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文檔簡介

1、1.5 雙極型晶體管1.5.1 基本結(jié)構(gòu)和電流放大作用1.5.2 特性曲線和主要參數(shù)1.5.3 簡化的小信號模型第1章上頁下頁返回1.5.1 基本結(jié)構(gòu)和電流放大作用NPN型PNP型CPNNNPPEEBB發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)基極發(fā)射極集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電區(qū)發(fā)射區(qū)集電極集電極C發(fā)射極基極BETCNPNBETCPNP上頁下頁翻頁返回晶體管的電流放大原理IEIBRBUBBICUCC輸入電路輸出電路公共端 晶體管具有電流放大作用的外部條件:發(fā)射結(jié)正向偏置集電結(jié)反向偏置NPN 管: UBE0 UBCVBVERCBCE共發(fā)射極放大電路第1章上頁下頁翻頁P(yáng)NP 管: UBE0即VCVBIB 或 ICI

2、B第1章上頁下頁翻頁返回晶體管起電流放大作用,必須滿足發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏的條件。3當(dāng)基極電路由于外加電壓或電阻改變而引起IB的微小變化時,必定使IC發(fā)生較大的變化。即三極管的基極電流對集電極電流具有控制作用。1.5.2 特性曲線和主要參數(shù)1.輸入特性曲線IB = f (UBE )UC E = 常數(shù)UCE1V第1章上頁下頁翻頁返回IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCEUBE/VIB/AOO2.晶體管輸出特性曲線IC = f (UCE ) | IB = 常數(shù)IB 減小IB增加UCEICIB = 20AIB =60AIB =40A第1章上頁下頁翻頁返回IEIBRBUBICUCCRC-UBE

3、UCE晶體管輸出特性曲線分三個工作區(qū)UCE /VIC / mA806040 0 IB= 20 AO24681234截止區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)第1章上頁下頁翻頁返回 晶體管三個工作區(qū)的特點(diǎn):放大區(qū):截止區(qū):飽和區(qū):發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏有電流放大作用, IC=IB輸出曲線具有恒流特性發(fā)射結(jié)、集電結(jié)處于反偏失去電流放大作用, IC0晶體管C、E之間相當(dāng)于開路發(fā)射結(jié)、集電結(jié)處于正偏失去線性放大作用晶體管C、E之間相當(dāng)于短路第1章上頁下頁翻頁返回 3.主要參數(shù)集電極基極間反向飽和電流 ICBO集電極發(fā)射極間穿透電流 ICEOICEO=(1+)ICBO交流電流放大系數(shù)=IC / IB第1章上頁下頁直流電流放大系

4、數(shù)=IC / IB 電流放大系數(shù) 極間反向飽和電流翻頁返回ICEOCBEAAICBOCEB集電極最大允許電流 ICM集-射反向擊穿電壓 U(BR)CEO集電極最大允許耗散功率 PCM過壓區(qū)過流區(qū)安全工作區(qū)過損區(qū)PCM=ICUCEUCE/VU(BR)CEOIC/mAICMO使用時不允許超過這些極限參數(shù).第1章上頁下頁翻頁 極限參數(shù)返回 溫度對晶體管特性的影響對輸入特性的影響上頁下頁翻頁返回對晶體管輸出特性的影響上頁下頁翻頁返回 光電三極管上頁下頁翻頁返回 光電三極管的輸出特性曲線用途:光電信號傳輸、系統(tǒng)隔離等上頁下頁翻頁返回1.6 絕緣柵場效應(yīng)晶體管1.6.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理第1章上頁下頁返

5、回1.6.2 特性曲線和主要參數(shù)概述第1章上頁下頁返回翻頁 場效應(yīng)晶體管是利用電場效應(yīng)來控制電流的一種半導(dǎo)體器件,其中絕緣柵型場效應(yīng)管的應(yīng)用最為廣泛,這種場效應(yīng)管又稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOS)。P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道增強(qiáng)型耗盡型 按其導(dǎo)電類型可將場效應(yīng)晶體管分為N溝道和P溝道兩種,按其導(dǎo)電溝道的形成過程可分為耗盡型和增強(qiáng)型兩種。 因而就出現(xiàn)了四種不同形式的場效應(yīng)晶體管,它們是:1.6.1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)BG柵極D漏極SiO2BDGSP型硅襯底S源極N溝道增強(qiáng)型結(jié)構(gòu)示意圖圖形符號第1章上頁下頁返回N+N+翻頁2.工作原理 D與S之間是兩個PN結(jié)反向串聯(lián),無論D與S之間

6、加什么極性的電壓,漏極電流均接近于零。(1) UGS =0結(jié)構(gòu)示意圖襯底引線BUDSID = 0GDSP型硅襯底SiO2柵源電壓對導(dǎo)電溝道的控制作用第1章上頁下頁N+N+翻頁返回SD(2) 0 UGS UGS(th) 柵極下P型半導(dǎo)體表面形成N型導(dǎo)電溝道。 當(dāng)D、S加上正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流ID 。 N+N+SiO2GDS耗盡層BP型硅襯底UGSN型導(dǎo)電溝道ID第1章上頁下頁翻頁返回UDS由上述討論可知: UGS愈大,導(dǎo)電溝道愈厚,在UDS電壓作用下,電流ID愈 大。即通過改變電壓UGS的大小可以改變漏極電流ID的 大小。 需要柵極電壓UGS的增加到一定值,導(dǎo)電溝道才形成 的場效管稱為增強(qiáng)型

7、場效應(yīng)管。 場效應(yīng)管只有一種載流子參與導(dǎo)電,故稱為單極型晶 體管。普通晶體管中空穴和電子兩種載流子參與導(dǎo)電 稱之為雙極型晶體管。上頁第1章翻頁返回下頁上頁第1章翻頁返回下頁 0UDS/v10201234ID / mAUGS = 0 VUGS = -1 VUGS = -2 VUGS = 1 V可變電阻區(qū) 線性放大區(qū)N溝道耗盡型MOS管的特性曲線ID/mA0UGS/V-212UDS = 10 VIDSS輸出特性轉(zhuǎn)移特性1.6.2 特性曲線和主要參數(shù)UGS(off) UGSID=IDSS(1)2上頁第1章翻頁返回下頁增強(qiáng)型MOS管的轉(zhuǎn)移特性NMOS管PMOS管UGS 0IDUGS(th)UGS 0I

8、DUGS(th)ID=IDO( 1)2 UGS UGS(th) gm=ID / UGS UDS =常數(shù)跨導(dǎo)主要參數(shù)上頁第1章翻頁返回下頁夾斷電壓UGS(off):是耗盡型場效應(yīng)管當(dāng)ID為一微小電流時的柵源電壓。*最大漏源擊穿電壓U(BR)DS:漏極和源極之間的擊穿電壓。*最大漏極電流IDM,最大耗散功率PDM 。*低頻跨導(dǎo)gm:在UDS為某一固定值時,漏極電流的微小變化和相應(yīng)的柵源輸入電壓變化量之比。*柵源直流輸入電阻RGS:柵源電壓和柵極電流的比值。*開啟電壓UGS(th):是增強(qiáng)型場效應(yīng)管當(dāng)漏源之間出現(xiàn)導(dǎo)電溝道時的柵源電壓。*飽和漏電流IDSS:耗盡型場效應(yīng)管在UGS=0的情況下,當(dāng)漏源電

9、壓大于夾斷電壓時的漏極電流。* 場效應(yīng)管與晶體管的比較 電流控制 電壓控制 控制方式電子和空穴兩種載流子同時參與導(dǎo)電載流子電子或空穴中一種載流子參與導(dǎo)電類 型 NPN和PNP N溝道和P溝道放大參數(shù)20020=bmA/V51m=g rce很高 rds很高 輸出電阻輸入電阻W421010較低W1471010較高 雙極型三極管 單極型場效應(yīng)管熱穩(wěn)定性 差 好制造工藝 較復(fù)雜 簡單,成本低對應(yīng)電極 BEC GSD第三章 分立元件放大電路3.1 共發(fā)射極放大電路3.2 共集電極放大電路3.3 共源極放大電路放大的概念: 放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。 放大的實(shí)質(zhì): 用小能量的信號通過三

10、極管的電流控制作用,將放大電路中直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量輸出。 對放大電路的基本要求 : 1. 要有足夠的放大倍數(shù)(電壓、電流、功率)。 2. 盡可能小的波形失真。 另外還有輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等其它技術(shù)指標(biāo)。 本章主要討論電壓放大電路,簡單介紹功率放大電路。RBVCCVBBRCC1C2T+uiuo偏置電阻集電極負(fù)載電阻耦合電容直流電源公共端放大元件31 共發(fā)射極放大電路一、放大電路組成 1. 組成原則 共發(fā)射極基本電路VCCRSesRBVBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE2. 基本放大電路各元件作用 晶體管T-放大元件, iC= iB。要保證集電結(jié)反偏,

11、發(fā)射結(jié)正偏,使晶體管工作在放大區(qū) ?;鶚O電源VBB與基極電阻RB-使發(fā)射結(jié)處于正偏,并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流。共發(fā)射極基本電路VCCRSesRBVBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE集電極電源VCC -為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC-將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。耦合電容C1 、C2 -隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系,同時使信號順利輸入、輸出。信號源負(fù)載共發(fā)射極基本電路VCCRSesRBVBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE單電源供電時常用的畫法共發(fā)射極基本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+RLui+uo+uBEu

12、CEiCiBiEVCCRSesRBVBBRCC1C2T+RL+ui+uo+uBEuCEiCiBiE3. 共射放大電路的電壓放大作用UBEIBICUCE無輸入信號(ui = 0)時: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO結(jié)論: (1) 無輸入信號電壓時,三極管各電極都是恒定的 電壓和電流:IB、UBE和 IC、UCE 。 (IB、UBE) 和(IC、UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點(diǎn),稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。QIBUBEQUCEICUBEIB無輸入信號(ui

13、 = 0)時: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE?有輸入信號(ui 0)時 uCE = UCC iC RC uo 0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoIC+UCCRBRCC1C2T+ui+uo+uBEuCEiCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO結(jié)論:(2) 加上輸入信號電壓后,各電極電流和電壓的大 小均發(fā)生了變化,都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了 一個交流量,但方向始終不變。+集電極電流直流分量交流分量動態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析結(jié)論:(3) 若參數(shù)選取得當(dāng),輸出電壓可比輸入電壓大, 即電路具有電壓放大作用。(4)

14、輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180, 即共發(fā)射極電路具有反相作用。uitOuotO1. 實(shí)現(xiàn)放大的條件 (1) 晶體管必須工作在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏,集 電結(jié)反偏。(2) 正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn),使晶體管工作于放大 區(qū)。(3) 輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電 流。(4) 輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的 集電極電壓,經(jīng)電容耦合只輸出交流信號。二、共發(fā)射極放大電路的定性分析2. 直流通路和交流通路 因電容對交、直流的作用不同。在放大電路中如果電容的容量足夠大,可以認(rèn)為它對交流分量阻抗很小,即對交流短路。而對直流可以看成開路。這樣,交直流所走的通路是不同的。直流通路:無輸入信號時電流(直流電流)的通路, 用來計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。交流通路:有輸入信號時交流分量(變化量)的通路, 用來計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、 輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。例:畫出下圖放大電路的直流通路直流通路直流通路用來計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q ( IB 、 IC 、 UCE )對直流信號電容 C 可看作開路(即將電容斷開)斷開斷開+UCCRBRCT+UBEUC

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