低頻電路精品課件

1、低頻電路第1頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日 4 半導體三極管及放大電路基礎第2頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日頻率：高頻管、低頻管功率：材料：小、中、大功率管硅管、鍺管類型：NPN型、PNP型半導體三極管是具有電流放大功能的元件4.1 BJT（Bipolar Junction Transistor)4.1.1 BJT 的結構簡介第3頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日晶體三極管的結構:發(fā)射結 集電結基極發(fā)射極 集電極晶體三極管是由兩個PN結組成的發(fā)射區(qū)基區(qū) 集電區(qū)第4頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，

2、星期日結構特點：（1）發(fā)射結面積比集電結面積??； （2）基區(qū)很?。?m 級）； （3）發(fā)射區(qū)多數(shù)載流子比集電區(qū)濃度大。 半導體三極管在工作時一定要加上適當?shù)闹绷髌秒妷?。三極管電流分配:在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結加正向電壓，集電結加反向電壓。第5頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日4.1.2 放大狀態(tài)下BJT的工作原理1.BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程 ： 發(fā)射區(qū)發(fā)射電子，集電區(qū)收集電子。（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流IE；（2）電子在基區(qū)中的擴散與復合，形成基極電流IBN ；（3）集電區(qū)收集擴散過來的電子，形成集電極電流ICN ；（4）集電結反向偏置產(chǎn)生反向飽和電流

3、ICBO 。第6頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日2.三極管的電流分配關系共集電極接法：集電極作為公共端；共基極接法：基極作為公共端。共發(fā)射極接法：發(fā)射極作為公共端；各極電流之間的關系式： 共基極電流傳輸系數(shù)。因ICBO較小，所以又因 則，ICIE因ICEO較小，所以共發(fā)射極電流放大系數(shù)。IE =IC+IB 1第7頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日3.三極管的放大作用發(fā)射結外加電壓第8頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日4.1.3 半導體三極管的特性曲線 iB是輸入電流，vBE是加在B、E兩極間的輸電壓。 1. 輸入特性曲線

4、 iB=f(vBE) vCE= 常數(shù) 共發(fā)射極接法的輸入特性曲線其中vCE=0V的那一條相當于發(fā)射結的正向特性曲線，當vCE1V時， vCB= vCE - vBE0，集電結已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，且基區(qū)復合減少， IC / IB 增大，特性曲線將向右稍微移動一些。但vCE再增加時，曲線右移很不明顯。導通電壓鍺管 0.10.3V硅管 0.60.8V第9頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日2. 輸出特性曲線 iC=f(vCE) iB= 常數(shù) iC是輸出電流，vCE是輸出電壓。 放大區(qū)：發(fā)射結正偏、集電結反偏截止區(qū)： IB=0以下的區(qū)域。飽和區(qū)：發(fā)射結和集電結均為正偏。I

5、C隨著VCE的變化而迅速變化。工程上以VCE=0.3伏作為放大區(qū)和飽和區(qū)的分界線。VCE大于0.7 V左右(硅管) 。發(fā)射結和集電結均為反偏。第10頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日 測量三極管三個電極對地電位，試判斷三極管的工作狀態(tài)。 放大截止飽和-+正偏反偏-+-正偏反偏+-放大VcVbVe放大VcVbVe例1：第11頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日測得VB =4.5 V 、VE = 3.8 V 、VC =8 V， 試判斷三極管的工作狀態(tài)。放大例2：第12頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日4.1.4 半導體三極管的主

6、要參數(shù) 直流參數(shù)、交流參數(shù)、 極限參數(shù)直流電流放大系數(shù)1.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=常數(shù)一.直流參數(shù) 2.共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE 顯然 與 之間有如下關系: = IC/IE= IB/1+ IB= /1+ 第13頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日極間反向電流 1.集電極基極間反向飽和電流ICBO ICBO的下標CB代表集電極和基極， O是Open的字頭，代表第三個電極E開路。 它相當于集電結的反向飽和電流。 2.集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO和ICBO有如下關系 ICEO=

7、（1+ ）ICBO相當基極開路時，集電極和發(fā)射極間的反向飽和電流，即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對應的Y坐標的數(shù)值。第14頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日二.交流參數(shù)交流電流放大系數(shù) 1.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) =IC/IBvCE=const 在放大區(qū) 值基本不變，通過垂直于X 軸的直線由IC/IB求得。 在輸出特性曲線上求 2.共基極交流電流放大系數(shù) =IC/IE VCB=const當ICBO和ICEO很小時， 可以不加區(qū)分。第15頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日特征頻率fT 三極管的 值不僅與工作電流有關，而且與工作頻率有關。由于結電

8、容的影響，當信號頻率增加時，三極管的 將會下降。當 下降到1時所對應的頻率稱為特征頻率，用fT表示。集電極最大允許電流ICM 三極管集電極最大允許電流ICM。當ICICM時，管子性能將顯著下降，甚至會損壞三極管。集電極最大允許功率損耗PCM 集電極電流通過集電結時所產(chǎn)生的功耗， PCM= ICVCBICVCE， 因發(fā)射結正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集電結上。在計算時往往用VCE取代VCB。三.極限參數(shù)第16頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日反向擊穿電壓 1.V(BR)CBO發(fā)射極開路時的集電結擊穿電壓。下標BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭，CB代表集電極

9、和基極，O代表第三個電極E開路。 2.V(BR) EBO集電極開路時發(fā)射結的擊穿電壓。 3.V(BR)CEO基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。 對于V(BR)CER表示BE間接有電阻，V(BR)CES表示BE間是短路的。 幾個擊穿電壓在大小上有如下關系 V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR) EBO第17頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日符號約定:小寫符號、小寫下標 vi ：-表示交流電壓（電流）瞬時值。大寫符號、大寫下標VI ：-表示直流電壓（電流）小寫符號、大寫下標vI ：-表示包含有直流的電壓（電流）的瞬時值大寫符號、小寫下

10、標Vi ：-表示交流電壓（電流）有效值第18頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日半導體三極管的型號：國家標準對半導體三極管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、 G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關管材料器件的種類同種器件型號的序號同一型號中的不同規(guī)格三極管第19頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日雙極型三極管的參數(shù):參 數(shù)型 號 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31

11、D 125 125 20 126* 83BX31C 125 125 40 246* 83CG101C 100 30 450.1 1003DG123C 500 50 40 300.353DD101D 5A 5A 300 25042mA3DK100B 100 30 25 150.1 3003DKG23250W 30A 400 325 8注：*為 f 第20頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日4.2 基本放大電路 基本放大電路一般是指由一個三極管與相應元件組成的三種基本組態(tài)放大電路。共發(fā)射極、共集電極、共基極放大電路的主要技術指標(1)放大倍數(shù)(2)輸入電阻Ri(3)輸出電阻R

12、o (4)通頻帶BW第21頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日(1) 放大倍數(shù) 輸出信號的電壓和電流幅度得到了放大，所以輸出功率也會有所放大。對放大電路而言有電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù),通常它們都是按正弦量定義的。電壓放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)功率放大倍數(shù)第22頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日(2) 輸入電阻 Ri 輸入電阻是表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)，Ri大放大電路從信號源吸取的電流小，反之則大。第23頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日(3) 輸出電阻Ro 輸出電阻是表明放大電路帶負載的能力，Ro大表

13、明放大電路帶負載的能力差，反之則強。 注意：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在正弦信號下的交流參數(shù)，只有在放大電路處于放大狀態(tài)且輸出不失真的條件下才有意義。第24頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日(4) 通頻帶 BW相應的頻率fL稱為下限頻率，fH稱為上限頻率。 放大電路的增益A(f) 是頻率的函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)都要下降。當A(f)下降到中頻電壓放大倍數(shù)A0的 1/ 時，即第25頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日4.2.1 基本放大電路的組成三極管 T 起放大作用。偏置電路VCC 、Rb提供電源，并使三極管工作在線性區(qū)。耦合電容C

14、1 、輸入耦合電容C1保證信號加到發(fā)射結，不影響發(fā)射結偏置。輸出耦合電容C2保證信號輸送到負載，不影響集電結偏置。負載電阻RC、RL將變化的集電極電流轉換為電壓輸出。第26頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日 基本放大電路的工作原理 1. 靜態(tài): 時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。 放大電路建立正確的靜態(tài)，是保證動態(tài)工作的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動態(tài)，正確地區(qū)分直流通路和交流通路。 2.動態(tài): 時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。第27頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日 直流電源和耦合電容對交流相當于短路3. 直流通路

15、和交流通路 (a)直流通路 1) 直流通路 能通過直流的通路。2) 交流通路 能通過交流的電路通路。 (b)交流通路第28頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日4. 放大原理 輸入信號通過耦合電容加在三極管的發(fā)射結于是有下列過程：三極管放大作用 變化的 通過 轉變?yōu)樽兓妮敵龅?9頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日4.3 放大電路的分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法計算機仿真第30頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日 IB、IC和VCE這些量代表的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)工作點，用Q表示。在測試基本放大

16、電路時，往往測量三個電極對地的電位VB、VE和VC即可確定三極管的靜態(tài)工作狀態(tài)。1.靜態(tài)電路分析 -計算分析法第31頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日靜態(tài)電路分析 -圖解分析法2. 由直流負載線VCE =VCCICRC VCC 、 VCC /Rc3. 得到Q點的參數(shù)IB 、IC 和VCE 。1. 在輸出特性曲線上確定兩個特殊點,即可畫出直流負載線。第32頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日2. 放大電路的動態(tài)圖解分析（1）交流負載線1.從B點通過輸出特性曲線上的Q點做一條直線， 其斜率為-1/RL 。2.RL= RLRc， 是交流負載電阻。 3.交

17、流負載線是有交流 輸入信號時Q點的運動軌跡。 4.交流負載線與直流 負載線相交Q點。第33頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日uBEiB(uA)00tuBEuBEQiBQuCE (V)ic (mA)00tuCE1、根據(jù)ui的波形通過輸入特性畫出iB波形2、畫出輸出回路的交流負載線3、通過交流負載線畫出iC和uCE的波形4、計算輸出電壓幅值和電壓放大倍數(shù)第34頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日uCE (V)ic (mA)00tuCEuCE (V)ic (mA)00tuCE5、非線性失真uCE (V)ic (mA)00tuCE第35頁，共46頁，202

18、2年，5月20日，22點47分，星期日 結論（1）輸出和輸入反相 （2）交流信號是迭加在直流上的 （3）有合適的工作點Q（產(chǎn)生非線性失真）， 飽和和截止失真。 （4）在分析時可單獨求交流量 圖解法的優(yōu)點：直觀，準確缺點：麻煩，不知道每一個管子的曲線第36頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日波形的失真飽和失真截止失真 由于放大電路的工作點達到了三極管的飽和區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。 由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。最大不失真輸出幅度注意：對于PNP管，由于是負電源供電，失真的表現(xiàn)形式，與NPN管正好相反。第37頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日放大電路的最大不失真輸出幅度 放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要： 1.工作點Q要設置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位； 2.要有合適的交流負載線。 第38頁，共46頁，2022年，5月20日，22點47分，星期日 輸