半导体三极管及放大电路基础.ppt
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1、半导体三极管及放大电路基础,半导体三极管,基本放大电路,半导体三极管,频率:,高频管、低频管,功率:,材料:,小、中、大功率管,硅管、锗管,类型:,NPN型、PNP型,半导体三极管是具有电流放大功能的元件,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PN结组成的,发射区,基区,集电区,三极管电流分配,半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。,在放大工作状态: 发射结加正向电压,集电结加反向电压。,三极的工作原理,发射结加正偏时,从发射区将有大量的电子向基区扩散,形成的电流为IEN。 从基区向发射区也有空穴的扩散运动,但其数量小,形成的电流为IEP。(这是
2、因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。),进入基区的电子流因基区的空穴浓度低,被复合的机会较少。又因基区很薄,在集电结反偏电压的作用下,电子在基区停留的时间很短,很快就运动到了集电结的边上,进入集电结的结电场区域,被集电极所收集,形成集电极电流ICN。在基区被复合的电子形成的电流是 IBN。,另外因集电结反偏,使集电结区的少子形成漂移电流ICBO。,很小的基极电流IB,就可以控制较大的集电极电流IC,从而实现了放大作用。,三极管的电流关系,共集电极接法:集电极作为公共端;,共基极接法:基极作为公共端。,共发射极接法:发射极作为公共端;,各极电流之间的关系式,共基极电流传输系数。,因ICBO
3、较小,所以 又因 则,ICIE,因ICEO较小,所以,共发射极电流放大系数。,IE =IC+IB, 1,半导体三极管的特性曲线,iB是输入电流,vBE是加在B、E两极间的输电压。,输入特性曲线 iB=f(vBE) vCE= 常数,共发射极接法的输入特性曲线其中vCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线,当vCE1V时, vCB= vCE - vBE0,集电结已进入反偏状态,开始收集电子,且基区复合减少, IC / IB 增大,特性曲线将向右稍微移动一些。但vCE再增加时,曲线右移很不明显。,导通电压,锗管 0.10.3V,硅管 0.60.8V,输出特性曲线 iC=f(vCE) iB= 常数
4、,iC是输出电流,vCE是输出电压。,放大区:,发射结正偏、集电结反偏,截止区:,IB=0以下的区域。,饱和区:,发射结和集电结均为正偏。,IC随着VCE的变化而迅速变化。 工程上以VCE=0.3伏作为放大区和饱和区的分界线。,VCE大于0.7 V左右(硅管) 。,发射结和集电结均为反偏。,测量三极管三个电极对地电位,试判断三极管的工作状态。,放大VcVbVe,放大VcVbVe,发射结和集电结均为反偏。,发射结和集电结均为正偏。,例1:,测得VB =4.5 V 、VE = 3.8 V 、VC =8 V,试判断三极管的工作状态。,放大,例2:,半导体三极管的参数,直流参数、交流参数、 极限参数,
5、直流电流放大系数 1.共发射极直流电流放大系数 =(ICICEO)/IBIC / IB vCE=常数,一.直流参数,2.共基极直流电流放大系数 =(ICICBO)/IEIC/IE 显然 与 之间有如下关系: = IC/IE= IB/1+ IB= /1+ ,极间反向电流,1.集电极基极间反向饱和电流ICBO ICBO的下标CB代表集电极和基极, O是Open的字头,代表第三个电极E开路。 它相当于集电结的反向饱和电流。,2.集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO和ICBO有如下关系 ICEO=(1+ )ICBO 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IB=0那条
6、曲线所对应 的Y坐标的数值。,二.交流参数,交流电流放大系数 1.共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const,在放大区 值基本不变, 通过垂直于X 轴的直线 由IC/IB求得。,在输出特性曲线上求,2.共基极交流电流放大系数 =IC/IE VCB=const 当ICBO和ICEO很小时,,可以不加区分。,特征频率fT,三极管的值不仅与工作电流有关,而且与工作频率有关。由于结电容的影响,当信号频率增加时,三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率,用fT表示。,集电极最大允许电流ICM,三极管集电极最大允许电流ICM。当ICICM时,管子性能将显著下降,甚至会损坏三极管
7、。,集电极最大允许功率损耗PCM,集电极电流通过集电结时所产生的功耗, PCM= ICVCBICVCE, 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VCE取代VCB。,三.极限参数,反向击穿电压,1.V(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。 下标BR代表击穿之意,是Breakdown的字头,CB 代表集电极和基极,O代表第三个电极E开路。,2.V(BR) EBO集电极开路时发射结的击穿电压。,3.V(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的 击穿电压。 对于V(BR)CER表示BE间接有电阻,V(BR)CES表示BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系 V(
8、BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR) EBO,由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。,输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,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: 3 D G 110 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,器件的种类,同种器件型号的序号,同一型号中的不同规格,三极管,双极型三极管的参数,注:*为 f,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成的三
9、种基本组态放大电路。,共发射极、 共集电极、 共基极,放大电路的主要技术指标,(1)放大倍数 (2)输入电阻Ri (3)输出电阻Ro (4)通频带,(1) 放大倍数,输出信号的电压和电流幅度得到了放大,所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。,电压放大倍数,电流放大倍数,功率放大倍数,(2) 输入电阻 Ri,输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数,Ri大放大电路从信号源吸取的电流小,反之则大。,(3) 输出电阻Ro,输出电阻是表明放大电路带负载的能力,Ro大表明放大电路带负载的能力差,反之则强。,注意:放大倍数、
10、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输出不失真的条件下才有意义。,(4) 通频带 BW,相应的频率fL称为下限频率,fH称为上限频率。,放大电路的增益A(f) 是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当A(f)下降到中频电压放大倍数A0的 1/ 时,即,基本放大电路的工作原理,(1) 共发射极基本放大电路的组成,三极管 T 起放大作用。,偏置电路VCC 、Rb 提供电源,并使三极管 工作在线性区。,耦合电容C1 、 C2输入耦合电 容C1保证信号 加到发射结, 不影响发射结 偏置。输出耦 合电容C2保证 信号输送到负 载,不影响集 电结偏置。,
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