晶體三極管及基本放大電路

1、會(huì)計(jì)學(xué)1晶體三極管及基本放大電路晶體三極管及基本放大電路 知識(shí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo) 1、了解三極管的結(jié)構(gòu)，并掌握電流的分配關(guān)系和放大原理； 2、掌握三極管的輸入和輸出特性，理解其含義，了解主要參數(shù)； 教學(xué)要求技能目標(biāo)技能目標(biāo)n會(huì)查閱手冊(cè)，能按要求選用、測(cè)量和檢測(cè)三極管；n掌握基本放大電路的焊接，會(huì)用萬(wàn)用表測(cè)量三極管靜態(tài)工作點(diǎn)，并由此判斷工作狀態(tài)；n會(huì)熟練使用示波器觀察三極管放大電路的波形，測(cè)量電壓，并計(jì)算電壓放大倍數(shù)。n會(huì)用估算法計(jì)算三極管的靜態(tài)工作點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn) 1、晶體三極管的結(jié)構(gòu)； 2、電流的分配和放大作用； 3、三極管的工作狀態(tài)分析。 教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn) 晶體三極管的狀態(tài)分析，伏安特性曲線

2、。 課時(shí)課時(shí) 4課時(shí)三極管的基本結(jié)構(gòu)三極管的電流放大作用三極管管腳與管型的判別三極管特性曲線三極管手冊(cè)使用 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 ：構(gòu)成：構(gòu)成：PNPN結(jié)結(jié) + + 引線引線 + + 管殼管殼 = = 二極管二極管P PN正極正極負(fù)極負(fù)極管殼管殼符號(hào)：符號(hào)：V二極管的測(cè)試正向電阻小,處導(dǎo)通狀態(tài)反向電阻大,處截止?fàn)顟B(tài) 晶體三極管是重要的一種半導(dǎo)體器件。廣泛應(yīng)用于各種電子電路中。一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)1、外形塑料封裝金屬封裝小功率管金屬封裝大功率管NNP集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電區(qū)基區(qū)C集電極b基極NPP集電結(jié)發(fā)射結(jié)cbebec2、結(jié)構(gòu)與符號(hào) 三極管的是由兩個(gè)互相聯(lián)系的PN結(jié)組成，兩個(gè)PN結(jié)的組合方式不同，可

3、分為NPN型和PNP型。發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)VV發(fā)射區(qū)e發(fā)射極cbe管芯結(jié)構(gòu)剖面圖管芯結(jié)構(gòu)剖面圖結(jié)構(gòu)特點(diǎn):發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電區(qū)面積大通過(guò)實(shí)驗(yàn)找找答案問(wèn):二極管具有單向?qū)щ娦?三極管有何特性?實(shí)訓(xùn)目的 1、練習(xí)根據(jù)電路圖，選擇元件并焊接電路。 2、學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 3、通過(guò)實(shí)訓(xùn)掌握三極管的主要特性。 4、了解三極管的三種工作狀態(tài)。實(shí)訓(xùn)三、三極管放大電路的安裝與測(cè)試實(shí)訓(xùn)器材 1、直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái) 2、萬(wàn)用表 1架 3、三極管9013、9012各1個(gè)，電位器1個(gè)，電阻若干，萬(wàn)能電路板1塊。 4、焊接工具一套實(shí)訓(xùn)要求1、檢查實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和元器件，并填寫實(shí)驗(yàn)記錄。2、每位同學(xué)獨(dú)立焊接

4、一塊電路板。（5分）3、以小組為單位（三人一組），測(cè)試一組數(shù)據(jù)。（5分）。bce實(shí)訓(xùn)步驟 1、焊接電路：按電路圖所示，選擇元件，并在萬(wàn)能板上焊接好電路。（約20分鐘完成）注意：1、選擇NPN三極管，管腳焊接正確。 2、以小組為單位互相焊接檢查電路。注意電源正負(fù)極。+-三極管型號(hào)的判別1、確定基極b用黑表筆與假定的b極相接，紅表筆分別與另兩個(gè)電極相接，兩次測(cè)得電阻均很小，則黑表所接的是b極。并確定為NPN管。 若紅表筆與假定的b極相接，兩次測(cè)得電阻均很小，則經(jīng)表所接的是b極。并確定為PNP管。b bc ce e2、測(cè)量?jī)?nèi)容：（可用實(shí)物投影儀）（實(shí)訓(xùn)時(shí)間約定20分鐘）焊接電路正確，直流穩(wěn)壓電源輸出

5、5V電壓接電路。5V5V901390132 2、測(cè)量?jī)?nèi)容：、測(cè)量?jī)?nèi)容：分別用萬(wàn)用表測(cè)出URB為0.05V、0.1V和0.15V時(shí)對(duì)應(yīng)的URC、VB和VC的值。bce5V+URB-VU URBRB (V) (V)0.050.050.10.10.150.15U URCRC(V)(V) V VB B(V)(V) V VC C(V)(V) 計(jì)計(jì)算算I IB B=U=URBRB/R/RB B I IC C=U=URCRC/R/RC C 3、測(cè)量數(shù)據(jù)記錄4、觀察現(xiàn)象RP電位器的阻值增大，電阻RB兩端電壓如何變化？當(dāng)RB兩端電壓一直減小，最后 VRC 、VC如何變化？當(dāng)RB兩端電壓一直增大，最后VRC 、V

6、C如何變化？U URBRB (V) (V)0.050.050.10.10.150.15U URCRC(V)(V) V VB B(V)(V) V VC C(V)(V) 計(jì)計(jì)算算I IB B=U=URBRB/R/RB B I IC C=U=URCRC/R/RC C 數(shù)據(jù)分析 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析三極管的主要特性。0.650.025mA6.5mA41.31.950.05mA0.075mA13mA19.5mA0.70.53.5 2.40.68IB=VRB/2K0.025mA0.05mA0.075mAIC=VRC/1006.5mA13mA19.5mAVB0.50.680.7VC43.52.4三極管的基極電流

7、IB和集電極電流IC關(guān)系： 264025. 05 . 6IIIImA5 . 65 . 613IIIIImA025. 0025. 005. 0IIIIIII264025. 05 . 6IIBC2C3C1C2CC2B3B1B2BB3B3C2B2C1B1C交流電流放大倍數(shù)直流電流放大倍數(shù)I IC C I IB B具有電流具有電流放大作用放大作用放大倍數(shù)放大倍數(shù)相近相近IB=VRB/2K0.025mA0.05mA0.075mAIC=VRC/1006.5mA13mA19.5mAVB0.50.680.7VC43.52.4三極管的各極電位VC VBVE，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏反射結(jié)電壓大于硅管的死區(qū)電壓b

8、ce+ +5V5V- -三極管處于放大狀態(tài)：三極管處于放大狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏二、三極管的電流放大作用二、三極管的電流放大作用V VR Rb bR RC CV VCCCCV VE EV VC CV VB BI IC CI IE EI IB BNPNR Rb bR RC CV VCCCCV VC CV VE EV VB BV VC C滿足電流放大作用的外部條件是：三極管發(fā)射結(jié)正偏；集電結(jié)反偏。 IE = IB + IC IE IC 三極管具有電流放大作用。 三極管的直流放大系數(shù)： =IC /IB 三極管的交流放大系數(shù)： =IC /IB IEIBV VCCVEVCVBRCICRbV V問(wèn):

9、1、PNP管各引腳的電流關(guān)系怎樣?2、處于電流放大作用的外電壓條件是什么？IE = IB + IC 而且 IC IB ，IE流入三極管， IB 和 IC 流出三極管。PNPRbRCV VCCVCVEVBVC滿足電流放大作用的外部條件是：三極管發(fā)射結(jié)正偏；集電結(jié)反偏。對(duì)于集電極電位最低，發(fā)射極電位最高。NPNV VRbRCV VCCVEVCVB5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII在以后的計(jì)算中，一般作近似處理： =練習(xí)：電路如下圖所示已知：練習(xí)：電路如下圖所示已知： U UCECE=6=6V V時(shí)時(shí)：I IB B = 40= 40 A, A

10、, I IC C =1.5=1.5 mA mA； I IB B = 60= 60 A, A, I IC C =2.3=2.3 mA mA。求三極管的電流放大倍數(shù)。求三極管的電流放大倍數(shù) 和和 。解：解：練習(xí)：圖1、2兩三極管都工作在放大狀態(tài)，分別根據(jù)兩個(gè)電極電流方向和大小，確定第三個(gè)電極的電流方向和大小。標(biāo)出b、c、e極和管型（NPN或PNP）估算值。cbe3mA 1 2 350A4.2mA 1 2 34.3mA圖1 圖2解：解：圖圖1： IE=3+0.5=3.5 mAIC/IB=3/0.05=60圖圖2：IB=4.3-4.2=0.1mAbecIC/IB=4.2/0.1=42三極管的三種基本聯(lián)

11、接方式三極管的三種基本聯(lián)接方式V V輸入端輸入端輸出端輸出端ecbV V輸入端輸入端輸出端輸出端ecbV V輸入端輸入端輸出端輸出端ecb三極管外加電壓?jiǎn)枺喝敉饧与妷翰粷M足發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，三極管又處于何種狀態(tài)？實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象: RP電位器的阻值增大， RB電阻兩端電壓如何變化？發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏RPVRBIBVB處放大狀態(tài)當(dāng)RB兩端電壓減小，VB小于0.5V后， VRC 、VC如何變化？當(dāng)RB兩端電壓增大，VB 大于0.7V后，VRC 、VC如何變化？VRBIB0VC5VVB小于0.5V硅管發(fā)射結(jié)處于死區(qū)狀態(tài)，發(fā)射結(jié)截止。IC很小很小0集電結(jié)反偏，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。V

12、RBIBVRBICVC 當(dāng)VC小到一定值時(shí)，三極管的集電結(jié)也正偏，IC集不受IB控制，而由外接電路決定，此時(shí)三極管處于飽和狀態(tài)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。三、三極管的特性曲線三、三極管的特性曲線 特性曲線：描述各電極電流和極間電壓的關(guān)系。有輸入和輸出曲線。R RCCV VCCCCi iB BI IE ER RB B+ +u uBEBE + +u uCECE V VBBBBCCE EB BiiCC+ + + + + + 輸入輸入回路回路反映輸入回路電壓和電流關(guān)系。即：設(shè)VCE為定值，IB與VBE對(duì)應(yīng)關(guān)系的曲線。1、輸入特性曲線BEuBiOO0CE uV1CE u與二極管的伏安特性曲線相似輸出輸出回路回路R

13、 RCCV VCCCCi iB BI IE ER RB B+ +u uBEBE + +u uCECE V VBBBBCCE EB Bi iCC+ + + + + + 2、輸出特性曲線反映輸出回路電壓和電流關(guān)系。即：設(shè)IB 為定值， IC 與VCE之間的關(guān)系。24681234iC/mAVCE/V01.82.620A406080100IB=0ICEO飽和區(qū)截止區(qū)iCiB放大區(qū)Q輸出特性曲線24681234iC/mAVCE/V01.82.620A406080100IB=0ICEO飽和區(qū)截止區(qū)iCiB放大區(qū)Q輸出特性曲線飽和區(qū)的特點(diǎn)： 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏，相當(dāng)于開關(guān)的閉合，如同短路。晶體管失去放大能

14、力。UCE UBE ; UCE 0.3V 臨界飽和：臨界飽和：深度飽和：深度飽和： U CE（SAT）= 0.1 V ( (鍺管鍺管) )uCE = uBEU CE（SAT）= 0.3 V ( (硅管硅管) )返回24681234iC/mAVCE/V020A406080100IB=0飽和區(qū) 放大區(qū)的特點(diǎn)： 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管具有恒流特性。此區(qū)域內(nèi)： IC= IB , , 且 =IC /IB 具有電流放大作用。24681234iC/mAVCE/V020A406080100IB=0放大區(qū)返回 截止區(qū)的特點(diǎn)： 集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均反偏，相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，此區(qū)域無(wú)電流放大能力。UBE 死區(qū)

15、電壓， IB=0 ， IC=ICEO 024681234iC/mAVCE/V020A406080100IB=0ICEO截止區(qū)由特性曲線分析知：n三極管工作在飽和與截止區(qū)時(shí)，具有“開關(guān)”特性，可應(yīng)用于脈沖數(shù)字電路中，起開關(guān)作用；n三極管工作在放大區(qū)時(shí)，可應(yīng)用在模擬電路中，起放大作用；n所以三極管具有“開關(guān)”和“放大”兩大功能。工程應(yīng)用：測(cè)量三極管引腳對(duì)地電壓，可判斷管子的工作狀態(tài)：nNPN管 VCVBVE， PNP管 VC VB VE。處于放大狀態(tài)。n若測(cè)的三極管的集電極對(duì)地電壓VC接近電源電壓VCC，則表明管子處于截止?fàn)顟B(tài)。n若測(cè)的三極管的集電極對(duì)地電壓VC接近零（硅管小于0.7V，鍺管小于0

16、.3V），則表明管子處于飽和狀態(tài)。n練習(xí)：練習(xí)：n1 1、判斷下列各管的工作狀態(tài)：、判斷下列各管的工作狀態(tài)：放大狀態(tài)放大狀態(tài)飽和飽和狀態(tài)狀態(tài)截止截止?fàn)顟B(tài)狀態(tài)0.7V5V0V10.75V10.3V10V0.7V-5V0V答案： 鍺管，NPN管，3腳為基極，2腳為發(fā)射極，1腳為集電極。n練習(xí)：n2、放大電路中某三極管各極對(duì)地電位為V2=4.7V, V1=10V，V3=5V。判斷該管的材料、管型、管腳的極性。四、三極管器件手冊(cè)的使用四、三極管器件手冊(cè)的使用(一)三極管型號(hào)二極管的符號(hào)由五部分組成（國(guó)產(chǎn)）：3三極管ABCD材料性質(zhì)XGDA類型數(shù)字序號(hào)字母規(guī)格材料：A為PNP型鍺管； B為NPN型鍺管；

17、 C為PNP型硅管； D為NPN型硅管。類型：X低頻小功率管，G高頻小功率管，D低頻大功率管，A高 頻小功率管序號(hào)：序號(hào)不同特性不同。規(guī)格：規(guī)格不同，是某個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)有所不同。國(guó)外如9013、9018按材料分：硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分：NPN、PNP按使用頻率分：高頻管低頻管按功率分：小功率管 1 W三極管的分類：按用途不同：普通放大管開關(guān)管 AICE與IBE之比稱為電流放大倍數(shù)BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII1）直流電流放大系數(shù)hFE(二) 主要參數(shù)1、直流參數(shù) 反映三極管在直流狀態(tài)下的特性。2）集-基極反向飽和電流ICBOICBOICEO= IBE+ICBO BECNNPICBOI

18、BE IBE3）集-射極反向飽和電流ICEO（穿透電流）ICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。2)共發(fā)射極特征頻率fT 三極管的值下降到1時(shí)，所應(yīng)對(duì)的信號(hào)頻率，它是表征三極管高頻特性的重要參數(shù)。 2、交流參數(shù) 反映三極管在交流特性的主要指標(biāo)。 1）交流電流放大倍數(shù)（hfe)BCii ofTf1）集電極最大允許電流ICM 集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。2）集-射極反向擊穿電壓 當(dāng)基極開路時(shí)，集-射極之間的電壓UCE超過(guò)一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25C

19、、基極開路時(shí)的擊穿電壓U(BR)CEO。 UCE U(BR)CEO 3、極限參數(shù)3）集電極最大允許功耗PCM 集電極電流IC 流過(guò)三極管，所發(fā)出的焦耳熱為：PC =ICUCE 必定導(dǎo)致結(jié)溫上升，所以PC 有限制。PCPCM24681234iC/mAvCE/V020A406080100IB=0ICEOICMU(BR)CEO安全工作區(qū)ICUCE=PCM24681234iC/mAvCE/V020A406080100IB=0ICEOICMU(BR)CEOICUCE=PCM五、三極管管腳與管型的判別五、三極管管腳與管型的判別1、確定基極b用黑表筆與假定的b極相接，紅表筆分別與另兩個(gè)電極相接，兩次測(cè)得電阻

20、均很小，則黑表所接的是b極。并確定為NPN管。 若紅表筆與假定的b極相接，兩次測(cè)得電阻均很小，則經(jīng)表所接的是b極。并確定為PNP管。、確定集電極c和發(fā)射極e已確定為NPN管，黑表筆和紅表筆接兩個(gè)待定的電極相接，用手指捏緊黑表筆與b極，觀察表針擺動(dòng)幅度。 若為PNP管，上述過(guò)程紅表與黑表筆對(duì)調(diào)，紅表筆接的是c極，黑表筆接的是e極。 對(duì)調(diào)表筆再測(cè)一次，比較兩次測(cè)量，擺動(dòng)幅度較大的一次黑表筆接的是c極，紅表筆接的是e極。被測(cè)三極管被測(cè)三極管類型類型面對(duì)字管腳名稱面對(duì)字管腳名稱左中右9012 9018NPNPNPebcebc判別三極管類型與管腳練習(xí)六、小結(jié)：六、小結(jié)：1、三極管的結(jié)構(gòu)問(wèn)：NPN、PNP

21、符號(hào)有何區(qū)別？三極管的二個(gè)PN結(jié)、三個(gè)區(qū)、三個(gè)電極分別是什么？2、電流分配與放大作用 問(wèn)：三極管的主要特性是什么？三極管具有放大作用應(yīng)滿足什么條件？三極管各極電流之間有什么關(guān)系？作業(yè)：1）書中相關(guān)習(xí)題 2）查三極管3DG201、9012和9018的參數(shù)3、三極管特性曲線 狀態(tài)截止放大飽和發(fā)射結(jié)反偏正偏正偏集電結(jié)反偏反偏正偏三種狀態(tài)三極管的三種工作狀態(tài)及特性U URBRB (V) (V)0.050.050.10.10.150.15U URCRC(V)(V) V VB B(V)(V) V VC C(V)(V) 計(jì)計(jì)算算I IB B=U=URBRB/R/RB B I IC C=U=URCRC/R/R

22、C C 3、測(cè)量數(shù)據(jù)記錄IB=VRB/2K0.025mA0.05mA0.075mAIC=VRC/1006.5mA13mA19.5mAVB0.50.680.7VC43.52.4三極管的各極電位VC VBVE，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏反射結(jié)電壓大于硅管的死區(qū)電壓bce+ +5V5V- -三極管處于放大狀態(tài)：三極管處于放大狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏三、三極管的特性曲線三、三極管的特性曲線 特性曲線：描述各電極電流和極間電壓的關(guān)系。有輸入和輸出曲線。R RCCV VCCCCi iB BI IE ER RB B+ +u uBEBE + +u uCECE V VBBBBCCE EB BiiCC+ + + + + + 輸入輸入回路回路反映輸入回路電壓和電流關(guān)系。即：設(shè)VCE為定值，IB與VBE對(duì)應(yīng)關(guān)系的曲線。1、輸入特性曲線BEu