低频电路PPT讲稿.ppt

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1、低频电路低频电路第1页，共46页，编辑于2022年，星期四 4 4 半导体三极管及放大电路基础半导体三极管及放大电路基础第2页，共46页，编辑于2022年，星期四频率：频率：频率：频率：高频管、低频管高频管、低频管功率：功率：功率：功率：材料：材料：材料：材料：小、中、大功率管小、中、大功率管硅管、锗管硅管、锗管类型：类型：类型：类型：NPN型、型、PNP型型半导体三极管是具有电流放大功能的元件半导体三极管是具有电流放大功能的元件4.1 BJT（Bipolar Junction Transistor)4.1.1 BJT 的结构简介的结构简介第3页，共46页，编辑于2022年，星期四晶体三极管的

2、结构晶体三极管的结构:发射结 集电结基极发射极 集电极晶体三极管是由两个晶体三极管是由两个PNPN结组成的结组成的发射区基区 集电区第4页，共46页，编辑于2022年，星期四结构特点：结构特点：（1 1）发射结面积比集电结面积小；）发射结面积比集电结面积小；（2 2）基区很薄（）基区很薄（m m 级）；级）；（3 3）发射区多数载流子比集电区浓度大。）发射区多数载流子比集电区浓度大。半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。电压。三极管电流分配三极管电流分配三极管电流分配三极管电流分配:在放大工作状态：在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结

3、加反向电压。发射结加正向电压，集电结加反向电压。第5页，共46页，编辑于2022年，星期四4.1.2 4.1.2 放大状态下放大状态下BJTBJT的工作原理的工作原理1.BJT1.BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程 ：发射区发射电子，集电区收集电子。发射区发射电子，集电区收集电子。（1 1）发射区向基区注入电子，形成发射极电流）发射区向基区注入电子，形成发射极电流I IE E；（2 2）电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流）电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流I IBNBN ；（3 3）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流I ICN

4、CN ；（4 4）集电结反向偏置产生反向饱和电流）集电结反向偏置产生反向饱和电流I ICBOCBO 。第6页，共46页，编辑于2022年，星期四2.2.三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系共集电极接法共集电极接法：集电极作为公共端；集电极作为公共端；共基极接法共基极接法：基极作为公共端。基极作为公共端。共发射极接法：共发射极接法：发射极作为公共端；发射极作为公共端；各极电流之间的关系式：各极电流之间的关系式：共基极电流传输系数。共基极电流传输系数。因因I ICBOCBO较小，所以较小，所以又因又因 则，则，I IC CIIE E因因I ICEOCEO较小，所以较小，所以共发射极电流放大系数

5、。共发射极电流放大系数。IE=IC+IB 1第7页，共46页，编辑于2022年，星期四3.3.3.3.三极管的放大作用三极管的放大作用三极管的放大作用三极管的放大作用发射结外加发射结外加电压电压第8页，共46页，编辑于2022年，星期四4.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线 i iB B是输入电流是输入电流，v vBEBE是加在是加在B B、E E两极间两极间的输电压的输电压。1.1.输入特性曲线输入特性曲线 i iB B=f f(v vBEBE)v vCECE=常数常数 共发射极接法的输入特性曲

6、线其中共发射极接法的输入特性曲线其中v vCECE=0V=0V的那一条相当于发射的那一条相当于发射结的正向特性曲线，当结的正向特性曲线，当v vCECE1V1V时，时，v vCBCB=v vCECE-v vBEBE00，集电结已，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，I IC C/I IB B 增大，增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但特性曲线将向右稍微移动一些。但v vCECE再增加时，曲线右移很不明再增加时，曲线右移很不明显。显。导通电压导通电压锗管锗管 0.10.3V硅管硅管 0.60.8V第9页，共46页，编辑于2022年，星期

7、四2.2.输出特性曲线输出特性曲线 i iC C=f f(v vCECE)i iB B=常数常数 i iC C是输出电流，是输出电流，v vCECE是输出电压。是输出电压。放大区放大区：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏截止区：截止区：I IB B=0=0以下的区域。以下的区域。饱和区：饱和区：发射结和集电结均为正偏。发射结和集电结均为正偏。I IC C随着随着V VCECE的变化而迅速变化。的变化而迅速变化。工程上以工程上以V VCECE=0.3=0.3伏作为放大区和饱和区的分界线。伏作为放大区和饱和区的分界线。V VCECE大于大于0.7 V0.7 V左右左右(硅管硅管)。发射结

8、和集电结均为反偏。发射结和集电结均为反偏。第10页，共46页，编辑于2022年，星期四 测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。态。放大截止饱和-+正偏正偏反偏反偏-+-正偏正偏反偏反偏+-放大放大V Vc cVVb bVVe e放大放大V Vc cVVb bVVe e例例1：第11页，共46页，编辑于2022年，星期四测得测得V VB B=4.5=4.5 V V、V VE E=3.8=3.8 V V、V VC C=8=8 V V，试判断三极管的工作状态。试判断三极管的工作状态。放大放大例例2 2：第12页，共46页，编辑于2022年

9、，星期四4.1.4 4.1.4 半导体三极管的主要参数半导体三极管的主要参数 直流参数、交流参数、直流参数、交流参数、极限参数极限参数直流电流放大系数直流电流放大系数1.1.共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC/IB vCE=常数一一.直流参数直流参数 2.2.共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数=（I IC CI ICBOCBO）/I IE EI IC C/I IE E 显然显然 与与 之间有如下关系之间有如下关系:=IC/IE=IB/1+IB=/1+第13页，共46页，编辑于2022年，星期四极间反向电流极间反向电流 1.1.集电极基极间反

10、向饱和电流集电极基极间反向饱和电流I ICBOCBO I ICBOCBO的下标的下标CBCB代表集电极和基极，代表集电极和基极，O O是是OpenOpen的字头，代表第三个电极的字头，代表第三个电极E E开路。开路。它相当于集电结的反向饱和电流。它相当于集电结的反向饱和电流。2.2.集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流I ICEOCEO I ICEOCEO和和I ICBOCBO有如下关系有如下关系 I ICEOCEO=（1+1+）I ICBOCBO相当基极开路时，集电极和发射极间的反向相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线饱和电流，即输出特性曲线I

11、IB B=0=0那条曲线所对应那条曲线所对应的的Y Y坐标的数值。坐标的数值。第14页，共46页，编辑于2022年，星期四二二.交流参数交流参数交流电流放大系数交流电流放大系数 1.1.共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 =IC/IB vCE=const 在放大区在放大区 值基本不变，值基本不变，通过垂直于通过垂直于X X 轴的直线轴的直线由由 I IC C/I IB B求得。求得。在输出特性曲线上求在输出特性曲线上求 2.2.共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 =IC/IE VCB=const当当I ICBOCBO和和I ICEOCEO很小时，很小时，可以不加区分。可

12、以不加区分。第15页，共46页，编辑于2022年，星期四特征频率特征频率f fT T 三极管的三极管的 值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的电容的影响，当信号频率增加时，三极管的 将会下降。当将会下降。当 下降到下降到1 1时时所对应的频率称为特征频率，用所对应的频率称为特征频率，用f fT T表示。表示。集电极最大允许电流集电极最大允许电流I ICMCM 三极管集电极最大允许电流三极管集电极最大允许电流I ICMCM。当。当I IC CI ICMCM时，管子性能将显著时，管子性能将显著下降，甚至

13、会损坏三极管。下降，甚至会损坏三极管。集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗P PCMCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗，P PCMCM=I IC CV VCBCBI IC CV VCECE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用在集电结上。在计算时往往用V VCECE取代取代V VCBCB。三三.极限参数极限参数第16页，共46页，编辑于2022年，星期四反向击穿电压反向击穿电压 1.1.V V(BR)CB(BR)CBO O发射极开路时的集电结击穿电压。下标发射极开路时的集电结击穿

14、电压。下标BRBR代表击穿代表击穿之意，是之意，是BreakdownBreakdown的字头，的字头，CBCB代表集电极和基极，代表集电极和基极，O O代表第三个电代表第三个电极极E E开路。开路。2.2.V V(BR)EB(BR)EBO O集电极开路时发射结的击穿电压。集电极开路时发射结的击穿电压。3.3.V V(BR)CE(BR)CEO O基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。对于对于V V(BR)CE(BR)CER R表示表示BEBE间接有电阻，间接有电阻，V V(BR)CE(BR)CES S表示表示BEBE间是短路的。间是短路的。几个击穿电压在大小

15、上有如下关系几个击穿电压在大小上有如下关系 V V(BR)CBO(BR)CBOV V(BR)CES(BR)CESV V(BR)CER(BR)CERV V(BR)CEO(BR)CEOV V(BR)EBO(BR)EBO第17页，共46页，编辑于2022年，星期四符号约定符号约定:小写符号、小写下标小写符号、小写下标 v vi i ：-表示交流电压（电流）瞬时值。表示交流电压（电流）瞬时值。大写符号、大写下标大写符号、大写下标V VI I ：-表示直流电压（电流）表示直流电压（电流）小写符号、大写下标小写符号、大写下标v vI I：-表示包含有直流的电压（电流）的瞬时值表示包含有直流的电压（电流）的

16、瞬时值大写符号、小写下标大写符号、小写下标V Vi i ：-表示交流电压（电流）有效值表示交流电压（电流）有效值第18页，共46页，编辑于2022年，星期四半导体三极管的型号：半导体三极管的型号：国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下:3 3 D D G G 110110 B B 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管材料材料器件的种类器件的种类同种器件型号的序号同种器件型号的序号同一型号中的不同规格同一型号中的不同规格三极管三极管第19页，共46页，编辑于202

17、2年，星期四双极型三极管的参数双极型三极管的参数:参参 数数型型 号号 P PC CM M mW mW I IC CM M mA mAVRVR CBO CBO V VVRVR CEO CEO V VVRVR EBO EBO V V I IC C BO BO A A f f T T MHzMHz3AX31D3AX31D 125 125 125 125 20 20 12 126 6*8 83BX31C3BX31C 125 125 125 125 40 40 24 246 6*8 83CG101C3CG101C 100 100 30 30 45 450.10.1 100 1003DG123C3DG1

18、23C 500 500 50 50 40 40 30 300.350.353DD101D3DD101D 5A 5A 5A 5A 300 300 250 2504 42mA2mA3DK100B3DK100B 100 100 30 30 25 25 15 150.10.1 300 3003DKG233DKG23250W250W 30A 30A 400 400 325 325 8 8注：注：*为为 f f 第20页，共46页，编辑于2022年，星期四4.2 4.2 基本放大电路基本放大电路 基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电

19、路。成的三种基本组态放大电路。共发射极、共发射极、共集电极、共集电极、共基极共基极放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标(1)(1)放大倍数放大倍数(2)(2)输入电阻输入电阻R Ri i(3)(3)输出电阻输出电阻R Ro o(4)(4)通频带通频带BW第21页，共46页，编辑于2022年，星期四(1)(1)放大倍数放大倍数 输输出出信信号号的的电电压压和和电电流流幅幅度度得得到到了了放放大大，所所以以输输出出功功率率也也会会有有所所放放大大。对对放放大大电电路路而而言言有有电电压压放放大大倍倍数数、电电流流放大倍数放大倍数和和功率放大倍数功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。通常

20、它们都是按正弦量定义的。电压放大倍数电压放大倍数电流放大倍数电流放大倍数功率放大倍数功率放大倍数第22页，共46页，编辑于2022年，星期四(2)(2)输入电阻输入电阻 R Ri i 输输入入电电阻阻是是表表明明放放大大电电路路从从信信号号源源吸吸取取电电流流大大小小的的参参数数，R Ri i大大放放大大电电路路从从信信号号源源吸取的电流小，反之则大。吸取的电流小，反之则大。第23页，共46页，编辑于2022年，星期四(3)(3)输出电阻输出电阻R Ro o 输出电阻是表明放大电路带负载的能力，输出电阻是表明放大电路带负载的能力，R Ro o大表大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。明放大电

21、路带负载的能力差，反之则强。注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。输出不失真的条件下才有意义。第24页，共46页，编辑于2022年，星期四(4)(4)通频带通频带 BW相应的频率相应的频率f fL L称为下限频率，称为下限频率，f fH H称为上限频率称为上限频率。放放大大电电路路的的增增益益A A(f f)是是频频率率的的函函数数。在在低低频频段段和和高高频频段段放放大大倍倍数数都都要要下下降降。当当A A(f f)

22、下下降到中频电压放大倍数降到中频电压放大倍数A A0 0的的 1/1/时，即时，即第25页，共46页，编辑于2022年，星期四4.2.1 4.2.1 基本放大电路的组成基本放大电路的组成三极管三极管 T T 起放大作用。起放大作用。偏置电路偏置电路V VCCCC 、R Rb b提供电源，并使三极管提供电源，并使三极管工作在线性区。工作在线性区。耦合电容耦合电容C C1 1、输入耦合电输入耦合电容容C C1 1保证信号保证信号加到发射结，加到发射结，不影响发射结不影响发射结偏置。输出耦偏置。输出耦合电容合电容C C2 2保证保证信号输送到负信号输送到负载，不影响集载，不影响集电结偏置。电结偏置。

23、负载电阻负载电阻RC、RL将变化的集电极电流将变化的集电极电流转换为电压输出。转换为电压输出。第26页，共46页，编辑于2022年，星期四 4.2.24.2.2 基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理 1.1.静态静态:时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称也称直流工作状态直流工作状态。放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路正确地区分直流通路和交流通路。2.2.动态动态:时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状

24、态，也称也称交流工作状态交流工作状态。第27页，共46页，编辑于2022年，星期四 直流电源和耦合电容对交流相当于短路直流电源和耦合电容对交流相当于短路3.3.直流通路和交流通路直流通路和交流通路 (a)直流通路 1)1)直流通路直流通路 能通过直流的通路。能通过直流的通路。2)2)交流通路交流通路 能通过交流的电路通路。能通过交流的电路通路。(b)交流通路第28页，共46页，编辑于2022年，星期四4.4.放大原理放大原理 输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结于输入信号通过耦合电容加在三极管的发射结于是有下列过程：是有下列过程：三极管放大作用三极管放大作用 变化的变化的 通过通过 转变为转

25、变为变化的输出变化的输出第29页，共46页，编辑于2022年，星期四4.3 4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大电放大电路分析路分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路微变等效电路法法图解法图解法计算机仿真计算机仿真第30页，共46页，编辑于2022年，星期四 I IB B、I IC C和和V VCECE这些量代表的工作状态称为这些量代表的工作状态称为静态工静态工作点作点，用，用Q Q表示。在测试基本放大电路时，往往测表示。在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位量三个电极对地的电位V VB B、V VE E和和V VC C即可确定三极管即可

26、确定三极管的静态工作状态。的静态工作状态。1.1.静态电路分析静态电路分析 -计算分析法计算分析法第31页，共46页，编辑于2022年，星期四1.1.静态电路分析静态电路分析 -图解分析法图解分析法2.2.由直流负载线由直流负载线V VCE CE=V VCCCCI IC CR RC C V VCC CC 、V VCC CC/R Rc c3.3.得到得到Q Q点的参数点的参数I IB B 、I IC C 和和V VCE CE 。1.1.在输出特性曲线上在输出特性曲线上确定确定两个特殊点两个特殊点,即即可画出直流负载线。可画出直流负载线。第32页，共46页，编辑于2022年，星期四2.2.放大电路

27、的动态图解分析放大电路的动态图解分析（1 1）交流负载线）交流负载线1.1.从从B B点通过输出特性曲线上的点通过输出特性曲线上的Q Q点做一条直线，点做一条直线，其斜率为其斜率为-1/-1/RRL L 。2.2.R R L L=R RL LR Rc c，是交流负载电阻。是交流负载电阻。3.3.交流负载线是有交流负载线是有交流交流 输入信号时输入信号时Q Q点的运动轨迹。点的运动轨迹。4.4.交流负载线与直流交流负载线与直流 负载线相交负载线相交Q Q点。点。第33页，共46页，编辑于2022年，星期四uBEiB(uA)00 0t tuBEu uBEQBEQi iBQBQuCE(V)ic(mA

28、)0 00t tu uCE1、根据、根据ui的波形通过输入特性画出的波形通过输入特性画出iB波形波形2、画出输出回路的交流负载线、画出输出回路的交流负载线3、通过交流负载线画出、通过交流负载线画出iC和和uCE的波形的波形4 4、计算输出电压幅值和电压放大倍数、计算输出电压幅值和电压放大倍数第34页，共46页，编辑于2022年，星期四uCE(V)ic(mA)0 00 0t tuCECEuCE(V)ic(mA)00tuCE5 5、非线性失真、非线性失真uCE(V)ic(mA)00tuCE第35页，共46页，编辑于2022年，星期四 结论（结论（1 1）输出和输入反相）输出和输入反相 （2 2）交

29、流信号是迭加在直流上的）交流信号是迭加在直流上的 （3 3）有合适的工作点）有合适的工作点Q Q（产生非线性失真），（产生非线性失真），饱和和截止失真。饱和和截止失真。（4 4）在分析时可单独求交流量）在分析时可单独求交流量 图解法的优点：直观，准确图解法的优点：直观，准确缺点：麻烦，不知道每一个管子的曲线缺点：麻烦，不知道每一个管子的曲线第36页，共46页，编辑于2022年，星期四波形的失真波形的失真饱和失真截止失真 由于放大电路的工作点达到了三极管由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于的饱和区而引起的非线性失真。对于NPNNPN管，管，输出电压表现为底部失真。输出

30、电压表现为底部失真。由于放大电路的工作点达到了三极管由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于的截止区而引起的非线性失真。对于NPNNPN管，管，输出电压表现为顶部失真。输出电压表现为顶部失真。最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度注意：对于注意：对于PNPPNP管，由于是负电源供电，失真的表管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与现形式，与NPNNPN管正好相反。管正好相反。第37页，共46页，编辑于2022年，星期四放大电路的最大不失真输出幅度放大电路的最大不失真输出幅度 放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.1.工作点

31、工作点Q Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.2.要有合适的交流负载线要有合适的交流负载线。第38页，共46页，编辑于2022年，星期四 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形 要想要想P PO O大，就要使功率三角形的面积大，即必须大，就要使功率三角形的面积大，即必须使使V Vomom 和和I Iomom 都要大。都要大。放大电路向电阻性负载提供的放大电路向电阻性负载提供的输出功率输出功率 在输出特性曲线上，三在输出特性曲线上，三角形角形 ABQABQ的面积，称为的面积，称为功功率三角形率三角形。第39页，共46页，编辑于2022年，星期四4.

32、3.2 4.3.2 低频小信号模型分析法低频小信号模型分析法 (1)(1)模型的建立模型的建立 1.1.三极管可以用一个模型来代替。三极管可以用一个模型来代替。2.2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。对于低频模型可以不考虑结电容的影响。3.3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。线性同样的含义。h h参数模型参数模型第40页，共46页，编辑于2022年，星期四（2)2)模型中的主要参数模型中的主要参数r rbebe 交流输入电阻交流输入电阻 i iB B输出电流源输出电流源表示三极管的表示三极管的电流放大作用电流放大作

33、用hie为为输入电阻输入电阻，即，即 r rbebe。hre为为电压反馈系数电压反馈系数，即，即r r。hfe为为电流放大系数电流放大系数，即，即。hoe为为输出电导输出电导，即，即1/1/r rcece。第41页，共46页，编辑于2022年，星期四(3)(3)模型简化模型简化第42页，共46页，编辑于2022年，星期四用用H H参数小信号模型分析共射极基本放大电路参数小信号模型分析共射极基本放大电路 (1)(1)小信号等效电路小信号等效电路第43页，共46页，编辑于2022年，星期四(2)(2)电压增益电压增益第44页，共46页，编辑于2022年，星期四(3)(3)输入电阻输入电阻Ri(4)输出电阻输出电阻Ro第45页，共46页，编辑于2022年，星期四作业:4.3.94.3.11第46页，共46页，编辑于2022年，星期四