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第4章晶体三极管及其放大电路
“师”之概念,大体是从先秦时期的“师长、师傅、先生”而来。
其中“师傅”更早则意指春秋时国君的老师。
《说文解字》中有注曰:
“师教人以道者之称也”。
“师”之含义,现在泛指从事教育工作或是传授知识技术也或是某方面有特长值得学习者。
“老师”的原意并非由“老”而形容“师”。
“老”在旧语义中也是一种尊称,隐喻年长且学识渊博者。
“老”“师”连用最初见于《史记》,有“荀卿最为老师”之说法。
慢慢“老师”之说也不再有年龄的限制,老少皆可适用。
只是司马迁笔下的“老师”当然不是今日意义上的“教师”,其只是“老”和“师”的复合构词,所表达的含义多指对知识渊博者的一种尊称,虽能从其身上学以“道”,但其不一定是知识的传播者。
今天看来,“教师”的必要条件不光是拥有知识,更重于传播知识。
本章主要内容:
●语文课本中的文章都是精选的比较优秀的文章,还有不少名家名篇。
如果有选择循序渐进地让学生背诵一些优秀篇目、精彩段落,对提高学生的水平会大有裨益。
现在,不少语文教师在分析课文时,把文章解体的支离破碎,总在文章的技巧方面下功夫。
结果教师费劲,学生头疼。
分析完之后,学生收效甚微,没过几天便忘的一干二净。
造成这种事倍功半的尴尬局面的关键就是对文章读的不熟。
常言道“书读百遍,其义自见”,如果有目的、有计划地引导学生反复阅读课文,或细读、默读、跳读,或听读、范读、轮读、分角色朗读,学生便可以在读中自然领悟文章的思想内容和写作技巧,可以在读中自然加强语感,增强语言的感受力。
久而久之,这种思想内容、写作技巧和语感就会自然渗透到学生的语言意识之中,就会在写作中自觉不自觉地加以运用、创造和发展。
晶体三极管的工作原理
●唐宋或更早之前,针对“经学”“律学”“算学”和“书学”各科目,其相应传授者称为“博士”,这与当今“博士”含义已经相去甚远。
而对那些特别讲授“武事”或讲解“经籍”者,又称“讲师”。
“教授”和“助教”均原为学官称谓。
前者始于宋,乃“宗学”“律学”“医学”“武学”等科目的讲授者;而后者则于西晋武帝时代即已设立了,主要协助国子、博士培养生徒。
“助教”在古代不仅要作入流的学问,其教书育人的职责也十分明晰。
唐代国子学、太学等所设之“助教”一席,也是当朝打眼的学官。
至明清两代,只设国子监(国子学)一科的“助教”,其身价不谓显赫,也称得上朝廷要员。
至此,无论是“博士”“讲师”,还是“教授”“助教”,其今日教师应具有的基本概念都具有了。
放大电路的组成原则
●放大电路的分析方法
●放大电路的三种组态
●放大电路的频率响应
4.1晶体三极管
一、晶体三极管的结构、类型、内部载流子运动过程
1、结构、名称:
2、类型:
3、典型条件下内部载流子运动过程:
条件:
发射结正偏,集电结反偏
(1)发射区发射多子:
因发射结正偏,发射区的多子(电子)向基区扩散(基区的多子亦向发射区扩散,但因基区多子浓度很低,此部分可忽略不计),并形成发射区、发射极电流(IEN,扩散电流)。
(2)多子在基区的扩散与复合:
发射区扩散的多子存在浓度差,继续向集电结扩散,在此过程中,少部分与基区的少子(空穴)复合,在基极外电压作用下,补充复合的空穴,形成基极电流(IBN),因基区很窄,此电流亦很小;剩下的大部分扩散到集电结附近。
(3)集电区收集多子:
因集电结反偏,在此外加的反向电压的作用下,扩散来的多子(电子)漂移到集电区(集电区的少子亦漂移到基区,但集电区浓度较低,形成的电流亦较小),形成集电区、集电极的主要电流(ICN,漂移电流)。
二、三极管的电流放大特性
1、近似条件下的电流关系:
忽略基区的扩散电流、集电区的漂移电流,则:
,,,则:
。
若将三极管看作一个电流节点,依KCL:
定义:
直流电流放大系数:
2、考虑集电区漂移情况下的电流关系:
若考虑集电结反偏、集电区的少子漂移产生的电流ICBO(仍忽略基区的扩散电流),则:
,仍符合KCL。
,根据此式,有如下结论:
(1)若忽略ICBO,则
(2)令IB=0,即基极开路,则:
,,其物理意义是:
在基极开路,集电极与发射极外加反向电压时,C-E间仍有电流,定义此电流为ICEO,并称其为穿透电流。
其形成原理如下:
A.在集电极与发射极间外加反向电压的情况下,相当于两个PN结串联,发射结正偏,集电结反偏,发射区向基区发射多子(电子),集电区向基区漂移少子(空穴);
B.发射区扩散到基区的多子(电子)在扩散过程中与基区的多子(空穴)复合,此时,由于基极开路,由集电区漂移到基区的少子(空穴)填补了为维持基区电荷平衡所需的多子(空穴),形成ICBO,即;另外大部分被集电结的反向电场拉向集电区,形成ICN。
C.根据的定义,,而此时的,故,依此可得:
3、三极管的电流放大特性:
(1)直流状态下:
,即较小的基极电流对应于较大的集电极电流。
(2)交流状态下:
定义:
为交流电流放大系数,在输入交流信号为小信号时,,因此,通常不对二者区分。
(3)三极管的电流放大特性:
共发射极组态下,三极管较小的基极电流或电流变化,引起较大的集电极电流或集电极电流变化(主要强调后者)。
(4)共基极组态电流放大系数:
定义:
直流:
交流:
,通常:
根据,可得:
,显然,,若远大于1,则。
三、三极管的伏安特性曲线及其工作区
1、输入特性:
2、输出特性:
3、输出特性的三个工作区
(1)截止区:
,,
此时,因发射结反偏(或虽然正偏但外加电压小于开启电压),集电结反偏,形成很小的ICEO。
(2)放大区:
,
此时,发射结正偏,集电结反偏,处于正常的电流放大状态。
IB的小变化引起IC的大变化。
(3)饱和区:
,
此时,两结均正偏,表现为IC不仅与IB有关,亦与UCE有关,IC随IB、UCE的较小变化发生较大变化,解释如下:
A.保持IB不变,改变UCE:
当由放大区开始,逐步减小UCE时,集电结的反偏电压逐步减小,对发射区扩散来的多子的电场力逐步减小,IC逐步减小,当使UBC为0时,此时的状态称为临界饱和状态(IC与IB间仍维持β关系),过此状态后,集电结开始正偏,阻碍发射区扩散来的多子,IC急剧减小(虽然集电子区的多子此时可扩散到基区形成一定电流,但因集电区掺杂浓度不高,此电流变化不明显)。
B.保持UCE不变,改变IB:
在保持UCE不变且维持集电结正偏的情况下,若需改变IB,需改变UBE,UBE越小,IB越小,UBC越大,集电结的正偏电压越高,阻碍力越大,IC越小。
四、三极管的主要参数
1、直流参数:
(1)共射直流放大系数
(2共基直流放大系数
(3)极间反向电流
2、交流参数:
(1)共射交流放大系数
(2)共基交流放大系数
(3)特征频率fT:
当信号频率升高到一定程度时,β会下降且产生相移,即β是信号频率的函数,记作;使下降到1时对应的信号频率称为三极管的特征频率。
3、极限参数:
(1)最大集电极耗散功率PCM
(2)最大集电极电流ICM
(3)极间反向击穿电压U(BR)CBO、U(BR)CEO、U(BR)EBO
五、温度对三极管参数及性能的影响
1、温度对ICBO的影响:
温度每升高10oC,ICBO增加一倍;硅管比锗管的温度稳定性好。
2、温度对输入特性的影响:
温度升高,输入曲线左移——在相同UBE的情况下,IB增大。
3、温度对输出特性的影响:
温度升高,输出曲线整体上移,且间隔加大——在相同IB情况下,ICEO、β增大。
4.2放大电路的组成与工作原理
一、基本共射放大电路的组成与工作原理
1、组成及各器件作用:
(1)三极管:
使其工作于放大区,实现电流放大。
(2)基极偏置电阻:
为基极提供合适的电源,使发射结正偏;提供小信号输入通道。
(3)集电极负载电阻:
为集电极提供合适电源,使集电结反偏;将iC的变化转换大幅度的电压变化,实现电压放大。
2、静态工作点及其设置必要性:
(1)概念:
在输入信号为0时,基极电流、集电极电流、B-E间电压、C-E间电压值称为静态工作点,分别表示为:
IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。
(2)求法:
(3)设置静态工作点的必要性:
保证在输入信号较小或输入信号为负时,发射结均处于正偏状态,集电结均处于反偏状态。
3、工作原理:
在VBB与输入小信号共同作用下(以正弦信号为例,rbe为交流状态下基极-发射极间的动态电阻):
(1)输入信号引起iB微变:
(2)三极管电流放大,iC发生大变化:
(3)集电极负载将大变化的电流转换为大变化、但反相的电压变化:
二、常见的实用单管(级)共射放大电路
1、电路改进:
(1)单电源供电
(2)信号源与输出共同接地
(3)根据需要,可在输入、输出端加电容——隔直流、通交流
2、静态工作点的计算:
(1)a图:
(2)b图:
4.3放大电路的分析方法
一、放大电路的直流通路与交流通路
1、直流通路:
指放大电路在只有直流电源作用、没有交流信号作用的情况下,电路各处的直流电流通路。
主要用于分析、计算静态工作点。
电容:
开路处理;电感:
短路处理;信号源:
为0但保留内阻。
2、交流通路:
指放大电路在只有交流信号作用、没有直流电源的情况下,电路各处的交流电流通路。
主要用于分析电路在信号作用下的动态情况。
电容:
短路处理;电感:
开路处理;直流电源:
作为恒压源处理——短路。
二、图解分析法(简介)
1、静态分析(只有直流电源作用,无输入信号作用):
(1)输入回路方程:
,将该直线画于输入特性曲线图上,其交点即为输入回路的静态工作点。
此直线称为输入回路直流负载线。
(2)输出回路方程:
,将该直线画于输出特性曲线图上,直线与相应IB值所对应的曲线交点即为输出回路的静态工作点。
此直线称为输出回路直流负载线。
(3)可分析温度变化对静态工作点的影响:
2、动态分析(只有交流输入信号作用):
(1)输入回路方程:
,根据输入的交流信号及其变化范围,找出直流负载线与输入曲线交点的变化范围,再求出iB的变化范围。
(2)输出回路方程:
与静态时的直流负载线相同,故也称为交流负载线。
根据的iB变化范围,找出交流负载线与输出曲线交点的变化范围,再求出iC、uCE的变化范围。
(3)可求解电路的电压放大倍数;可进行失真分析:
截止失真——因静态工作点位置过低,靠近截止区,而导致输出电压信号正半周失真。
饱和失真——因静态工作点位置过高,靠近饱和区,而导致输出电压信号负半周失真。
3、图解法的优缺点:
(1)优点:
直观,易于理解,适合于静态工作点的定性分析、失真问题的定性分析,尤其适用于非小信号时——功率放大器的分析。
(2)缺点:
不准确,过程繁琐。
三、等效电路分析法
1、三极管的直流等效模型:
(1)输入回路:
若将UBE作为一个常量,则B-E间可等效为一个理想二极管与恒压源UBE的串联。
(2)输出回路:
根据,C-E间可等效为一个理想二极管与恒流源的串联。
2、三极管的交流等效模型:
(1)根据输入、输出特性求三极管的h参数:
(2)各h参数的物理意义:
h11——在UCE为常量时,B-E间的动态电阻,记作rbe,近似计算时可取1KΩ左右。
h12——在IB为常量时,uCE的变化对uBE的影响,称为内反馈系数,此值通常很小。
h21——在UCE为常量时,iC与iB变化量的比值——β。
h22——在IB为常量时,C-E间动态电导,记作1/rce。
rce通常为几百KΩ以上。
(3)输入/输出回路的h参数表达式(变化量用正弦信号代替):
(4)三极管的h参数等效模型:
A.完整模型:
输入回路等效为rbe与受控源的串联;输出回路等
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