Transcript 電子學ch5教案

第
5
章
電晶體直流偏壓電路
按一下以編輯母片標題樣式
……………………………………………………………
•
•
•
•
•
5-1
按一下以編輯母片
第二層
5-2
第三層
5-3
第四層
5-4
第五層
直流工作點
固定偏壓電路
回授偏壓電路
分壓偏壓電路
1
5-1
直流工作點
按一下以編輯母片標題樣式
………………………………………………………………………….…
1. 直流工作點
A點：為零偏壓（ VCE=0，IC=0 ），不適合。
按一下以編輯母片
位置約在飽和區、截止區與最大功率曲線之間。
B點
第二層
可獲得不失真的輸出，是適當的工作點。
C點：太靠近飽和區和截止區，不適合。
第三層
D點：太接近最高VCE處，不適合。
•
•
•
• 第四層
• 第五層
節目錄
2
按一下以編輯母片標題樣式
2.直流負載線
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
3
按一下以編輯母片標題樣式
(1) 負載線方程式：VCC=ICRC+VCE
令IC=0（即令電晶體截止），則
按一下以編輯母片
VCE=VCC=20V
第二層令V =0（即令電晶體飽和），則
CE
第三層 IC  VCC  20V  1A  1000mA
R C 20
第四層
(2) 直流負載線：於坐標軸上描出(20V,0)及
•
•
•
•
• 第五層(0,1000mA)兩點並以直線連接。
(3) 負載線之斜率
VCC
0
RC
y 2  y1
1
m


x 2  x1 VCC  0
RC
節目錄
4
按一下以編輯母片標題樣式
3.工作點分別在負載線中間、截止點及飽和點的
工作情形
負載線中間：可得完整最大不失真
按一下以編輯母片
的振幅輸出。
截止點：輸入訊號負半週會進入截
工作點
第二層
止區而失真。
第三層 飽和點：輸入訊號正半週會進入飽
第四層 和區而失真。
•
•
•
•
• 第五層
節目錄
5
按一下以編輯母片標題樣式
4.改變RB、RC或VCC對Q點及直流負載線之影響
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
6
5-2
固定偏壓電路
按一下以編輯母片標題樣式
………………………………………………………………………….…
•
•
•
•
•
1. 電晶體典型各點電壓值（NPN型）
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
節目錄
7
2.共射極固定偏壓電路
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
(1) 輸入迴路
第五層 VCC  VBE VCC
IB 
≒
RB
RB
(2) 輸出迴路
IC=IB
VCE=VCC  ICRC
節目錄
8
按一下以編輯母片標題樣式
(3) 判斷工作點是否屬於作用區
•
•
•
•
•
VCC  VCE(sat)
VCC
≒
RC
RC
按一下以編輯母片
IC(sat) 
IC  IC(sat)  作用區
第二層
(4) 本偏壓電路不論有否進入飽和區，其IB值
第三層
幾乎為固定值，故稱固定偏壓。
(5) 電路特性
第四層
穩定性最差。
第五層
∵ IB固定，IC=  IB，當T↑， ↑，
IC↑，Q點向飽和區移動。
本身無自動降溫功能。
節目錄
9
(6) 穩定因數S
按一下以編輯母片標題樣式
T
集極電流IC將隨溫度的改變而發生變化。
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片ICO：溫度每升高10°C，ICO
增加一倍。
三個主要因素
第二層
VBE：2.5mV/ °C （矽）。
第三層
 ：隨溫度之升高而增加。
第四層
第五層
節目錄
10
按一下以編輯母片標題樣式
穩定因素S 定義
T
•
•
•
•
•
IC
ICO β、VBE固定
按一下以編輯母片
S  S(ICO ) 
IC
第二層
S'  S(VBE ) 
VBE ICO、β固定
第三層
IC
S''

S(β)

第四層
β ICO、VBE固定
 S 在1（最佳）~ 1+（最差）之間；S' 在 0
第五層
（最佳）~ 1（最差）之間；而 S'' 則在 0
（最佳）~ 1（最差）之間。根據S、S'、S''
的定義及求出的值可知，當穩定因數愈大
時，其熱穩定度愈差，即電路的工作愈不
穩定。
節目錄
11
按一下以編輯母片標題樣式
3.共基極固定偏壓電路
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
(1) 輸入迴路
第五層
VEE  VBE
VEE
IE 
≒
RE
RE
(2) 輸出迴路
IC=IE≒IE
VCB=VCCICRC
節目錄
12
按一下以編輯母片標題樣式
(3) 直流負載線
•
•
•
•
•
當IC=0時，VCB=VCC=20V。
VCC 20
按一下以編輯母片

 4mA。
當VCB=0時，IC=
R C 5k
第二層
連接這兩點的直線稱之直流負載線。
第三層
(4) 直流負載線之斜率
第四層
VCC
0
第五層 m  y  R C   1
x
0  VCC
RC
(5) 集極飽和電流
VCC  (0.6V) VCC  0.6V
IC(sat) 

RC
RC
節目錄
13
按一下以編輯母片標題樣式
4.共集極固定偏壓電路
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
(1) 輸入迴路
VCC  VBE
VCC
IB 
≒
R B  (β  1)R E
R B  βR E
節目錄
14
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
(2) 輸出迴路
IE=(1+)IB≒ IB
按一下以編輯母片
VE=IERE
第二層
VCE=VCCVE
(3) 判斷工作點是否屬於作用區
第三層
VCC
IE(sat) 
≒ IC(sat)
第四層
RE
若IE < IE(sat)，則電晶體工作於作用區。
第五層
(4) RE具有電壓串聯負回授作用，有穩定電路
功能。
節目錄
15
5-3
回授偏壓電路
按一下以編輯母片標題樣式
………………………………………………………………………….…
1. 射極回授偏壓電路
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
(1) 功能：為了改善固定偏壓電路的不穩定，在
射極串接RE，作為溫度補償以穩定工作點。
節目錄
16
(2) 直流負載線
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
 令IC=0，則VCE=VCC，找出x軸（橫軸）的
端點(VCC,0)。
按一下以編輯母片
VCC

令V
=0，則
，找出y軸（縱
I

第二層
CE
C
RC  RE
第三層 軸）的端點 (0, VCC ) 。
RC  RE
第四層
 連接此兩點之直線即為直流負載線。
(3) 負載線之斜率
第五層
V
m
y 2  y1

x 2  x1
0
CC
R C +R E
1

VCC  0
R C +R E
節目錄
17
(4) 輸入迴路
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
 VCCIBRBVBEIERE=0
VCC  VBE
VCC
 IB 
≒
R B +(1+β)R E
R B +βR E
節目錄
18
按一下以編輯母片標題樣式
(5) 輸出迴路
IC  βIB
按一下以編輯母片
VCC  VBE
IC  β 
R B +(1+β)R E
第二層
IC≒IE
•
•
• 第三層
• 第四層
• 第五層
VCE=VCC－IC(RC+RE)
VE=IERE≒ICRE
VC=VCC－ICRC
節目錄
19
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
(6) 判斷工作點是否屬於作用區
 VCC ≒ IC(sat) (RC  R E )  VCE(sat) ≒ IC(sat) (R C  R E )
按一下以編輯母片
VCC
 IC(sat) ≒
第二層
RC  RE
若IC < IC(sat)，則電晶體工作於作用區。
第三層
(7) 電路特性
第四層
 RE具有電流串聯負回授功能，可以增加穩
第五層定性。
 若於RE兩端並接一電容CE，則可以防止負
回授，以提高電壓增益。
節目錄
20
2. 集極回授偏壓電路
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
(1) 功能：利用在集極與基極間加一回授電阻來
改善直流偏壓的穩定性。
(2) 輸入迴路
VCC  I'CR C  IBR1  VBE  0
VCC  VBE
VCC
I

≒
 B
R1 +βR C
R1  βR C
節目錄
21
(3) 輸出迴路
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
 VCC－IC'RC－VCE=0
 VCE=VCC－ICRC
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
(4) 回授電阻R1功能
 優點：具有電壓並聯負回授作用，可使電
路穩定。
 缺點：會使電壓增益下降。
節目錄
22
按一下以編輯母片標題樣式
(5) 改良電路
•
•
•
•
•
 兩個回授電阻RF1及RF2來取代R1。
按一下以編輯母片
 在RF1和RF2的連接點加一電容CD接地，以
第二層
消除交流訊號對直流偏壓的影響。
第三層
(6) 本偏壓方式永遠不會進入飽和區，可以省下
第四層
在解題時核對是否在作用區內工作的步驟。
第五層
節目錄
23
5-4
分壓偏壓電路
按一下以編輯母片標題樣式
………………………………………………………………………….…
1.共射極分壓偏壓電路
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
(1) 近似分析
 條件：Rin>>RB2（Rin≒(1+ )RE≒ RE）
 若Rin>>RB2，則I1≒I2>>IB
節目錄
24
 基極對地電壓
按一下以編輯母片標題樣式
R
VB 
•
•
•
•
•
B2
R B1 +R B2
 VCC
按一下以編輯母片
 射極對地電壓
第二層 V  V  V
 射極內的電流
第三層
V
I 
R
第四層
 輸出迴路
第五層 I ≒I
E
B
BE
E
E
E
C
E
VRC=ICRC
VC=VCCVRC=VCCICRC
VCE=VCVE=VCCICRCIERE
節目錄
25
(2)精確分析
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
 RB1和RB2的戴維寧等效電阻
R BB  R B1 // R B2 
R B1  R B2
R B1 +R B2
 戴維寧等效電壓
VBB 
R B2
 VCC
R B1 +R B2
節目錄
26
按一下以編輯母片標題樣式
 輸入電流
•
•
•
•
•
VBB  VBE
IB 
R BB +(β+1)R E
按一下以編輯母片
 輸出迴路
第二層
I  βI
第三層V  V  I (R  R )
 分壓偏壓是溫度變化時，穩定度最佳的偏
第四層壓方法。
 電路特性
第五層
A. R 具有自動降溫功能。
C
B
CE
CC
C
C
E
E
B. 因電晶體  老化，也不會影響工作點。
節目錄
27
2.共集極分壓偏壓電路
按一下以編輯母片標題樣式
•
•
•
•
•
按一下以編輯母片
第二層
第三層
第四層
第五層
(1) 戴維寧等效電壓及等效電阻為
R B2
VBB 
 VCC
R B1  R B2
R B1R B2
R BB  R B1 // R B2 
R B1  R B2
節目錄
28
按一下以編輯母片標題樣式
(2) 依據戴維寧定理可以解得基極電流為
•
•
•
•
•
VBB  VBE
R BB  (β  1)R E
按一下以編輯母片
(3) 輸出迴路
第二層IE≒IC= IB
第三層VCE=VCCIERE=VCCVE
(4) 電路特性
第四層 工作點與  無關。
第五層 若 R BB  1  (1  β)R E
10
則 RBB可忽略不計，應用近似解即可。
IB 
節目錄
29