汽車電工電子技術(shù)基礎(chǔ)第8章

1、孫樂春孫樂春汽車工程學院汽車工程學院晶體管的結(jié)構(gòu)晶體管的結(jié)構(gòu) 8.1共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路 8.2目錄目錄共集電極放大電路共集電極放大電路 8.3共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路 8.2 多級放大電路多級放大電路 8.4汽車中的應用汽車中的應用 8.5特殊晶體管特殊晶體管 8.68.1 晶體管的結(jié)構(gòu)晶體管的結(jié)構(gòu)u晶體管的基本結(jié)構(gòu)晶體管的基本結(jié)構(gòu)半導體三極管簡稱晶體管，具有放半導體三極管簡稱晶體管，具有放大和開關(guān)作用大和開關(guān)作用 集電區(qū)集電區(qū)基基區(qū)區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)B 基極基極E 發(fā)射極發(fā)射極C集電極集電極PN結(jié)結(jié)PN結(jié)結(jié)N發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)PN各區(qū)特點：各區(qū)特點：基基 區(qū)：厚度很薄

2、（幾個微米），且雜質(zhì)濃度很低區(qū)：厚度很薄（幾個微米），且雜質(zhì)濃度很低集電區(qū)：收載流子，面積較大集電區(qū)：收載流子，面積較大發(fā)射區(qū)：半導體雜質(zhì)摻雜濃度大發(fā)射區(qū)：半導體雜質(zhì)摻雜濃度大u晶體管分類晶體管分類NPNPNP根據(jù)三層半導體組合方式根據(jù)三層半導體組合方式根據(jù)基片材料分：鍺管、硅管根據(jù)基片材料分：鍺管、硅管二、二、u電流放大原理驗證試驗電流放大原理驗證試驗I IB B （A）0 020203030404050506060I IC C （mA） 01.41.42.32.33.23.24 44.74.7 I IE E （mA） 01.421.422.332.333.243.244.054.054.7

3、64.76 I IC C/I/IE E0 070707676808080807878 結(jié)論：結(jié)論：1）IE=IC+IB ，三個電流符合基爾霍夫電流定律，三個電流符合基爾霍夫電流定律2）基極微小電流變化時，集電極電流將發(fā)生較大變化。）基極微小電流變化時，集電極電流將發(fā)生較大變化。IEICIBEBRBRCECu晶體管內(nèi)部載流子運動晶體管內(nèi)部載流子運動發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散載流子，形成發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散載流子，形成發(fā)射極電流發(fā)射極電流IEPNN基區(qū)中電子的擴散與復合基區(qū)中電子的擴散與復合,形成形成復合電流復合電流IB集電區(qū)收集載流子，形成集電區(qū)收集載流子，形成集電極電流集電極電流ICu晶體管內(nèi)部電流分配關(guān)系

4、晶體管內(nèi)部電流分配關(guān)系共基極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù) IC/IE又有：又有： IE=IC+IB所以：所以：BCII-1-1然后令：然后令：即：即：BIIC其中其中稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，數(shù)值一般在稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，數(shù)值一般在20 200晶體管極間電壓和電極電流的關(guān)系用伏安特性曲線來表示，晶體管極間電壓和電極電流的關(guān)系用伏安特性曲線來表示，由于晶體管有輸入、輸出兩個回路，故其有兩組特性曲線，由于晶體管有輸入、輸出兩個回路，故其有兩組特性曲線，即：輸入特性曲線和輸出特性曲線。即：輸入特性曲線和輸出特性曲線。u輸入特性曲線輸入特性曲線輸入特性關(guān)系表達式為：輸入特性關(guān)系

5、表達式為： IB=f（UBE）常數(shù)CEU1.UCE=0時時2.UCE=1時時結(jié)論結(jié)論 1）輸入特性是非線性的，與二極管正向伏安特性相似）輸入特性是非線性的，與二極管正向伏安特性相似 2）輸入特性也有一段死區(qū)，鍺管約為）輸入特性也有一段死區(qū)，鍺管約為0.1V ，硅管為，硅管為0.5Vu輸出特性曲線輸出特性曲線輸出特性關(guān)系表達式為：輸出特性關(guān)系表達式為：IC=f（UCE） 常數(shù)BI 1）放大區(qū)）放大區(qū) 2）飽和區(qū)）飽和區(qū) 3）截止區(qū)）截止區(qū)UceUbeIB=0結(jié)論：晶體管工作放大區(qū)，具有電流放大作用結(jié)論：晶體管工作放大區(qū)，具有電流放大作用 晶體管工作在截止區(qū)和飽和區(qū)晶體管工作在截止區(qū)和飽和區(qū), 具

6、有開關(guān)作用。具有開關(guān)作用。三極管參數(shù)可用來表征管子性能的優(yōu)劣和使用范圍，是合理選三極管參數(shù)可用來表征管子性能的優(yōu)劣和使用范圍，是合理選擇和正確使用三極管的依據(jù)擇和正確使用三極管的依據(jù)少一個重要參數(shù)少一個重要參數(shù)u三極管三極管 特性參數(shù)特性參數(shù)1）電流放大系數(shù)）電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)表示三極管的電流放大能力。由于制造工藝的離電流放大系數(shù)表示三極管的電流放大能力。由于制造工藝的離散性，同一型號的三極管的散性，同一型號的三極管的值也有很大差別。一般在值也有很大差別。一般在20200之間之間 。直流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù) =IC/IB在靜態(tài)情況下：在靜態(tài)情況下：交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)

7、在動態(tài)情況下：在動態(tài)情況下：=ic/ ib IC/IB 直流電流放大系數(shù)和交流放大系數(shù)意義不同，但通常在輸出特性曲線近于平行等距直流電流放大系數(shù)和交流放大系數(shù)意義不同，但通常在輸出特性曲線近于平行等距并且并且 I ICE0CE0較小的情況下，兩者數(shù)值近，所以，在近似估算時，可以不作嚴格區(qū)分。較小的情況下，兩者數(shù)值近，所以，在近似估算時，可以不作嚴格區(qū)分。u三極管三極管 極限參數(shù)極限參數(shù)1）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流ICM 2）集射極反向擊穿電壓）集射極反向擊穿電壓UCE(BR) 3）集電極最大損耗功率）集電極最大損耗功率PCMICM達到一定數(shù)值達到一定數(shù)值基極開路，允許加在集基極開

8、路，允許加在集射極之間的最大電壓射極之間的最大電壓總結(jié)：要使三極管安全可靠的總結(jié)：要使三極管安全可靠的工作，需滿足以下條件：工作，需滿足以下條件： ICICM UCEUCE(BR) ICUCMrberi輸出電阻輸出電阻 輸出電阻從放大電路的輸出端看進去的等效電阻，用輸出電阻從放大電路的輸出端看進去的等效電阻，用ro表示表示 0Us0Ib0IbC0Rr 例例 在下圖電路中，在下圖電路中， ，UBE. 求：求：(1)靜態(tài)工作點參數(shù)靜態(tài)工作點參數(shù)IBQ、ICQ、UCEQ、Uo值；值； (2)計算計算 動態(tài)指標動態(tài)指標u、ri、ro的值。的值。 RbC1Rc3DG 6C2RL UCCUi.20 F28

9、0 k3 k20 F3 kUo.(a)( 12 v)畫出上圖直流通路有畫出上圖直流通路有：VRIUUmIImRUIcCQCCCEQBQCQbCCBQ61031021221004. 0504004. 0102807 . 0127 . 03333畫出微變等效電路有畫出微變等效電路有Rb(b)rbeRceUi.IbUo.RLIb.kmmVImVrEbe96. 0963)(2)(2651300)(26) 1(300kRrkrrRrkkrRAcobebebibeLu396. 0/1 .7896. 0) 3/3(50u 飽和失真飽和失真 圖8-30 u 截止失真截止失真不穩(wěn)定原因：不穩(wěn)定原因： 1、溫度變

10、化對、溫度變化對ICEO的影響的影響 2、溫度變化對、溫度變化對UBE的影響的影響 3、溫度變化對、溫度變化對的影響的影響分壓式偏置共射極放大電路分壓式偏置共射極放大電路(穩(wěn)定靜態(tài)工作點）穩(wěn)定靜態(tài)工作點） （1）電路的基本特點）電路的基本特點 I I1 1=I=I2 2+I+IB B I I2 2I IB B VB與晶體管的參數(shù)無關(guān)，當與晶體管的參數(shù)無關(guān)，當UCC、RB1、RB2均固定不變時，均固定不變時，VB能保持穩(wěn)定不變。能保持穩(wěn)定不變。 B2B1CC21RRUIICCB2B1B2B22BURRRRIV 圖8-32（2）利用發(fā)射極電阻利用發(fā)射極電阻RE產(chǎn)生反映產(chǎn)生反映IC變化的電位變化的電

11、位VE ，VE作用于作用于輸輸 入偏置電路，能自動調(diào)節(jié)入偏置電路，能自動調(diào)節(jié)IB，使，使IC保持不變保持不變 UBE=VB-VE=VB-IERE VBUBE VB不變不變 RE也不變，則也不變，則 IC和和IE也能穩(wěn)定不變。以上可知，只要滿足上述也能穩(wěn)定不變。以上可知，只要滿足上述兩個條件，則兩個條件，則VB、IC和和IE均與晶體管的參數(shù)無關(guān)，不受溫度變化的影響，均與晶體管的參數(shù)無關(guān)，不受溫度變化的影響，保持靜態(tài)工作點不變。保持靜態(tài)工作點不變。 調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)過程 EBEBECRUVIIEBECRVII調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)過程CCB2B1B2B22BURRRRIVEBEBECRUVII1IIEB 靜態(tài)工

12、作點：靜態(tài)工作點：UCE=UCC-ICRC-IEREUCC-IC(RC+RE )8.3共集電極放大電路共集電極放大電路 這種電路結(jié)構(gòu)的特點是發(fā)射極電路中接有電阻這種電路結(jié)構(gòu)的特點是發(fā)射極電路中接有電阻R RE E，而集電，而集電極則直接接到電源極則直接接到電源U UCCCC上，輸出電壓從發(fā)射極（對地）取出，上，輸出電壓從發(fā)射極（對地）取出，故稱為故稱為射極輸出器射極輸出器。 直流通路直流通路 UCC交流通路交流通路 其輸入信號其輸入信號vi從基極與地（集電極）之間接入；而輸出信號從基極與地（集電極）之間接入；而輸出信號vo從發(fā)射極與地從發(fā)射極與地(集電極）之間取出，集電極是輸入與輸出的公集電極

13、）之間取出，集電極是輸入與輸出的公共端，故這種電路稱為共端，故這種電路稱為共集電極放大電路共集電極放大電路。1.靜態(tài)分析靜態(tài)分析U UCCCC=I=IB BR RB B +U +UBEBE +I +IE ER RE E=I=IB BR RB B +U +UBEBE+ +（1+1+）I IB BR RE EE EB BC CC CE EB BB BE EC CC CB B）R R（1 1R RU U）R R（1 1R RU UU UI IEBCIIIU UCECE=U=UCCCC-I-IE ER RE EU UCCCC-I-IC CR RE E2.動態(tài)分析動態(tài)分析u ui i=u=ubebe+u

14、+u0 0 因因u ubebe很小很小 1uuAi0u射極輸出器射極輸出器不具有電壓放大不具有電壓放大作用，但它的發(fā)射極電流作用，但它的發(fā)射極電流I Ie e= =（1+1+）I Ib b，故有電流放大和功率放大作用。，故有電流放大和功率放大作用。 射極輸出器具有電壓跟隨作用，所以又叫做射極跟隨器。射極輸出器具有電壓跟隨作用，所以又叫做射極跟隨器。 1）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù)2）輸入電阻）輸入電阻)(| )(LbeBLbeiiiiiiRrRRrRiRB11uuuu當當1 ，beLrR 時，時，Lbi/RRR 其中其中LEL/RRR r ri i=R=RB B（l+l+）R RE E 通常通

15、常R RB B阻值很大（幾十千歐至幾百千歐），同時（阻值很大（幾十千歐至幾百千歐），同時（1+1+）R RE E也比也比共發(fā)射極電路的輸入電阻（共發(fā)射極電路的輸入電阻（ ）大得多?？梢姡錁O輸出）大得多。可見，射極輸出器的輸入電阻很高，可達幾十千歐以至幾百千歐。器的輸入電阻很高，可達幾十千歐以至幾百千歐。 beirr 3）輸出電阻）輸出電阻射極輸出器中有射極輸出器中有u u0 0因此，它的等效內(nèi)阻（即輸出電阻）很低，在幾十歐至幾百歐因此，它的等效內(nèi)阻（即輸出電阻）很低，在幾十歐至幾百歐之間，比共射放大電路的低得多?？梢宰C明，一般情況下，射之間，比共射放大電路的低得多?？梢宰C明，一般情況下，射極

16、輸出器的輸出電阻可按下式估算：極輸出器的輸出電阻可按下式估算：ui，當當u ui i的大小一定時，不論負載怎么的大小一定時，不論負載怎么變化，變化，u u0 0基本保持不變，這表基本保持不變，這表 明射極輸出器具有恒壓輸出的特性，即近似于一個恒壓源。特性，即近似于一個恒壓源。be0rr綜上所述，射極輸出器雖然電壓放大倍數(shù)小于綜上所述，射極輸出器雖然電壓放大倍數(shù)小于1 而接近而接近 1 ，但其輸入電阻高，可減小放大器從信號源（或前級）取用的但其輸入電阻高，可減小放大器從信號源（或前級）取用的信號電流；同時，輸出電阻低，可減小負載變動對放大倍數(shù)信號電流；同時，輸出電阻低，可減小負載變動對放大倍數(shù)的

17、影響。它因具有這些優(yōu)點，故獲得廣泛的應用。的影響。它因具有這些優(yōu)點，故獲得廣泛的應用。8.4 多級放大電路多級放大電路 放大器往往是多級放大器。其中前面幾級稱為前置級，主要用放大器往往是多級放大器。其中前面幾級稱為前置級，主要用作電壓放大，以將微弱的輸入電壓放大到足夠的幅度，然后推作電壓放大，以將微弱的輸入電壓放大到足夠的幅度，然后推動功率放大級（末級及末前級）工作，以輸出負載所需要的功動功率放大級（末級及末前級）工作，以輸出負載所需要的功率。在多級放大器中，每兩個單級放大器之間的連接方式叫耦率。在多級放大器中，每兩個單級放大器之間的連接方式叫耦合。通常采用的耦合方式有合。通常采用的耦合方式有

18、阻容耦合阻容耦合、變壓器耦合變壓器耦合和和直接耦合直接耦合三種方式。三種方式。 基本要求：基本要求： （1）各個級連接以后，要保證各級放大電路的靜態(tài)工作點）各個級連接以后，要保證各級放大電路的靜態(tài)工作點互不影響?；ゲ挥绊憽＃?）在信號逐級傳遞過程中，要盡量減小失真。）在信號逐級傳遞過程中，要盡量減小失真。（3）盡量減少信號電壓在耦合電路上的損失。）盡量減少信號電壓在耦合電路上的損失。在多級放大器的前置放大級中，一般采用阻容耦合方式；在功在多級放大器的前置放大級中，一般采用阻容耦合方式；在功率輸出級中，一般采用變壓器耦合方式；而在直流（或極低頻）率輸出級中，一般采用變壓器耦合方式；而在直流（或極

19、低頻）放大器中，常采用直接耦合方式。本節(jié)討論的是阻容耦合放大放大器中，常采用直接耦合方式。本節(jié)討論的是阻容耦合放大器。器。 1.電路的組成及工作電路的組成及工作 2多級放大電路電壓放大倍數(shù)的計算多級放大電路電壓放大倍數(shù)的計算放大倍數(shù)通常是指中頻段范圍內(nèi)電路的增益。在小信號情況下，放大倍數(shù)通常是指中頻段范圍內(nèi)電路的增益。在小信號情況下，放大電路處于線性工作狀態(tài)，各項參數(shù)均為常數(shù)，則多級放大電放大電路處于線性工作狀態(tài)，各項參數(shù)均為常數(shù)，則多級放大電路也可以用微變等效電路表示路也可以用微變等效電路表示 在多級放大電路中，前一級的輸出，就是后一級的輸入。因在多級放大電路中，前一級的輸出，就是后一級的輸

20、入。因此，多級放大電路的電壓放大倍數(shù)就等于各單級放大電路電此，多級放大電路的電壓放大倍數(shù)就等于各單級放大電路電壓放大倍數(shù)的乘積壓放大倍數(shù)的乘積 即：即： A Au u =A =Au1u1.A.Au2u2AAunun 多級放大電路的輸入電阻即為其第一級（輸入級）的輸入電阻，多級放大電路的輸入電阻即為其第一級（輸入級）的輸入電阻，r ri i=r=rilil；多級放大電路的輸出電阻，即為其最后一級（輸出級）；多級放大電路的輸出電阻，即為其最后一級（輸出級）的輸出電阻，的輸出電阻，r r0 0=r=r0n0n。例子例子P1418.5 汽車中的應用汽車中的應用 晶體管的最主要的性能是放大。在汽車電子電

21、路中，主要用晶體管的最主要的性能是放大。在汽車電子電路中，主要用來對微弱信號進行放大來對微弱信號進行放大 汽車電氣線路搭鐵汽車電氣線路搭鐵(短路短路)檢測器檢測器 利用晶體管飽和導通和截止之間狀態(tài)轉(zhuǎn)換，將晶體管作為一個利用晶體管飽和導通和截止之間狀態(tài)轉(zhuǎn)換，將晶體管作為一個電子開關(guān)使用，這樣的電路一般稱為晶體管開關(guān)電路。晶體管電子開關(guān)使用，這樣的電路一般稱為晶體管開關(guān)電路。晶體管開關(guān)電路在汽車電路中的應用相當廣泛，主要用于開關(guān)電路在汽車電路中的應用相當廣泛，主要用于電子調(diào)壓器電子調(diào)壓器、電子點火器電子點火器以及以及各種信號報警電路各種信號報警電路中，作為電子開關(guān)使用。中，作為電子開關(guān)使用。1.汽

22、車發(fā)電機電壓調(diào)壓器汽車發(fā)電機電壓調(diào)壓器2.電子點火器電子點火器它由它由點火信號發(fā)生器、電子點火器、分電器、點火線圈、火點火信號發(fā)生器、電子點火器、分電器、點火線圈、火花塞花塞等組成。等組成。點火信號發(fā)生器點火信號發(fā)生器該點火信號發(fā)生器該點火信號發(fā)生器(或叫傳感器或叫傳感器)是一個磁脈沖式信號發(fā)生器，是一個磁脈沖式信號發(fā)生器，用來產(chǎn)生點火信號，控制電子點火器的工作。用來產(chǎn)生點火信號，控制電子點火器的工作。 3.無觸點電喇叭無觸點電喇叭 無觸點電喇叭是利用晶體管控制電路來激勵膜片振動產(chǎn)生聲響。無觸點電喇叭是利用晶體管控制電路來激勵膜片振動產(chǎn)生聲響。無觸點電喇叭主要由多諧振蕩電路和功率放大電路組成無

23、觸點電喇叭主要由多諧振蕩電路和功率放大電路組成 8.6 特殊晶體管特殊晶體管光電晶體管在原理上類似于晶體管，只是它的集電結(jié)為光電二光電晶體管在原理上類似于晶體管，只是它的集電結(jié)為光電二極管結(jié)構(gòu)。極管結(jié)構(gòu)。 把發(fā)光二極管和光電晶體管組合在一起，可實現(xiàn)以光信號為媒把發(fā)光二極管和光電晶體管組合在一起，可實現(xiàn)以光信號為媒介的電信號的轉(zhuǎn)換，采用這種組合方式的器件稱為介的電信號的轉(zhuǎn)換，采用這種組合方式的器件稱為光電耦合器光電耦合器 晶閘管的種類很多，有普通單向和雙向晶閘管、可關(guān)斷晶晶閘管的種類很多，有普通單向和雙向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、光控晶閘管等。閘管、光控晶閘管等。 晶閘管又稱可控硅，是一種大功率半導體可控元件。晶閘管又稱可控硅，是一種大功率半導體可控元件。它主要用于整流、逆變、調(diào)壓、開關(guān)四個方面，應用最多的它主要用于整流、逆變、調(diào)壓、開關(guān)四個方面，應用最多的是晶閘管整流。它具有輸出電壓可調(diào)等特點。是晶閘管整流。它具有輸出電壓可調(diào)等特點。1.晶閘管的基本結(jié)構(gòu)晶閘管的基本結(jié)構(gòu)2.工作原理工作原理 晶閘管的工作性能晶閘管的工作性能: :（1 1）導通條件：在晶閘管的陽極與陰極間加正向電壓，同）導通條件：在晶閘管的陽極與陰極間加正向電壓，同時在控制極與陰極間加正向電壓，晶閘管就能導通。兩者缺時在控制極與陰極間加正向電壓，晶閘管就能導通。兩者缺一不可。一不可。（2 2）關(guān)斷條件：晶閘