb+uBE 得得l斜率為斜率為-1/Rb。取兩點。取兩點(0,VBB/Rb)及及(VBB,0)，在坐標(biāo)系中畫

14、出這條線。，在坐標(biāo)系中畫出這條線。 iBuBE0(a)UBEQIBQMNVBB/Rb-1/RbQnQ點的坐標(biāo)就是靜態(tài)時的基極電流IBQ和基-射極間電壓UBEQ第63頁/共135頁iC = f (uCE) | iB = 常數(shù)常數(shù) VCC = iCRc + uCE l方程方程VCC = iCRc + uCE 可寫成斜截式方程可寫成斜截式方程cCCCEcCRVuRi 1l取兩點取兩點(0,VCC/Rc)，(VCC,0)，連成直線。，連成直線。Rb+_VCCTRcVBBuBE+_ (b)uCEiCiB第64頁/共135頁iC0uCE(b)IBQ-1/RcVCCVCC/RcQHLUCEQICQ該線稱為輸

15、出特性的直流負(fù)載線，交點該線稱為輸出特性的直流負(fù)載線，交點Q就是就是靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點。 利用輸出特性曲線確定利用輸出特性曲線確定UCEQ及及ICQ 第65頁/共135頁 利用輸入特性畫出利用輸入特性畫出iB和和uBE波形波形 l設(shè)輸入信號設(shè)輸入信號ui=Uim sint(mV)l從輸入回路可列出方程：從輸入回路可列出方程： VBB+ui = iBRb+uBEbiBBBEbBRuVuRi 1=取兩點取兩點（VBB+ui，0）和和（0，（，（ VBB+ui ）/Rb）Rb+_VCCTRCVBBui+_uo第66頁/共135頁圖解法求圖解法求uBE及及iB波形波形iB(A)uBE(V)00QVB

16、B-1/Rbui(V)Uim2tiB(A)IBQ+IbmIBQIBQ-Ibm02tuBE(V)t20Ub emIBQVBB+Uim VBB-Uim 第67頁/共135頁第68頁/共135頁圖解法求圖解法求uCE和和iCiC(mA)tuCE(V)0QiB(mA)IBQ+IbmIBQ-IbmIBQ20QQiC(mA)ICQ+IcmICQ-IcmICQt20UCEQuCE(V)2tUcem0第69頁/共135頁第70頁/共135頁第71頁/共135頁截止失真截止失真iC(mA)iC(mA)iB(A)iB(A)uCE(V)uCE(V)uBE(V)uBE(V)ui(V)uBEQQ2QIBQIbmQQ1Q

17、2tttt00000t(a)從輸出特性分析截止失真(b)從輸入特性分析截止失真第72頁/共135頁 條件：靜態(tài)工作點設(shè)置偏高，輸入信號ui的幅值相對比較大。 結(jié)果：iC、uCE的波形出現(xiàn)“削頂”失真這種失真稱為飽和失真（Saturation Distortion）。 消除飽和失真的方法：降低Q點位置（如Rb或Rc）；減小ui的幅值。第73頁/共135頁t飽和失真飽和失真iCiCuCEuCEiBQ2QQ1t000第74頁/共135頁第75頁/共135頁ui=0時，靜態(tài)靜態(tài)Quiescent BQCQIIBBEQCCBQRUUI UCEQ=UCC-ICRC靜態(tài)工作點的計算靜態(tài)工作點的計算第76頁/

18、共135頁UCEQ=VCC-ICQRCui=0時，靜態(tài)靜態(tài)Quiescent設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性一、靜態(tài)工作點一、靜態(tài)工作點UBEQ：發(fā)射結(jié)正偏的開啟電壓（Si:0.6-0.8V) (Ge:0.1-0.3V)IBQ BQCQII bBEQBBBQRUVI第77頁/共135頁圖 沒有設(shè)置合適的靜態(tài)工作點流信號的負(fù)半周也工作在截止區(qū)，信號會失真。第78頁/共135頁放大電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號。電容對交、直流的作用不同。若電容容量足夠大，可認(rèn)為對交流不起作用，即對交流短路，對直流可看成開路，則交直流所走的通道是不同的。交流通道：只考慮交流信號

19、的分電路。直流通道：只考慮直流信號的分電路。信號的不同分量可以分別在不同的通道分析。直流通路與交流通路直流通路與交流通路電容與頻率的關(guān)系電容與頻率的關(guān)系第79頁/共135頁1）容量大的電容短路；2）無內(nèi)阻的直流電源短路。第80頁/共135頁icui不為零時，為動態(tài)動態(tài)ib第81頁/共135頁共射放大電路動態(tài)參數(shù)的分析（微變等效電路法）共射放大電路動態(tài)參數(shù)的分析（微變等效電路法）電路動態(tài)參數(shù)的分析就是： 求解電路電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。第82頁/共135頁解題的方法是： 作出h參數(shù)的交流等效電路第83頁/共135頁解題的方法是： 作出h參數(shù)的交流等效電路圖6.3.16 基本共射放大電路

20、的動態(tài)分析第84頁/共135頁電壓增益為beLbeBcBiO/rRrIRRIUUALu1 1、求電壓放大倍數(shù)（電壓增益）、求電壓放大倍數(shù)（電壓增益）第85頁/共135頁2 2、求輸入電阻、求輸入電阻beBiii/rRIUR第86頁/共135頁3、求輸出電阻、求輸出電阻0b I0b I Ro = Rc 所以LS0oooRUIUR0iU第87頁/共135頁第88頁/共135頁第89頁/共135頁靜態(tài)工作點穩(wěn)定的必要性 三極管是對溫度敏感的元件。溫度變化對管子參數(shù)的影響主要表現(xiàn)有： 1、UBE改變。UBE的溫度系數(shù)約為2mV/C，即溫度每升高1C，UBE約下降2mV 。 2、改變。溫度每升高 1C，

21、值約增加 0.5% 1 %， 溫度系數(shù)分散性較大。 3、ICBO改變。溫度每升高10C，ICBQ大致將增加一倍，說明ICBQ將隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升。第90頁/共135頁第91頁/共135頁第92頁/共135頁第93頁/共135頁第94頁/共135頁溫度升高將導(dǎo)致 IC 增大，Q 上移。波形容易失真。iCuCEOiBQCCCRVVCCQ T = 20 C T = 50 C圖2.4.1晶體管在不同環(huán)境溫度下的輸出特性曲線第95頁/共135頁典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路 穩(wěn)定Q點常引入直流負(fù)反饋或溫度補償?shù)姆椒ㄊ笽BQ在溫度變化時與ICQ產(chǎn)生相反的變化。第96頁/共135頁圖 靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路(a)

22、直接耦合電路(b) 阻容耦合電路(c) 圖a,b的直流通路一、電路組成和Q點穩(wěn)定原理第97頁/共135頁12112IIIIIIIBQBQ選擇參數(shù)使CCbbbBQVRRRU211t ICQ IEQ UEQ UBEQ ( (= UBQ UEQ) ) IBQ ICQ 電流負(fù)反饋式工作點穩(wěn)定電路第98頁/共135頁 beLrRAuLcL/ RRR coB2B1bei/RRRRrR第99頁/共135頁 )1 (beLEuRrRALcL/ RRR CRRRRRrRoB2B1Ebei/)1 (第100頁/共135頁第101頁/共135頁ECQCCCEQBQCQEBBEQCCBQBQEQEEQBEQBBQCC

23、RIUUIIRRUUIIIRIURIU11第102頁/共135頁2、動態(tài)分析LLLELEuRrRRRrRRUUA)1 ()1 (/)1 (/)1 (bebeio結(jié)論：電壓放大倍數(shù)恒小于1，而接近1，且輸出電壓與輸入電壓同相，又稱射極跟隨器。第103頁/共135頁biII eoII )1(beioi IIIIA第104頁/共135頁輸入電阻LBBiBRrRIURRRR)1(/bebii輸入電阻較大。第105頁/共135頁輸出電阻)( sbeboRrIU1)1 (sbeooobeoRrIURIII所以而輸出電阻低，故帶載能力比較強。如輸出端加上發(fā)射極電阻RE1/beEosRrRR如輸出端無發(fā)射極電

24、阻RELS0oooRUIUR圖6-2-21 共集放大電路的輸出電阻BsRRR/s第106頁/共135頁補充共基極放大電路圖 2.5.4共基極放大電路VBB保證發(fā)射結(jié)正偏；VCC保證集電結(jié)反偏；三極管工作在放大區(qū)。第107頁/共135頁一、靜態(tài)工作點(IBQ , ICQ , UCEQ)eBEQBBEQRUVI1EQBQIIBEQcCQCCEQCQCEQURIVUUU第108頁/共135頁ecbebeeccuRrRrIRIRIUUA1beio1bebebeiiiirRIrIRIIUIUReeeeRo Rc第109頁/共135頁電流放大倍數(shù)微變等效電路由圖可得：coei,IIII所以ecioIIII

25、Ai由于小于1而近似等于1，則共基極放大電路沒有電流放大作用。共基極放大電路的等效電路第110頁/共135頁共基極放大電路沒有電流放大作用，但是具有電壓放大作用。電壓放大倍數(shù)與共射電路相等，但沒有負(fù)號，說明該電路輸入、輸出信號同相位。第111頁/共135頁三種基本組態(tài)的比較大大( (數(shù)值同共射電數(shù)值同共射電路，但同相路，但同相) )小小( (小于、近于小于、近于 1 ) )大大( (十幾十幾 一幾百一幾百) ) 小小 大大( (幾十幾十 一百以上一百以上) ) 大大( (幾十幾十 一百以上一百以上) )電電路路組態(tài)組態(tài)性能性能共共 射射 組組 態(tài)態(tài)共共 集集 組組 態(tài)態(tài)共共 基基 組組 態(tài)態(tài)i

26、AuA )1( becrRRbecRrR 1beebe)1 ()1 (RrRRbe第112頁/共135頁 頻率頻率響應(yīng)響應(yīng)大大( (幾百千歐幾百千歐 幾兆歐幾兆歐) )小小( (幾歐幾歐 幾十歐幾十歐) )中中( (幾十千歐幾十千歐幾百千歐幾百千歐) )Rc小小( (幾歐幾歐 幾十歐幾十歐) )大大( (幾十千歐以上幾十千歐以上) )中中(幾百歐幾百歐幾千歐幾千歐)組態(tài)組態(tài)性能性能共共 射射 組組 態(tài)態(tài)共共 集集 組組 態(tài)態(tài)共共 基基 組組 態(tài)態(tài)iRoR1/beebRrRcR1berReebRrR)1 (be差差較好較好好好bebrR 第113頁/共135頁 將多個單級基本放大電路聯(lián)接，構(gòu)成多

27、級放大電路，組成多級放大電路的每一個基本電路稱為一級。第114頁/共135頁輸入級輸入級偏置電路偏置電路中間級中間級輸出級輸出級+ uo uid第115頁/共135頁第116頁/共135頁1、阻容耦合圖 兩級阻容耦合放大電路第一第一級級第二級第二級特點：靜態(tài)工作點相互獨立，在分立元件電路中廣泛使用。 在集成電路中無法制造大容量電容，不便于集成化，盡量不用。 低頻特性差，無法放大變化緩慢的信號。第117頁/共135頁2、直接耦合、直接耦合圖 兩個單管放大電路簡單的直接耦合特點：(1)可以放大交流和緩慢變化及直流信號；(2)便于集成化（無大容量電容）。(3)各級靜態(tài)工作點互相影響；基極和集電極電位

28、會隨級數(shù)增加而上升；(4)零點漂移（改進(jìn)電路）。第118頁/共135頁第119頁/共135頁一、一、 零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因零點漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因 直接耦合時，輸入電壓為零，但輸出電壓離開零點，并緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象。直接耦合放大電路的零點漂移現(xiàn)象零點漂移現(xiàn)象第120頁/共135頁原因：電路中參數(shù)的變化，如電源電壓的波動、元件的老化、半導(dǎo)體元件參數(shù)隨溫度變化等。 阻容耦合放大電路中，緩慢變化的漂移電壓將降落在耦合電容上。 直接耦合放大電路中，漂移電壓會逐級放大。放大電路級數(shù)愈多，放大倍數(shù)愈高，零點漂移問題愈嚴(yán)重。 采用高質(zhì)量的穩(wěn)壓電源和使用經(jīng)老化實驗的元件可減少這類漂移，則溫度就是產(chǎn)生零點漂移的主要原因。放大器件的參數(shù)受溫度影響而使 Q 點不穩(wěn)定。也稱溫度漂移溫度漂移。第121頁/共135頁二、抑制溫度漂移的方法二、抑制溫度漂移的方法引入直流負(fù)反饋以穩(wěn)定 Q 點；第122頁/共135頁第123頁/共135頁3變壓器耦合變壓器耦合共射放大電路 前后級靠磁路耦合，則各級放大電路靜態(tài)工作點相互獨立；可實現(xiàn)阻抗變換