第二章_放大电路分析基础
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第1章半导体器件基础教学目的:了解半导体基础知识教学重点:PN结教学难点:PN结单向导电性教学容:1.1 半导体基础知识教学方法:理论讲解与举例相结合,讲例题时边讲边练(学生先作,老师后讲)。
教学进度:本容为2学时参考资料:模拟电子技术基础教学容1.1半导体及其特性一、半导体特点半导体特点:1、受光、热激发,导电性能↑↑2、掺杂质导电性能↑↑二、本征半导体1.概念:纯净的、结构完整的半导体,叫本征半导体。
它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。
在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。
2.半导体的本征激发与复合现象:当导体处于热力学温度0 K时,导体中没有自由电子。
当温度升高或受到光的照射时,价电子能量增高,有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电,成为自由电子。
这一现象称为本征激发(也称热激发)。
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电子空穴对。
游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合。
在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡,此时,载流子浓度一定,且自由电子数和空穴数相等。
三、杂质半导体掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
杂质半导体是半导体器件的基本材料。
在本征半导体中掺入五价元素(如磷),就形成N型(电子型)半导体;掺入三价元素(如硼、镓、铟等)就形成P型(空穴型)半导体。
杂质半导体的导电性能与其掺杂浓度和温度有关,掺杂浓度越大、温度越高,其导电能力越强。
1. P型半导体(空穴半导体)多数载流子是空穴形成:在本征半导体中掺三价杂质2.N型半导体(电子型半导体)多数载流子是电子形成:在本征半导体中掺五价杂质1.2 PN结的形成及特性一、 PN结的形成1、半导体中的载流子有两种有序运动:载流子在浓度差作用下的扩散运动和电场作用下的漂移运动。
同一块半导体单晶上形成P型和N型半导体区域,在这两个区域的交界处,当多子扩散与少子漂移达到动态平衡时,空间电荷区(亦称为耗尽层或势垒区)的宽度基本上稳定下来,PN结就形成了。
第二章放大电路分析基础§2、1 放大电路工作原理一:放大电路的组成原理基本共发射极电路如图右所示。
图中V 是NPN 型三极管,担负放大作用,是整个电路的核心器件。
放大电路的组成原则是:(1):放大器件工作在放大区(三极管的发射结正向偏置,集电结反向偏置)(2):输入信号能输送至放大器件的输入端(三极管的发射结)(3):有信号电压输出。
我们判断一个放大电路能否放大输入,可按上述原则进行。
如用PNP 三极管,则电源和电容C1,C2的极性均反向。
基本放大电路的习惯画法(1) (2)二:直流通路和交流通路在分析放大电路时有两类问题:直流问题和交流问题。
(1)直流通路:将放大电路中的电容视为开路,电感视为短路即得。
它又被称为静态分析。
(2)交流通路:将放大电路中的电容视为短路,电感视为开路,直流电源视为短路即得。
它又被称为动态分析。
按上述原则,可画出图(2)的直流通路和交流通路。
如图所示(3)和(4)。
++b2b -i u C +R -b1R u To L +C c R V CCBBV ++b2b -i u C +R -b1R u To L +C c R V CCBBV +++C Tb1CC R b V L+u o R -u +-ib2C cR§2、2 放大电路的直流工作状态直流工作点,又称为静态工作点,简称Q 点。
它可以通过公式求出,也可以通过作图的方法求出。
一:公式法计算Q 点根据放大电路的直流通路,估算出放大电路的静态工作点。
下面把求I B 、I C 、U CE 的公式列出来三极管导通时,U BE 的变化很小,可视为常数,我们一般认为:硅管为 0.7V锗管为 0.2V例:用估算法计算静态工作点。
已知:V CC=12V ,R C=4K Ω,R b=300K Ω,β=37.5。
解:二:图解法计算Q 点三极管的电流、电压关系可用输入特性曲线和输出特性曲线表示,我们可以在特性曲线上,直接用作图的方法来确定静态工作点。
第二章放大电路分析基础
XD Univ. @ 诚夏 SincereXIA
放大电路工作原理
放大的基本概念
输出电压或电流在幅度上得到了放大,在能量上得到了加强,能量由直流电源提供放大电路的组成原则
1. 要有直流通路保证发射结正偏,集电结反偏,使晶体管工作在放大区
2. 要有交流通路待放大的输入信号能加到发射结上,放大了的信号能从电路中取出
3. 确保合适的工作点信号始终处于放大区
放大原理
放大电路的信号及常用符号
1. (小写字母,大写下标)——瞬时值,实际的物理信号
2. (大写字母,大写下标) ——实际信号的直流成分
3. (小写字母,小写下标) ——实际信号的交流成分
4. (大写字母,小写下标) ——交流信号的有效值
5. ——交流信号的最大值
放大电路的直流工作状态
确定直流工作状态,就是确定 Q 点
Q点
基极直流电源IB
集电极直流电流IC
集电极与发射极间的直流电压UCE
其中:在三极管输入曲线上确定Q点,在三极管输出曲线上确定 Q 点放大电路的基本分析方法
解析法确定静态工作点
必须已知三极管的值,静态工作点在直流通路求得,直流通路:将电容视为开路
所需要使用的公式
1.
硅
2.
3.
图解法确定静态工作点
1. 在输入特性曲线上,作出直线-,两线的交点即是Q点,得到。
2. 在输出特性曲线上,作出直流负载线-,与IBQ曲线的交点即为Q点,从而得
到和。
电路参数对静态工作点的影响
1. 增加,降低,工作点沿直流负载线下移
2. 减小,减小,斜率绝对值增加,工作点沿特性曲线右移
3. 增加,增大,直流负载线平行右上移,工作点向右上方移动
放大器的动态范围
失真输出电压的峰峰值:。
1. 当--时,受截止失真限制,。
2. 当--时,受饱和失真限制,
-。
3. 当--,放大器将有最大的不失真输出电压。
放大电路的动态分析
动态分析的对象是交流通路,分析的关键是做交流负载线
交流通路:电容视为短路,理想直流电压源视为短路(接地)
图解法分析动态特性
三极管工作点的移动不再沿直流负载线,而是按交流负载线移动。
放大电路的非线性失真
1. Q 点过低,信号进入截止区—— 截止失真
不发生截止失真的条件:
不管是NPN管还是PNP管,远离横轴处的失真都是截止失真NPN管:顶部失真为截止失真
2. Q 点过高,信号进入饱和区—— 饱和失真
不发生饱和失真的条件:
微变等效电路法
三种基本组态放大电路的分析
1. 放大倍数
1. 电压放大倍数:
2. 源电压放大倍数:
考虑了信号源内阻影响时的电压放大倍数
2. 输入电阻:
从放大器输入端看进去的电阻
3. 输出电阻:
将放大电路等效为戴维南等效电路,这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻确定输出电阻的方法
1. 计算法
1. 计算输出电阻时,务必去掉负载!
2. 将所有电源置零(独立源置零,保留受控源)
3. 加压求流法
2. 测量法
1. 测量开路电压
2. 测量接入负载后的输出电压
3. 计算
4. 通频带
为了不失真的放大,放大器的通频带必须大于信号的频带
微变等效电路模型
三种组态的比较
共发射极共集电极共基极
电压增益
约-136约 1约 136输入电阻
约1K约154K约21.6
输出电阻
约3K
约80约
3K
共集电极放大电路的特点:
1. 高输出电阻,低输出电阻
2. 电压增益近似为1
3. 具有电流放大能力
被称为电压跟随器射极输出器
静态工作点的稳定及其偏置电路
1. 温度对静态工作点的影响
少子运动加强
输入特性曲线右移
温度升高Icbo 升高Iceo 升高
Ic 升高Vbe 下降Ib 升高beta 升高
Q 点升高饱和失真
2. 射极偏置电路
射极偏置电路的工作点稳定过程:
由输入特性曲线
电容 的作用:
保证放大倍数不受影响
多级放大电路
耦合方式
阻容耦合、直接耦合、变压器耦合
阻容耦合前后级相对独立,静态工作点互不影响,可以抑制温漂
零点漂移:放大电路在无输入信号的情况下,输出电压uo 却出现缓慢、不规则波动的现象。
是三极管的工作点随时间而逐渐偏离原有静态值的现象。
产生零点漂移的主要原因是温度的影响,所以有时也用温度漂移或时间漂移来表示。
一般将在一定时间内,或一定温度变化范围内的输出级工作点的变化值除以放大倍数,即将输出级的漂移值归算到输入级来表示的
电压放大倍数的计算
1. 直接耦合电路
1. 输入电阻法:后一级的输入电阻是前一级的负载后级是前级的负载
2. 开路电压法:将后一级与前一级开路,计算前一级的开路电压放大倍数和输出电阻,将其
作为信号源一级内阻考虑,共同作用到后一级前级是后级的信号源
2. 阻容耦合放大电路
1. 静态分析:各级单独计算静态工作点独立
2. 动态分析:
1. 电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积
计算前级的电压放大倍数时,必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中
2. 输入电阻就是第一级的输入电阻
3. 输出电阻就是最后一级的输出电阻。