半導(dǎo)體三極管及其基本放大電路

1、第2章 半導(dǎo)體三極管及其基本放大電路教學(xué)基本要求掌握: 雙極型三極管的外特性；共射、共集放大電路的工作原理，靜態(tài)工作點(diǎn)的估算及用簡(jiǎn)化小信號(hào)模型電路分析電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。 熟悉:雙極型三極管的工作原理，主要參數(shù)及使用方法；共射、共集放大電路的主要特點(diǎn)和主要用途；共集放大電路的的靜態(tài)工作點(diǎn)及電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。了解: 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，圖解分析法，共基放大電路的主要特點(diǎn)和主要用途；光電三極管、光電耦合器的工作原理及使用方法。 單 元 課 時(shí) 計(jì) 劃（100分鐘） 編號(hào) 課程名稱模擬電子技術(shù)授課班級(jí)講次4授課日期計(jì)劃在 年 月 日星期 第 講實(shí)際在 年 月 日星期

2、 第 講章目第2章半導(dǎo)體三極管及其基本放大電路節(jié)目要求掌握晶體三極管特性，理解其電流放大機(jī)理。教具POWERPOINT課件教學(xué)方式多媒體教學(xué)重點(diǎn)三極管的電流分配關(guān)系 特性曲線教學(xué)難點(diǎn)載流子的運(yùn)動(dòng)機(jī)理教學(xué)主要內(nèi)容2. BJT的放大原理3. BJT的特性曲線備注唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 案 副 頁(yè)共基極電路共集電極電路2.1 雙極型三極管2.1.1 BJT的結(jié)構(gòu)雙極型三極管是半導(dǎo)體三極管的一種類型，它有空穴和電子兩種載流子參與導(dǎo)電，故稱雙極型，又稱半導(dǎo)體三極管，有兩種類型:NPN型和PNP型。BJT制作工藝的的特點(diǎn)：Ø1集電極結(jié)面積大Ø發(fā)射區(qū)的摻雜濃度高2基區(qū)很薄且摻雜濃度底&#

3、216;3集電極結(jié)面積大2.1.2 BJT的放大原理一、BJT處于放大狀態(tài)的工作條件Ø外部條件：發(fā)射極正偏，集電極反偏共發(fā)射極電路 Ø第 1 頁(yè)教 案 副 頁(yè)IBIC+_IEUBEUCE+二、BJT內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律1. 發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子2. 電子在基區(qū)的擴(kuò)散與復(fù)合3. 集電區(qū)收集電子三、BJT的電流分配關(guān)系1. 電流IE、IC、IB之間的關(guān)系2.集電極電流IC與基極電流IB的關(guān)系IE與基極IB的關(guān)系四、BJT的放大作用在下圖所示的共發(fā)射極電路中,若在基極的輸入端接入一個(gè)小的輸入信號(hào)電壓UI, 使基極電流產(chǎn)生一個(gè)隨規(guī)律變化的IB,通過基極電流對(duì)集電極電流的控制作用,集電

4、極電流也將產(chǎn)生相應(yīng)的變化量IC。IC IB ，這種以較小的輸入電流變化控制較大輸出電流變化的作用，就是BJT的電流放大作用。例：在共發(fā)射極放大電路的輸入端接入信號(hào)電壓UI=30mV，相應(yīng)有輸入電流IB=30A，若BJT的交流電流放大系數(shù)=40，集電極電阻RC=1K，試求輸出電流IC和電壓放大倍數(shù)Au。解：輸出電流 IC 輸出電壓U0電壓放大倍數(shù)Au第 2 頁(yè)教 案 副 頁(yè)213 BJT的特性曲線1.共發(fā)射極輸入特性曲線:IB=f(UBE )UCE = 常數(shù)，如果是硅管，當(dāng)UCE超過1V時(shí)，集電結(jié)已經(jīng)達(dá)到足夠反偏，可以把從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子中的絕大部分拉入集電區(qū)。此時(shí)再增大UCE ，只要UB

5、E保持不變（從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子數(shù)就一定）， IB也就基本不變。所以，當(dāng)UCE超過1V后的輸入特性曲線基本上是重合的。2.共發(fā)射極輸出特性曲線: IC=f(UCE)IB = 常數(shù)飽和區(qū)：q輸出特性曲線的陡直部分是飽和區(qū)。qIB的變化對(duì) IC的影響較小。q UCEUBE，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置。放大區(qū)：q輸出特性曲線的近于水平部分是放大區(qū)。q IC IB ×放大區(qū)也稱為線性區(qū)。q發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)則應(yīng)反向偏置。截止區(qū)：q IB 0的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。q對(duì)NPN硅管使三極管可靠截止，常使UBE0V。發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于反向偏置。3PNP的BJT的共發(fā)射極特性曲線

6、2.1.4 BJT的使用常識(shí)BJT的型號(hào)命名方法按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB249-74）規(guī)定第 3 頁(yè)教 案 副 頁(yè)2.BJT的主要參數(shù) 1.性能參數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)2.極間反向電流集電極-基極反向電流ICBO集電極-發(fā)射極反向電流ICEOICEOCBEµAICBOCEBµAO過壓區(qū)過流區(qū)安全工作區(qū)過損區(qū)PCM=ICUCEU(BR)CEOICMØ集電極最大允許電流 ICMØ集-射反向擊穿電壓 U(BR)CEOØ集電極最大允許規(guī)功率損耗PCM集-基反向擊穿電壓 U(BR)CBO射-基反向擊穿電壓 U(BR)EBO第 4頁(yè)單

7、元 課 時(shí) 計(jì) 劃（100分鐘） 編號(hào) 課程名稱模擬電子技術(shù)授課班級(jí)講次5、6授課日期計(jì)劃在 年 月 日星期 第 講實(shí)際在 年 月 日星期 第 講章目第2章半導(dǎo)體三極管及其基本放大電路節(jié)目要求掌握共射極放大電路的工作原理，靜態(tài)及動(dòng)態(tài)分析教具POWERPOINT課件教學(xué)方式多媒體教學(xué)重點(diǎn)共射放大原理、靜態(tài)工作點(diǎn)估算，小信號(hào)模型分析動(dòng)態(tài)教學(xué)難點(diǎn)動(dòng)態(tài)分析教學(xué)主要內(nèi)容2. 共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析5. 用小信號(hào)模型法分析動(dòng)態(tài)工作情況備注唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 案 副 頁(yè)2.2 共發(fā)射極基本放大電路2.2.1 共發(fā)射極基本放大電路的組成1.放大電路的組成原則:必須有直流電源,使三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置,

8、集電結(jié)反向偏置，處于放大狀態(tài)。Rb+VCCRCC1C2TRL+_ui+_u0信號(hào)傳輸通暢,能從放大電路的輸入端加到BJT上經(jīng)放大后又能從輸出端輸出信號(hào)能不失真放大,并能滿足放大電路的性能指標(biāo)要求。2.各元件作用：三極管T：放大作用，整個(gè)電路的核心。直流電源VCC：為三極管提供偏置電壓提供信號(hào)放大的能源?；鶚O偏置電阻Rb：與VCC一起為發(fā)射結(jié)提供正偏電壓。集電極負(fù)載電阻Rc：將放大了的集電極電流轉(zhuǎn)化為信號(hào)電壓輸出。耦合電容C1 ，C2 ：隔離直流，傳送交流2.2.2 共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)：當(dāng)輸入信號(hào)為0（ui=0） ，放大電路只有直流電源VCC作用，各處的電壓和電流都是直流量。直流通路

9、：電容相當(dāng)于開路,電感相當(dāng)于短路1.共發(fā)射極放大電路的直流通路和靜態(tài)工作點(diǎn)。靜態(tài)時(shí)IB、 UBE 、 IC 、UCE代表著輸入輸出特性曲線上的一點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，記為Q。+VCCUBEUCE靜態(tài)工作點(diǎn)的分析有兩種方法 ：第 1 頁(yè)教 案 副 頁(yè)估算法和圖解法輸入回路BJT的電流分配關(guān)系0M點(diǎn)N點(diǎn)IB Q輸出回路2圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)第一步：作直流負(fù)載線由uCE=VCC-iCRC 令 iC=0時(shí)，uCE=VCC，得M點(diǎn)(VCC，0) 令 uCE=0時(shí)，ic= VCC/RC，得N點(diǎn)(0，VCC/RC)連接MN即為直流負(fù)載線。第二步：求靜態(tài)工作點(diǎn)直流負(fù)載線與 i B = I B 對(duì)應(yīng)的那條輸出特性

10、曲線的交 點(diǎn) Q，即為靜態(tài)工作點(diǎn)。例：試用估算法和圖解法求共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，已知電路中的三極管 =37.5 ， 直流通路，輸出特性曲線如圖所示。TT解：(1) 用估算法第 2 頁(yè)教 案 副 頁(yè)(2)用圖解法 icmAuce/v0M點(diǎn)N點(diǎn)40AQ直流負(fù)載線方程uCE = VCC - iC RC = 12 - 4 iC 得 M 點(diǎn) (12 ， 0) N 點(diǎn) (0 ， 3)連接連接 MN即直流負(fù)載線直流負(fù)載線與 i B = I B 對(duì)應(yīng)的那條輸出特性曲線的交 點(diǎn) Q，即為靜態(tài)工作點(diǎn)。3電路參數(shù)對(duì)靜工作點(diǎn)的影響直流負(fù)載線方程uCE=VCC-iCRC靜態(tài)基極電流IB=(VCC-UBE)/Rb

11、RB增大時(shí)，IB減小，Q點(diǎn)降低，三極管趨向于截止RB減小時(shí)，IB增大，Q點(diǎn)抬高，三極管趨向于飽和。此時(shí)三極管均會(huì)失去放大作用RC增大時(shí)，IB不變，直流負(fù)載斜率減小，直流負(fù)載線以M點(diǎn)為中心逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。2.2.3 用圖解法分析動(dòng)態(tài)工作情況動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài):放大電路的輸入端接入輸入信號(hào)ui后的工作狀態(tài)v放大電路在輸入電壓ui和直流電源VCC共同作用下工作，電路中既有直流分量，又有交流分量。RbRCRLuiuo特點(diǎn)：交、直流共存于同一電路中，各極的電流和各極間電壓都在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)隨輸入信號(hào)ui作相應(yīng)變化的交流分量。分析方法：圖解法和小信號(hào)模型法。交流通路的畫法：電容短路，電感開路，直流電源對(duì)公共端短

12、路 教 案 副 頁(yè)uiibiBuBEQ靜態(tài)工作點(diǎn)1根據(jù)ui波形在輸入特性曲線上求iBQIBVCCiCuCEI C R LCD交流量ic和uce有如下關(guān)系：交流負(fù)載線的作法：uCE與iC的關(guān)系經(jīng)過Q。方法：先作出直流負(fù)載線 MN ，確定 Q 點(diǎn)。在 u CE 坐標(biāo)軸上，以 U CE 為起點(diǎn)向正方向取一段 I C R L 的電壓值，得到 C 點(diǎn)。過 CQ 作直線 CD ，即為交流負(fù)載線。例：如圖所示電路，試判斷U1=1V，3V和5V時(shí)，BJT的工作狀態(tài)。教 案 副 頁(yè)基極電路用戴維寧等效電路替代當(dāng)UI=1V時(shí)，VBB=0.4V,即UBE<0.5V ,所以BJT截止當(dāng)UI=1V時(shí)，VBB=1.

13、2V，發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏,BJT放大狀態(tài)。當(dāng)UI=1V時(shí)，VBB=2V，因?yàn)镮C不會(huì)大于VCC/RC=4mA，所以BJT必工作于飽和狀態(tài)。2放大電路的非線性失真三極管進(jìn)入截止區(qū)而引起的失真。通過減小基極偏置電阻RB的阻值來消除。三極管進(jìn)入飽和區(qū)而引起的失真。通過增大基極偏置電阻RB的阻值來 消除。3最大輸出電壓幅值的計(jì)算取Usat和Ucut中較小值，則為U0（max）例：已知電路BJT為硅管，=40,電容C1,C2,C3的容量足夠大.(1)用圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)Q;(2)估算最大不失真輸出電壓幅值U0(max)。教 案 副 頁(yè)解：(1)求靜態(tài)工作點(diǎn)得M(12V,0)，N(0,3mA)(2)估

14、算U0(max)作交流負(fù)載線2.2.5 用小信號(hào)模型法分析動(dòng)態(tài)工作情況根據(jù)三極管的輸入輸出特性可知，三極管是非線性放大元件，但當(dāng)三極管工作在小信號(hào)（微變量）情況下，靜態(tài)工作點(diǎn)附近的輸入輸出特性曲線就可以用直線段近似代替，這就是所謂對(duì)三極管的線性化，這樣也就可以像處理線性電路那樣來處理三極管放大電路。1BJT的簡(jiǎn)化小信號(hào)模型當(dāng)輸入信號(hào)很小時(shí)，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的曲線可認(rèn)為是直線輸入特性直線可以用電阻rbe表示 rbeube / iB電阻rbe數(shù)值較小，其估算公式為：rbe 300（）（1）× 26（mv）IE（mA）在靜態(tài)工作點(diǎn)附近,ic的變化基本與uce無關(guān),主要受iB的控制輸出回路等

15、效受控電流源。三極管微變等效模型:輸入端等效為輸入電阻rbe，輸出端等效為可控電流源放大電路的微變等效電路教 案 副 頁(yè)2用小信號(hào)模型法分析共射放大電路電壓放大倍數(shù)輸入電阻Ri：輸出電阻R0：考慮信號(hào)源內(nèi)阻RS時(shí)的電壓放大倍數(shù)計(jì)算電壓放大倍數(shù)減小例：用小信號(hào)模型法求放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。已知VCC=12V，BJT為硅管， =40，電容C1和C2足夠大。解：先求IE單 元 課 時(shí) 計(jì) 劃（100分鐘） 編號(hào) 課程名稱模擬電子技術(shù)授課班級(jí)講次7授課日期計(jì)劃在 年 月 日星期 第 講實(shí)際在 年 月 日星期 第 講章目第2章半導(dǎo)體三極管及其基本放大電路節(jié)目要求對(duì)前面所學(xué)知識(shí)加以鞏

16、固、加深理解。教具POWERPOINT課件教學(xué)方式多媒體教學(xué)重點(diǎn)基本放大電路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析教學(xué)難點(diǎn)電路動(dòng)態(tài)分析教學(xué)主要內(nèi)容1.講解作業(yè)中的出現(xiàn)的錯(cuò)誤。2.結(jié)合作業(yè)，講2.19、2.24等有代表性的題。3.針對(duì)問題對(duì)本節(jié)內(nèi)容做一小結(jié)。備注唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 案 副 頁(yè)1.講解作業(yè)中的出現(xiàn)的錯(cuò)誤。2.結(jié)合作業(yè)，講2.19、2.24等有代表性的題。2. 針對(duì)問題對(duì)本節(jié)內(nèi)容做一小結(jié)。單 元 課 時(shí) 計(jì) 劃（100分鐘） 編號(hào) 課程名稱模擬電子技術(shù)授課班級(jí)講次8授課日期計(jì)劃在 年 月 日星期 第 講實(shí)際在 年 月 日星期 第 講章目第2章半導(dǎo)體三極管及其基本放大電路節(jié)目要求掌握共集電極電路原理，熟

17、悉靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)電路的影響和改進(jìn)措施教具POWERPOINT課件教學(xué)方式多媒體教學(xué)重點(diǎn)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)原理教學(xué)難點(diǎn)電路原理教學(xué)主要內(nèi)容備注唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 案 副 頁(yè)2.3 穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的放大電-射極偏置電路2.3.1 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響晶體管是一個(gè)溫度敏感器件溫度UBE，ICEO IC飽和失真2.3.2 發(fā)射極偏置電路1穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理利用Rb1和Rb2的分壓作用固定基極電壓UB。固定利用發(fā)射極電阻Re產(chǎn)生反映IC變化的UE，再引回到輸入回路去控制UBE，實(shí)現(xiàn)IC基本不變。 TICIEUEUBEIBICIC和IE不受溫度的影響;與管子的參數(shù)幾乎無關(guān);可以更換不同的管子。2靜態(tài)工作

18、點(diǎn)估算第 1 頁(yè)教 案 副 頁(yè)動(dòng)態(tài)分析：電壓放大倍數(shù)（無Ce）輸入電阻Ri：輸入電阻R0=Rc例：電路中BJT的=50，求（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻；（3）不接Ce時(shí)的電壓放大倍數(shù)；（4）若換用=100的BJT，重新計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)。解（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)第 2 頁(yè)教 案 副 頁(yè)（2）電壓放大倍數(shù)下降了（3）Q點(diǎn)基本不變與=50時(shí)相差不多第 3 頁(yè)2.4 共集電極放大電路2.4.1 電路與靜態(tài)分析1電路結(jié)構(gòu)2靜態(tài)工作點(diǎn)的估算2.4.2 動(dòng)態(tài)分析1求電壓放大倍數(shù)輸出信號(hào)電壓和輸入信號(hào)電壓數(shù)值相近,相位相同_電壓跟隨器2求輸入電阻第 4 頁(yè)3求輸出電阻4特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)：輸入電阻大。輸出電阻小。電壓放大倍數(shù)接近1，但恒小于1，適于作放大電路的輸入級(jí)。輸出電壓與輸入電壓相位相同。無電壓放大作用，有電流和功率放大作用。應(yīng)用：作多級(jí)放大電路的輸入級(jí)。作多級(jí)放大電路的輸出級(jí)。作多級(jí)放大電路的緩沖級(jí)。第 5 頁(yè)單 元 課 時(shí) 計(jì) 劃（100分鐘） 編號(hào) 課程名稱模擬電子技術(shù)授課班級(jí)講次9授課日期