文档介绍：杭州端德教育硬件工程师
课程基础单元概述
概述
作为一名合格的电子硬件工程师,数子电路设计和模拟电路设计是基础,必须要掌握。FPGA是电子专业的一个小小的方向,其实是大部分的电子工程师都要掌握的技能。FPGA内部结构是用最基础的元器件构成的。要掌握FPGA技能,必须知道内部元器件的工作状态,这就需要掌握模拟电路的基本知识。FPGA作为载体,并且与FPGA相连接的外围电路,亦要设计模拟电路的知识。我们的课程从基础的模拟电路开始。
基本三极管放大电路
晶体三极管的结构和类型
晶体三极管,是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种,如图从三个区引出相应的电极,分别为基极b发射极e和集电极c。
发射区和基区之间的PN结叫发射结,集电区和基区之间的PN结叫集电极。基区很薄,而发射区较厚,杂质浓度大,PNP型三极管发射区"发射"的是空穴,其移动方向与电流方向一致,故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子,其移动方向与电流方向相反,故发射极箭头向外。发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。
三极管的内部结构和符号:
三个极:发射极e、基极b、集电极c
三个区:发射区、基区、集电区
两个PN结:发射结、集电结
三极管的内部结构:
三个极三个区两个PN结
三极管的符号:
晶体三极管的电流放大作用
晶体三极管具有电流放大作用,其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流放大倍数,用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值,但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。
晶体三极管的三种工作状态
截止状态:当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压,基极电流为零,集电极电流和发射极电流都为零,三极管这时失去了电流放大作用,集电极和发射极之间相当于开关的断开状态,我们称三极管处于截止状态。
放大状态:当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,并处于某一恰当的值时,三极管的发射结正向偏置,集电结反向偏置,这时基极电流对集电极电流起着控制作用,使三极管具有电流放大作用,其电流放大倍数β=ΔIc/ΔIb,这时三极管处放大状态。
饱和导通状态:当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压,并当基极电流增大到一定程度时,集电极电流不再随着基极电流的增大而增大,而是处于某一定值附近不怎么变化,这时三极管失去电流放大作用,集电极与发射极之间的电压很小,集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。
晶体三极管特点和作用:
特点:电流控制(电流放大),即用小电流输入控制大电流输出。
作用:具有电流放大、电压放大、功率放大、开关
晶体管的放大特性
晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置且集电结反向偏置。
iB为参变量时,iC与uCE间的关系曲线
1,放大区:
发射结正偏,集电结反偏
(1)基极电流iB对集电极电流iC有很强的控制作用
(2) uCE变化对iC的影响很小,当iB一定时,集电极电流具有恒流特性。
2,饱和区
发射结正偏,集电结正偏,uCE=uBE(即集电结零偏)的情况称为临界饱和,对应点的轨迹为临界饱和线。
晶体管作放大器时应避免落入饱和区,但在数字电路中利用饱和状态下uCE很小的特征,视作管子导通状态,有广泛应用意义。
(3) 截止区发射结和集电结均处于反向偏置。晶体管截止时,只有数值很小的反向电流,一般认为iB≤0时,管子处于截止状态。截止区与饱和区都叫非线性区,晶体管作放大器使用时,不仅避免进入饱和区,也应避免进入截止区,而只能工作于放大区。
晶体管的主要参数:
一、电流放大系数
,其数值可以从输出特性曲线上求出。
2 共基极直流电流放大系数α和交流电流放大系数α
由于ICBO、ICEO都很小,在数值上β≈β,α≈α,所以在以后的计算中,不再加以区分。
应当指出,β值与测量条件有关。一般来说,在iC很大或很小时,β值较小。只有在iC不大、不小的中间值范围内,β值才比较大,且基本不随iC而变化。因此,在查手册时应注意β值的测试条件。尤其是大功率管更应强调这一点。
二、极间反向电流
1 . ICBO
ICBO指发射极开路时,集电极—基极间的反向电流,称为集电极反向饱和电流。
2. ICE