（中職）電子技術基礎與技能（電子信息類）第2章課件

1、（中職）電子技術基礎與技能（電子信息類）第2章ppt課件第2章 三極管及放大電路基礎2.2 放大電路的基本概念2.1 三極管的結(jié)構(gòu)和基本特性2.3 共射基本放大電路2.4 放大電路的分析方法2.5 三種基本組態(tài)放大電路的比較2.6 多級放大器2.1 三極管的結(jié)構(gòu)和基本特性學習目標1了解三極管的電流放大作用。2掌握萬用表判別三極管的引腳和性能好壞的方法。3了解三極管的三種組態(tài)特點。4. 掌握共射電路的基本結(jié)構(gòu)。5了解放大電路性能指標。6. 掌握用萬用表調(diào)試三極管各參數(shù)的方法。7了解多級放大電路的形式。2.1 三極管的結(jié)構(gòu)和基本特性三極管是一種有三個端子的器件，主要用于信號的放大和控制。2.1.1

2、 初識三極管圖2-1 某種電視機視放電路采用的三極管實物圖2.1.2 三極管的分類 三極管品種也很多。按極性分有NPN管，PNP管；按材料分有硅三極管和鍺三極管；按工作頻率分有低頻三極管和高頻三極管等。 表2-1是幾種三極管實物照片及應用說明。三極管體積越大，額定功率越高。大功率的三極管，要考慮散熱。圖2-1中所示的用于電視機小信號放大的三極管就是TO-92塑封管。表2-1 幾種三極管的實物圖實物圖TO-92塑封TO-220塑封TO-3P塑封應用說明小功率三極管，放大信號電壓和作各種控制電路中的控制器件 塑料封裝大功率三極管，在頂部有一個開孔的小散熱片 塑料封裝大功率三極管，上端帶孔方便安裝散

3、熱片實物圖金屬封裝A3-02BTO-3金屬封裝TO-23貼片封裝應用說明用于高頻反向電壓高電路輸出功率比較大，帽子頂部用來安裝散熱片，其金屬外殼本身也是一個散熱部件，兩個孔用來固定三極管。只有基極和發(fā)射極兩根引腳，集電極就是三極管的金屬外殼 貼片三極管的引腳很短，它是裝配在電路板銅箔線路一面。2.1.3 三極管的基本結(jié)構(gòu)2.1.4 三極管各極間電流關系三極管具有電流放大作用，它是用IB控制IC的電流控制器件。 表2-2以NPN型三極管為例，說明其各極間的電流關系。PNP型三極管三個電極的電流流向與NPN的相反。 總結(jié)：三極管實現(xiàn)放大的外部條件是發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。三極管是電流控制器件，工作

4、在放大情況下，產(chǎn)生的IB，可形成的IC=IB。三極管發(fā)射極電流是集電極電流與基極電流之和。集電極與基極的電流方向相同，同為流入或流出三極管，基極電流和發(fā)射極電流方向相反。表2-2 NPN三極管各極間電流關系邊學邊練 用指針式模擬萬用表檢測三極管2.1.5 三極管的工作狀態(tài)1、三極管的三種組態(tài) 三極管在電路中使用時，必須要有一個電極作為輸出、輸入端的公共端子，由此，引出三極管的三種組態(tài)（接法）。 圖2-4 三極管放大電路的三種組態(tài)2共發(fā)射極放大電路的輸入、輸出特性表2-4 共發(fā)射極輸入輸出特性說明回路結(jié)構(gòu)輸入輸出特性說明輸入回路根據(jù)US和RB的取值，可改變UBE的大小，（1）UBEUTH，三極管

5、導通，IB0。；硅三極管的閾值電壓UTH約為0.5V；鍺三極管的閾值電壓UTH約為0.1V。輸出回路三極管截止， IB0。三極管導通，IB0。IB0IC0；三極管C、E間相當于開關斷開；rCE， UCEVCC放大狀態(tài)：IC=IB；UCE= VCC-ICRC飽和區(qū)：因為UCE= VCC-ICRC0，IC有最大值，即集電極飽和電流ICS，飽和時，硅管UCES 0.3V，鍺管UCES 0.1V。對應基極飽和電流IBS，三極管飽和，三極管C、E間相當于開關閉合，rCE0。UCE=UCES，IC=ICS特別說明：(1)UCE如增大到某一數(shù)值時，IC將急劇增長，易損壞三極管，稱為進入擊穿區(qū)。（2）三極管在

6、飽和和截止狀態(tài)時，不會按放大狀態(tài)時的放大倍數(shù)來放大輸入信號。3三極管截止和飽和時的等效電路圖 2-5 硅三極管截止、飽和狀態(tài)時的等效電路 三極管截止時，相當于開關斷開。而三極管飽和導通時，BE間可以看作是電阻為0 ，電壓值為0.7V的電壓源，CE間是電阻為0 ，電壓值為0.3V的電源。結(jié)論：三極管的工作狀態(tài)判斷： 當UBEUTH，且0IBIBS，則三極管處在放大狀態(tài)，IC=IB。【例】某音響設備內(nèi)有一放大電路，如圖2-6所示，=50， Vcc =12V， RB =68k， RC =6.2k，分析當USB 分別為 -2V、2V、5V時，三極管工作在哪個區(qū)？已知圖中三極管是硅三極管，當三極管導通時

7、，UBE0.7V，飽和導通時，UCEUCES（飽和壓降）0.3V。解：（1）當USB =-2V時：UBE=-2V UTH，IB=0，IC=0，三極管工作在位于截止區(qū) 。（2）USB =2V時：所以，三極管工作在于放大區(qū)。（3）USB =5V時:所以，三極管工作在于飽和區(qū)。此時， 而不是IC IB 3mA，即IC不是IB的 倍。4萬用表檢測三極管的工作狀態(tài)2.1.6 三極管的主要參數(shù)表2-6 三極管的主要參數(shù)參數(shù)名稱意義說明電流放大系數(shù)三極管電流放大能力iB電流對iC電流的控制能力。極間反向電流ICBO發(fā)射極開路時集電結(jié)的反向飽和電流同一型號的管子反向電流愈小，性能愈穩(wěn)定特征頻率fT當下降到1時

8、對應的頻率就是fT三極管不失真放大信號的是有一定的頻率范圍，fT反映晶體管的高頻放大性能集射極擊穿電壓U（BR）CEO基極開路時(IB=0)，能加在集-射極之間的最大允許電壓。集-射極電壓超過此值，三極管易燒毀集電極最大允許耗散功率PCM集電極消耗的功率可用集電極耗散功率Pc=ICUCE表示，最大允許耗散功率表示為PCM晶體管工作時應滿足IcUCEPCM的條件才安全。拓展知識 三極管替換原則是： 1.同類型，即同為NPN型或PNP型； 2.同材料，即同為鍺材料或硅材料； 3.參數(shù)“大能代小”的原則，（即U（BR）CEO高的三極管可以代替U（BR）CEO低的三極管；ICM大的三極管可以代替ICM

9、小的三極管等）。 4.三極管的放大倍數(shù)是分檔的，同一檔的三極管可以互換。 在檢修電子線路時會遇到形形色色的三極管，它們的替換要依據(jù)其型號需查閱有關手冊。2.2 放大電路的基本概念三極管按不同的原則分類可分成很多類。輸入、輸出阻抗和放大倍數(shù)是放大電路的重要指標。2.2.1 放大電路的分類 放大電路是以三極管為核心元件，以放大交流信號為目的。放大電路可以按照不同的原則來進行分類。 按照放大器放大的信號電量不同分類，可分為：電壓放大器、電流放大器和功率放類大器。 按照放大器放大的信號頻率不同分類，可分為：低頻放大器、高頻放大器、 超高頻放大器。 按照放大器使用的放大元件所處的工作組態(tài)不同分類，可分為

10、：共基極放大器、共集電極放大器、共發(fā)射極放大器。 2.2.2 放大電路的性能指標分析放大器的信號通路時，通常把放大電路等效成如圖2-8所示的電路 圖2-8 放大器的等效框圖 該電路可以看作三個組成部分：信號源、放大器的等效電阻、負載RL。圖中電流和電壓正方向的規(guī)定是：電流流入放大器的方向為正；電壓的正方向是上正、下負。表2-7 放大器的主要性能指標參數(shù)名稱定義公式說明電壓放大倍數(shù)AU輸出電壓UO與輸入電壓Ui之比AU = UO / Ui電壓放大能力電流放大倍數(shù)Ai輸出電流IO與輸入電流Ii之比Ai = IO / Ii電流放大能力輸入電阻Ri輸入電壓Ui與產(chǎn)生輸入電流Ii之比Ri =Ui / I

11、iRi越大，對前級的影響越小輸出電阻RO從放大器的負載RL左邊向放大器內(nèi)部看進去的等效電阻RO越小，有利于輸出較高的信號電壓，Uo是不接負載時的輸出電壓2.2.3 放大器的電量符號約定 三極管發(fā)射結(jié)上加有正偏電壓，集電結(jié)上加有反偏電壓時，已經(jīng)具備了放大的工作條件。當輸入的交流信號為零時，這時三極管的基極、集電極和發(fā)射極中都只有直流電流。這種工作狀態(tài)叫做放大器的靜態(tài)。 當輸入的交流信號不為零時，基極、集電極和發(fā)射極中的電流既含有直流電流成分又含有交流電流成分。這種工作狀態(tài)叫做放大器的動態(tài)。表2-8 電子電路中電量符號和腳標書寫的約定 電量符號的寫法電量腳標的寫法大寫小寫大寫直流量總電量小寫交流量

12、的有效值交流量2.3 共射基本放大電路圖2-9 電視機未級視放板電路圖以及實物圖 圖中的視放管采用共發(fā)射極結(jié)構(gòu)，信號從基極輸入，由集電極輸出。為使共射電路正常工作，應給三極管提供合適的偏置電壓。2.3.1 電路結(jié)構(gòu)和元器件的作用集電極電阻(a)原理圖 (b)實際電路圖 圖2-10 共射基本放大電路偏置電阻耦合電容耦合電容負載電阻從原理圖容易看出，電路以三極管為核心，左邊為輸入回路，右邊為輸出回路，通過三極管的電流控制作用實現(xiàn)信號放大作用。US為信號源電壓，UO為放大器的輸出電壓。電路中各元件的作用如下：（1）三極管：利用它的電流控制作用實現(xiàn)信號放大。（2）偏置電阻Rb：提供正偏電壓，決定電路在

13、沒有信號的時候（靜態(tài)）基極電流IBQ的大小。（3）集電極電阻RC：提供集電極電流的通路，把放大的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。（4）輸入耦合電容C1和輸出耦合電容C2：傳送信號中交流成分。在低頻放大電路中，耦合電容的容量一般取幾十微法。如果要同時放大輸入信號的直流成份，則不用耦合電容。（5）放大器的負載電阻RL：輸出交流信號的承受者，如音頻功率放大器的負載，而在多級放大器中間級，其負載就是下一級的輸入電阻。2.3.2 共發(fā)射極放大電路的工作原理 信號經(jīng)共發(fā)射極放大電路后輸出放大的反相信號，其電路及工作原理如圖2-11所示。 2.4 放大電路的分析方法2.4.1 三極管工作狀態(tài)的影響因素三極管的工作狀

14、態(tài)與其直流偏置和輸入信號的幅度有關。1基極偏置電阻對三極管工作狀態(tài)的影響邊做邊學 三極管工作狀態(tài)的波形觀察 觀察圖2-12所示電路的輸入、輸出波形。給輸入端輸入有效值為1.414mV的正弦波，用雙蹤示波器同時觀察輸入、輸出波形。調(diào)節(jié)電路中RW的阻值，觀察輸出波形的變化。偏置電阻阻值不同對三極管狀態(tài)的影響見表2-9所示。表2-9 偏置電阻阻值不同對三極管狀態(tài)的影響 靜態(tài)分析：當輸入信號為0，直流電源單獨作用時，集電極電流Ic、基極電流IB、BE間電壓UCE的共同稱為放大電路的靜態(tài)工作點，用Q表示，四個物理量記做IBQ、ICQ、 UBEQ和 UCEQ。硅管的 UBEQ約為0.7V。靜態(tài)分析就是分析

15、靜態(tài)工作點是否處在允許較大范圍的交流信號輸入而不產(chǎn)生失真的位置，這是放大器正常放大交流信號的前提條件。2輸入信號幅度對三極管工作狀態(tài)的影響表2-10 輸入信號值對三極管工作狀態(tài)的影響動態(tài)分析：根據(jù)電路的具體情況，選擇合適的分析方法，確定放大電路的一些性能指標，如電壓放大倍數(shù)AU、放大器的輸入電阻ri和輸出電阻rO等。 2.4.2 放大電路的靜態(tài)工作點設置圖2-13 固定偏置放大器的直流通路交流通道：只考慮交流信號傳輸?shù)碾娐贰?直流通道：只考慮直流偏置的電路。1交直流通路 2靜態(tài)工作點設置 放大電路的靜態(tài)工作點設置就是給三極管提供合適的直流偏置，使得交流信號輸入三極管后，三極管還能工作于放大狀態(tài)

16、。 圖2-14 分壓式偏置放大電路 圖2-15 分壓式偏置放大電路的直流等效電路3. 穩(wěn)定工作點的原理分析 穩(wěn)定工作點的過程描述如下：假如環(huán)境溫度升高，則靜態(tài)工作點電流增大，ICQ增大，會使發(fā)射極電位UE上升，這又使管參數(shù)UBE=UB-UE 減小，而UBE的減小就使三極管的基極電流IBQ減小，IBQ對ICQ的控制作用又使ICQ成比例減小，這就使放大電路的靜態(tài)工作點得到了穩(wěn)定。這個過程可以用下面的流程圖來表示：T（OC） ICQ UE UBE IBQ ICQ 4. 利用萬用表調(diào)整三極管的靜態(tài)工作點 2.5 三種基本組態(tài)放大電路的比較共發(fā)射極通常用于小信號電壓放大器，因為具有較高的電壓放大和電流放

17、大作用。共基極放大器主要用于高頻放大器或?qū)拵Х糯笃?。共集電極電路又稱為射隨器，因為其具有高輸入電阻和低輸出電阻的特點，應用非常廣泛。主要應用如下：1. 將射極輸出器放在電路的首級，可以提高輸入電阻。2.將射極輸出器放在電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負載能力。 3. 將射隨器放在電路的兩級之間，可以起到電路的匹配、緩沖、隔離作用。2.6 多級放大器 多級放大器就是把多個單級放大器用合適的方法級聯(lián)起來，把信號一級接一級地接續(xù)放大，就能夠完成所需的放大任務。通常多級放大器是由輸入級、中間放大級和輸出級組成。 圖2-17 多級放大器的組成框圖2.6.1 多級放大器的級間耦合方式 耦合是指多級放大

18、器中級與級之間的聯(lián)結(jié)，耦合方式就是指聯(lián)結(jié)方式。常用的耦合方式有三種：阻容耦合、變壓器耦合和直接耦合。1、阻容耦合方式圖2-18 兩級阻容耦合放大器在這種電路中，信號的傳遞是依靠耦合電容的“通交流、隔直流”的特性實現(xiàn)的。 2、變壓器耦合方式 圖2-19 變壓器耦合放大器 變壓器耦合放大器對信號傳遞依靠的是，變壓器電磁轉(zhuǎn)換傳遞能量和“通交流、隔直流”的原理。3、直接耦合圖2-20 直接耦合放大器直接耦合方式就是直接把前級的輸出端與后級的輸入端聯(lián)結(jié)。 2.6.2 多級放大器的分析計算1、電壓放大倍數(shù)AUn級放大器的放大倍數(shù)： 2、輸入電阻Ri多級放大器的輸入電阻就是其第一級的輸入電阻。即 Ri =

19、Ri1 3、輸出電阻RO多級放大器的輸出電阻就是其最后一級的輸出電阻。即， RO = ROn 2.6.3 放大器的頻率特性 放大器的放大倍數(shù)與信號頻率的關系叫做放大器的頻率特性，由幅頻特性和相頻特性兩部分組成。 幅頻特性表示放大器的放大倍數(shù)的數(shù)值與信號頻率的關系。相頻特性表示輸出電壓與輸入電壓的相位差和信號頻率的關系。 (a) 幅頻特性 （b）相頻特性 圖2-21 阻容耦合放大器的頻率特性 放大器的頻率特性表明，在某一段頻率范圍內(nèi)，放大器的放大倍數(shù)A與頻率無關是個常數(shù)。隨著信號頻率的升高或降低，放大倍數(shù)會減少，同時輸出電壓與輸入電壓的相位差也隨著信號頻率的變化而變化。 我們定義，當放大器的放大

20、倍數(shù)下降到0707A時所對應的兩個頻率，分別叫做放大器的下限頻率fL和上限頻率fH。 在這兩個頻率之間的頻率范圍，叫做放大器的通頻帶BW 通頻帶越寬，表示放大器工作的頻率范圍越寬。 單管放大器的增益與放大倍數(shù)的積通常是常數(shù)，即放大器的增益越高，通頻帶越窄。兩者成反比關系。多級放大電路的增益與通頻帶也是反比關系。 本章回顧1.晶體三極管的外部有基極、集電極、發(fā)射極三個電極，其內(nèi)部有發(fā)射結(jié)、集電結(jié)兩個PN結(jié)。晶體三極管是一種電流控制器件，是通過基極電流的變化去控制較大的集電極電流的變化。使用時有三種基本連接方式：共基極組態(tài)、共集電極組態(tài)和共發(fā)射極組態(tài)，共發(fā)射極組態(tài)是常用的組態(tài)。2. 晶體三極管有P

21、NP和NPN兩大基本類型。晶體三極管有三種工作狀態(tài)：截止、放大和飽和狀態(tài)，工作狀態(tài)由外加集電結(jié)和發(fā)射結(jié)偏置電壓決定。三個電極電流之間的關系是：IEICIB，在放大狀態(tài)下，ICIB。3.三極管的特性曲線和參數(shù)是用來描述三極管性能，是選擇三極管時的依據(jù)。選擇三極管時要考慮的主要參數(shù)是工作頻率、耐壓、放大倍數(shù)。型號相同的三極管可以互換，型號不同，但對于該電路來說關鍵參數(shù)相似也可以替換。4.放大器是三極管電路中最常見和最基本的電路。放大器的基本任務就是放大信號。放大器用一些性能指標來表征放大器性能：電壓（電流、功率）放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻是最主要的三個。單級共射小信號放大器是最基本的放大電路。

22、5.放大器中流過的電流和各點的電壓是直流的、動態(tài)的，可以認為電流和電壓都是由信號電流（電壓）與靜態(tài)電流（電壓）疊加而成，可以分為直流偏置和交流通道來分析檢查放大電路。即存在：直流分量、交流分量和瞬時量，它們的表示符號是有約定的，一定要搞清楚。6.放大器工作點是放大電路工作的基本條件，工作點的穩(wěn)定很重要，解決的辦法有多種，分壓式偏置電路是應用最多的一種穩(wěn)定工作點的電路。7.放大器的三種組態(tài)電路是有著各自的特點的，在不同場合各有應用。共射組態(tài)電路的應用最多，因為它的放大能力較強。輸入電壓和輸出電壓反相關系是其另一特點。共集電極組態(tài)電路較高的輸入電阻，較低的輸出電阻和電壓放大倍數(shù)近似為1的特點，使其

23、常用作“隔離”和“緩沖”場合。共基組態(tài)放大器雖放大能力有限，但其良好的高頻特性使其在高頻電路中得到用武之地。 8.多級放大器是實用放大器的基本形態(tài)。多級放大器的分析方法和單級放大器沒有本質(zhì)區(qū)別，只是要注意處理好多級放大器中級與級之間的負載關系，處理好直接耦合情況下各級工作點相互影響的問題。 實驗 晶體管單管放大器一、實驗目的1、學習放大器靜態(tài)工作點調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響。2、學習放大器電壓放大倍數(shù)及最大不失真輸出電壓的測量方法。3、測量放大器輸入、輸出電阻。4、進一步熟悉各種儀器的使用。二、實驗器材和儀器（1）按實驗電路在實驗板上安裝好的“單級低頻小信號放大器”。（2）示波

24、器（10M以上）1臺，低頻毫伏表1臺，低頻信號源 1臺。（3）其它輔助實驗設備。三、實驗原理圖2-23為電阻分壓式靜態(tài)工作點穩(wěn)定放大電路，它的偏置電路采用和組成的分壓電路，并在發(fā)射極中接有電阻，用來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。四、實驗內(nèi)容及步驟1用數(shù)字萬用表進行所用管子的及靜態(tài)工作點的測試、的信號輸入端H接地，用線短接電位器。調(diào)節(jié)，使Ic=2mA，即UE=3.6V，測量UR3、UR4的值，根據(jù)求出值。測量 、 的值計入表2-13中。 表2-13 實驗用表1計算值測量值的信號輸入端H接地，用線短接電位器。調(diào)節(jié)將三極管和電阻，使Ic=2mA，即UE=3.6V，測量UR3、UR4的值，根據(jù)求出值。測量 、的值計

25、入表2-13中。 的信號輸入端H接地，用線短接電位器2. 電壓放大倍數(shù)的測量將H、K兩點短接，保持靜態(tài)工作點不變。調(diào)節(jié)函數(shù)發(fā)生器，使其輸出頻率為正弦波信號，信號加在和接地端之間，逐漸加大信號，用示波器觀察輸入、輸出信號，在保證輸出信號不失真的情況下，測量 、（即有載時）、（=即空載時）， 表2-14 實驗用表2計算值測量值oU3、靜態(tài)工作點對電壓放大倍數(shù)的影響使，用示波器監(jiān)視不失真的范圍內(nèi)，測出數(shù)組和值，記入表2-15.表2-15 實驗用表3 /mA 0.5122.28 /V0.91.83.64.1 /mV4、最大不失真輸出電壓的測量使，盡量加大，使波形同時出現(xiàn)頂部失真和底及值。記入表2.16

26、。改變靜態(tài)工作點，使無明顯失真，繼續(xù)增大，重復上面步驟，直到上、下同時出現(xiàn)失真，再稍許減少，測量此時的和部失真，調(diào)節(jié)表2-16 實驗用表4/mV /mA5、靜態(tài)工作點對放大器失真的影響=1.5m，調(diào)節(jié)，使之略小于，此時。取波形不失真，測量波形，然后將函數(shù)發(fā)生器輸出信號幅度調(diào)節(jié)旋鈕旋至零，測量此時的和值，并繪出波形，調(diào)節(jié)，使減小，觀察波形的變化，當波形出現(xiàn)失真后，繪出，調(diào)節(jié) ，使 增大，當波形產(chǎn)生失真后，繪出 波形，然后將信號源輸出旋鈕旋至零，測量此時 值，將上述結(jié)果記入表2-17.、 表2-17 實驗用表5 /mA/V波形屬何種失真 采用如圖2.23(a)所示的串聯(lián)電阻法，在放大器與信號源之間串入一個已知電阻、輸入電阻Ri的測量(選做)