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正文內(nèi)容

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第2章-wenkub

2023-01-24 03:57:12 本頁面
 

【正文】 理論上 , 有 uBE =UBE + ui iB =IB + ib iC =βiB =β(IB + ib) =βIB +βib = IC + ic uCE=VCC- iCRc =VCC- (IC+ic)Rc=(VCC- ICRc)- icRc=UCE+uce uo = uce,即 uo =- icRc bR uicR+V CC TIB + u OC 1+ + C 2+ bR uicRVCCT + u OC 1+ + C 2+ +sR+usLR iB +uBE iC+uCE 通過上述討論 , 可以得出如下結(jié)論: ( 1) 共射基本放大電路的放大過程可描述為: i c ( R c 的作用和 C 2 的隔直作用) u i i b u o (三極管工作在放大區(qū)) bR uicR+V CC TIB + u OC 1+ + C 2+ bR uicRVCCT + u OC 1+ + C 2+ +sR+usLR iB +uBE iC+uCE 通過上述討論 , 可以得出如下結(jié)論: ( 2)放大電路的組成原則: 正確的直流偏置;正確的交流通路;交直流相互兼容,互不影響;合適的元器件參數(shù)選擇。 “ 放大 ” 的本質(zhì)實際是指功率的放大或能量的放大 。 bR +uicR+V CC T+iBi C+V BBuBE + u O+uCE= uO 在共射電路中,輸入電流為基極電流 iB ,輸出電流為集電極電流 iC ,輸出電流變化量 ΔIC與輸入電流變化量 ΔIB的比值稱為共發(fā)射極交流電流放大系數(shù),用 β表示,即 顯然 , 和是兩個不同的概念 。 此時分析的電路各量是在直流量的基礎(chǔ)上再加上 交流量 。 共射基本放大電路的原理電路 1. 原理電路 bR +uicR+VCC T+iBi C+V BBuBE + uO+uCE= uO共射基本放大電路原理電路 該放大電路成立的條件是: ( 1)有正確的直流偏置, 即發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié) 反偏(接 VBB和 VCC ); ( 2) 輸入信號 ui為小信號; ( 3) 輸入回路的交流與直 流應(yīng)相互疊加 ( ui 與 VBB 串聯(lián)連接 ) ; ( 4) 輸出回路應(yīng)有交流電 壓輸出 ( 接 Rc ) 。臨界飽和線是飽和區(qū)和放大區(qū)的分界線,該線左方區(qū)域的 uCE< uBE(或 uCB< 0),稱為 過飽和 。由于三極管飽和時,各極之間電壓很小,而電流卻較大,呈現(xiàn)低阻狀態(tài),故各極之間可近似看成 短路 。 由于 iC受控于 iB , 所以三極管是一種 電流控制型器件 。 此時由于iC≈βiB , 則 iC隨時 iB而變化 , 即 iC受控于 iB( 受控特性 ) ;同時 iC與 uCE基本無關(guān) , 即 iC對 uCE而言可近似看成恒流 ( 恒流特性 ) 。 由共射輸出特性曲線 , 可以把三極管的工作狀態(tài)分為三個區(qū)域 : 截止區(qū) 、 放大區(qū) 、 飽和區(qū) ( 1) 截止區(qū) 通常把 iB=0(此時 iC=iE=ICEO )的輸出特性曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。三極管的共射輸出特性曲線表示當管子的輸入電流 iB為某一常數(shù)時,輸出電流 iC與輸出電壓 uCE之間的關(guān)系曲線,即 常數(shù)??BiCECufi )( 共射輸出特性曲線 ΔiC 放大區(qū) uCE=uBE Δ iB ICEO iC (mA) u CE (V) 0 2 4 6 8 10 10 2 4 6 8 0 iB=140μ A 120μ A 100μ A 80μ A 60μ A 40μ A 20μ A 截止區(qū) 飽和區(qū) 20℃ 圖 NPN三極管的共射輸出特性曲線 ( 1) 曲線起始部分較陡,且不同 iB曲線的上升部分幾乎重合。 (4) 一般硅管的 │UBE│≈, 鍺管的 │UBE│≈。 ( 2)隨著 uCE的增大,曲線逐漸右移。 bR +V BBcR+V CC++ u BEi Bi CμAmVVmA+ +u CE測量三極管共射特性曲線的電路 輸入特性曲線反映了三極管輸入端的電流 iB和電壓uBE關(guān)系,輸出特性曲線則反映了三極管輸出端的電流 iC和電壓 uCE的關(guān)系。 三極管三個電極的電流中, IB 最小, IE最大, IC ≈IE ,即 IE> IC> IB 。 I C I B I E c b e I C B O I BN N J e P J c N I E I CN 三極管的電流分配關(guān)系 由節(jié)點電流定律 , 有 IE = ICN + IBN IB = IBN - ICBO IC = ICN + ICBO 由上述三式可得 IE = IB + IC 定義 稱為共基極直流電流放大系數(shù),其值一般在 ; 定義 稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) , 其值一般在幾十至幾百之間。 由于三極管有兩個 PN結(jié),所以偏置的方式有四種: 發(fā)射結(jié)正偏、集電極反偏; 發(fā)射極反偏、集電結(jié)正偏; 二結(jié)均正偏; 二結(jié)均反偏。由于 PN結(jié)之間的相互影響 , 使三極管表現(xiàn)出不同于二極管單個 PN結(jié)的特性而具有電流放大作用 ,從而使 PN結(jié)的應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍 。 分為硅管和鍺管;大 、 中 、 小功率管;高頻管和低頻管 。 半導體三極管(簡稱三極管)就是一種能將直流能量轉(zhuǎn)化為交流能量的器件,這樣的器件也稱為有源器件。 本節(jié)將圍繞三極管為什么具有電流放大作用這個核心問題 ,討論三極管的結(jié)構(gòu) 、 內(nèi)部載流子的運動過程以及它的各極電流分配關(guān)系 。 放大電路中的三極管的偏置應(yīng)為發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。 ECNII??NCNBIIβ ? 由于 ICBO一般很小 , 若忽略 ICBO , 則有 IB ≈ IBN IC ≈ ICN IE = ICN + IBN = IB + IC ECII??BCIIβ ? 因此 , 且有 BEC III ?? ?? BE )1( II ??? ????? 1 ???? 1β 若考慮 ICBO, 則由上式得 上式第二項用 ICEO表示 , 即 于是 通常稱 ICEO為穿透電流,或集電極 .發(fā)射極間反向飽和電流。 ( a) ( b) 三極管各極的電流及方向 ( a) NPN型 ( b) PNP型 cbe I EI BI C =βI BB + I=I C cbe I EI BI C =βI BB + I=I C 三極管的特性曲線和主要參數(shù) 采用共射接法的三極管的特性曲線稱為共射特性曲線。 三極管的共射輸入特性曲線表示當管子的輸出電壓 uCE為常數(shù)時 , 輸入電流 iB與輸入電壓 uBE之間的關(guān)系曲線 , 即 常數(shù)?? CEuBEB ufi )( 在一般情況下,當 uCE較大(大于 1V)時,三極管工作在正常放大狀態(tài),則 uCE對 iB的影響很小。這是因為隨著 uCE的增大,基區(qū)調(diào)寬效應(yīng)使電子在基區(qū)與空穴的復合減少,在相同的 uBE下 iB減小,曲線右移。 (5) 輸入特性是非線性的。這表明 uCE很小時, uCE略有增大, iC就很快增加,但 iC幾乎不受 iB的影響。截止區(qū)的特點是各極電流均很小(接近或等于零),此時 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏 ,三極管失去放大作用且呈高阻狀態(tài), e、 b、 c極之間近似看作開路。 由于 ΔiC>> ΔiB , 所以三極管有電流放大的作用 。 ( 3) 飽和區(qū) 飽和區(qū)指 uCE< uBE的區(qū)域,大致是圖 線靠近縱軸的區(qū)域。 飽和時的 uCE稱 飽和壓降 ,用 UCE( sat) 表示。 應(yīng)當指出,當 uCE增大到某一值時, iC將急劇增加,這時三極管發(fā)生擊穿,擊穿電壓隨 iB的增加而減小。 bR +uicR+V CC T+iBi C+V BBuBE + u O+uCE= uO共射基本放大電路原理電路 單管共射放大電路的放大原理 靜態(tài)分析 靜態(tài):把 uI=0時放大電路的狀態(tài) 。 輸入端加入一個微小的變化量信號 , 在輸出端 得到一個較大的變化量信號 , 實現(xiàn)放大 。 但若在 iC變化時基本不變( ICEO一般也認為不變 ) 的條件下 , 由式得 則 BCII????BC II ??? ??? ? 由于發(fā)射結(jié)正偏 , 發(fā)射結(jié)電阻較小 , 因此輸入電壓的微小變化 ΔUBE就能引起基極電流的較大變化 ΔIB ;又 ΔIC =βΔIB , 故相應(yīng)的集電極電流的變化 ΔIC就很大 。 放大電路靜態(tài)工作點的測量 圖中 Rb為 51kΩ電阻與 470kΩ電位器相串聯(lián)組成 , Rc為 1kΩ, RL為 1kΩ, T為 S9013 。 bR uicR+V CC TIB + u OC 1+ + C 2+ bR uicRVCCT + u OC 1+ + C 2+ +sR+usLR
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