电路与电子学基础作者陈利永第六章课件.ppt

第5章 半导体三极管和场效应管及其应用 6.1.2 三极管的电流放大作用 1．三极管内部PN结的结构 对模拟信号进行处理最基本的形式是放大。放大电路的核心器件是三极管，三极管的电流放大作用与三极管内部PN结的特殊结构有关。 从结构图可见，三极管犹如两个反向串联的PN结，如果孤立地看待这两个反向串联的PN结，或将两个普通二极管串联起来组成三极管，是不可能具有电流的放大作用的。具有电流放大作用的三极管，PN结内部结构的特殊性如下。 （1）为了便于发射结发射电子，发射区半导体的掺杂溶度远高于基区半导体的掺杂溶度，且发射结的面积较小。 （2）发射区和集电区虽为同一性质的掺杂半导体，但发射区的掺杂溶度要高于集电区的掺杂溶度，且集电结的面积要比发射结的面积大，便于收集电子。 （3）联系发射结和集电结两个PN结的基区非常薄，且掺杂溶度也很低。 1）发射区向基区发射电子的过程 发射结处在正向偏置，使发射区的多数载流子（自由电子）不断地通过发射结扩散到基区，即向基区发射电子。与此同时，基区的空穴也会扩散到发射区，由于两者掺杂溶度上的悬殊，形成发射极电流Ie的载流子主要是电子，电流的方向与电子流的方向相反。发射区所发射的电子由电源Vcc的负极来补充。 电压放大器工作时应防止饱和失真和截止失真的现象，当饱和失真或截止失真出现时，应消除它，改变工作点的设置就可以消除失真。 在消除失真之前必须从输出的信号来判断放大器产生了什么类型的失真，判断的方法如下。 对由NPN管子组成的电压放大器，当输出信号的负半周产生失真时，因共发射极电压放大器的输出和输入倒相，说明是输入信号为正半周时电路产生了失真。输入的正半周信号与静态工作点电压相加，将使放大器的工作点进入饱和区，所以，这种情况的失真为饱和失真，消除的办法是降低静态工作点的数值。 当输出信号的正半周产生失真时，说明输入信号为负半周时电路产生了失真，输入负半周信号与静态工作点电压相减，将使放大器的工作点进入截止区，所以，这种情况的失真为截止失真，消除的办法是提高电路静态工作点的数值。 注意：上述判断的方法仅适用于由NPN型三极管组成的放大器，对于由PNP型三极管组成的放大器，因电源的极性相反，所以结论刚好与NPN型的相反。 模拟电子电路课程研究的主要问题之一是放大电路，组成放大电路的核心器件是三极管或场效应管。三极管有NPN型和PNP型两种，场效应管有N沟道结型，P沟道结型、N沟道增强型、P沟道增强型、N沟道耗尽型和P沟道耗尽型六种。 三极管有三个工作区，分别是截止区、放大区和饱和区。场效应管也有三个工作区，分别是：截止区、恒流区和可变电阻区。作为放大器的三极管必须工作在放大区，作为放大器的场效应管必须工作在恒流区，为三极管或场效应管设置合适的工作点就会使三极管或场效应管工作在放大区或恒流区。工作在放大区的三极管偏置电压的特征是：发射结正向偏置，集电结反向偏置。 因为放大器是四端网络，而三极管或场效应管均只有三个引脚，要将三个引脚的器件接成四端网络，必须将一个脚作为公共脚。以发射极为公共脚的放大器称为共发射极电压放大器，以集电极为公共脚的放大器称为共集电极电压放大器，以基极为公共脚的放大器称为共基极电路。同样，场效应管放大器也有共源极、共漏极和共栅极电压放大器。 对放大器进行分析主要有静态分析和动态分析。静态分析的任务是计算电路的静态工作点Q。对于三极管放大电路，静态工作点由IBQ、ICQ和UCEQ三个量组成；对于场效应管放大电路，静态工作点由UGSQ、IDQ和UDSQ三个量组成。 计算工作点数值的电路是放大器的直流通路。根据电容阻直流的特性，可将放大器原电路画成直流通路。画出直流通路后，根据电路分析的方法即可计算放大器的静态工作点。 对放大器进行动态分析的主要任务是计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro。进行动态分析所用的电路是放大器的微变等效电路，画放大器微变等效电路的方法是：先将三极管或场效应管画成微变等效模型，然后根据电容和电源通交流的特性，将原电路整理成便于计算的微变等效电路。 放大器的动态特性除了上述的三个参量外，还有频响特性。放大器频响特性的分析主要是计算放大器的通带截止频率和画波特图，分析时所用的微变等效电路与上述微变等效电路的差别是电容的容抗作用不能忽略。在这种情况下，三极管和场效应管的微变等效模型必须用混合π参数模型。 5.8.2 晶体管电流放大倍数的频率响应 6.8.3 单管共射放大电路的频响特性 【例6-5】在图6-71所示的电路中Vcc=15V，Rb1=110kΩ，Rb2=33kΩ，Rs=10kΩ，Rc=RL=4kΩ，Re=1.8kΩ，C1=1μ，C2=1μ，Ce=50μ晶体管的UBEQ=0.7V， =300Ω，β=400，Cл，