晶體三極管及基本放大電路

1、晶體三極管及基本放大電路第1頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四1 第一節(jié) 晶體三極管晶體三極管是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件，它由兩個PN結(jié)構(gòu)成，在電路中主要作為放大和開關(guān)元件使用。 一、結(jié)構(gòu)與分類 1外形 近年來生產(chǎn)的小、中功率管多采用硅酮塑料封裝；大功率三極管多采用金屬封裝，通常做成扁平形狀并有螺釘安裝孔，有的大功率管制成螺栓形狀。 塑料封裝小功率管 塑料封裝中功率管 金屬封裝小功率管 金屬封裝大功率管第2頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四2 2.結(jié)構(gòu) 三極管的核心是兩個互相聯(lián)系的PN結(jié)，按兩個PN結(jié)的組合方式不同，可分為NPN型

2、和PNP型兩類。 PNP型三極管 NPN型三極管三極管內(nèi)部有發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，引出電極分別為發(fā)射極e、基極b、集電極c。發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。 第3頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四3 3.分類 三極管的種類很多，通常按以下方法進(jìn)行分類：按半導(dǎo)體制造材料可分為：硅管和鍺管。硅管受溫度影響較小、工作穩(wěn)定，因此在自動控制設(shè)備中常用硅管。 按三極管內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)可分為：NPN型和PNP型兩類。目前我國制造的硅管多為NPN型(也有少量PNP型)，鍺管多為PNP型。 按工作頻率可分為：高頻管和低頻管。工作頻率高于3MHz為高頻管，

3、工作頻率在3MHz以下為低頻管。按功率可分為：小功率管和大功率管。耗散功率小于1W為小功率管，耗散功率大于1W為大功率管。按用途可分為：普通放大三極管和開關(guān)三極管等。 第4頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四4 二、三極管的電流放大作用 1三極管放大條件要使三極管能夠正常放大信號，發(fā)射結(jié)應(yīng)加正向電壓，集電結(jié)應(yīng)加反向電壓。 NPN管偏置電路 PNP管偏置電路 電源VCC通過偏置電阻Rb為發(fā)射結(jié)提供正向偏置，RC阻值小于Rb阻值，所以集電結(jié)處于反向偏置。第5頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四52三極管的電流放大作用 三極管各電極電流關(guān)系的測量電路 三極管電

4、流分配關(guān)系：IE=IC+IB 三極管電流放大倍數(shù)： = IC /IB 當(dāng)IB有一微小變化，就能引起IC較大的變化，這種現(xiàn)象稱為三極管的電流放大作用。 第6頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四6 在實際放大電路中，除了共發(fā)射極聯(lián)接方式外，還有共集電極和共基極聯(lián)接方式。 共發(fā)射極接法 共基極接法 共集電極接法 第7頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四7 三、三極管的特性曲線1輸人特性曲線輸人特性曲線是反映三極管輸人回路電壓和電流關(guān)系的曲線，它是在輸出電壓VCE為定值時，iB與vBE對應(yīng)關(guān)系的曲線。 當(dāng)輸入電壓vBE較小時，基極電流iB很小，通常近似為零。 當(dāng)

5、vBE大于三極管的死區(qū)電壓vth后，iC開始上升。 三極管正常導(dǎo)通時，硅管VBE約為0.7V，鍺管約為0.3V，此時的VBE值稱為三極管工作時的發(fā)射結(jié)正向壓降。 輸人特性曲線第8頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四8 2輸出特性曲線 輸出特性曲線是反映三極管輸出回路電壓與電流關(guān)系的曲線，是指基極電流IB為某一定值時，集電極電流IC與集電極電壓VCE對應(yīng)關(guān)系的曲線。 截止區(qū) 習(xí)慣把IB=0曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，相當(dāng)于三極管內(nèi)部各極開路。在截止區(qū)，三極管發(fā)射結(jié)反偏或零偏，集電結(jié)反偏。 放大區(qū) 它是三極管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時的工作區(qū)域。最主要特點是IC

6、受IB控制，具有電流放大作用。 飽和區(qū) 當(dāng)VCE小于VBE時，三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正偏，此時IC已不再受IB控制。此時管子的集電極發(fā)射極間呈現(xiàn)低電阻，相當(dāng)于開關(guān)閉合。 輸出特性曲線第9頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四9 四、三極管器件手冊的使用 三極管的類型非常多，從晶體管手冊可以查找到三極管的型號，主要用途、主要參數(shù)和器件外形等，這些技術(shù)資料是正確使用三極管的依據(jù)。 1三極管型號 國產(chǎn)三極管的型號由五部分組成。 第一部分是數(shù)字“3”，表示三極管。 第二部分是用拼音字母表示管子的材料和極性。 APNP鍺材料，BNPN鍺材料， CPNP硅材料，DNPN硅材料。 第

7、三部分是用拼音字母表示管子的類型。 X低頻小功率管，G 高頻小功率管， D低頻大功率管，A 高頻大功率管。 第四部分用數(shù)字表示器件的序號。 第五部分用拼音字母表示規(guī)格號。三極管型號的讀識3AG54A三極管 NPN鍺材料 高頻小功率 序號 規(guī)格號第10頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四10 2三極管的主要參數(shù) （1）直流參數(shù) 反映三極管在直流狀態(tài)下的特性。 直流電流放大系數(shù)hFE 用于表征管子IC與IB的分配比例。 集基反向飽和電流ICBO 它是指三極管發(fā)射極開路時，流過集電結(jié)的反向漏電電流。ICBO大的三極管工作的穩(wěn)定性較差。ICBO測量電路 ICEO測量電路 集射反向飽

8、和電流ICEO 它是指三極管的基極開路，集電極與發(fā)射極之間加上一定電壓時的集電極電流。ICEO是ICBO的(1+)倍，所以它受溫度影響不可忽視。第11頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四11 （2）交流參數(shù) 是反映三極管交流特性的主要指標(biāo)。 交流電流放大倍數(shù)hfe 通常也寫為，用于表征管子對交流信號的電流放大能力。 共發(fā)射極特征頻率fT 三極管的值下降到1時，所對應(yīng)的信號頻率稱為共發(fā)射極特征頻率，它是表征三極管高頻特性的重要參數(shù)。 （3）極限參數(shù) 三極管有使用極限值，如果超出范圍則無法保證管子正常工作。 集電極最大允許電流ICM 若三極管的工作電流超過ICM，其值將下降到正

9、常值的2/3以下。 集電極最大允許耗散功率PCM 它是三極管的最大允許平均功率。 集射反向擊穿電壓V（BR）CEO 它是基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。若管子的VCE超過V（BR）CEO，會引起電擊穿導(dǎo)致管子損壞。 第12頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四12 五、三極管引腳與管型的判別 （1）先確定b極（2）判斷e極、c極 確定b極判斷e極、c極第13頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四13 2.1 三極管基本放大電路 一、基本放大電路的構(gòu)成 1.電路元件作用 共發(fā)射極基本放大電路由三極管、電阻和電容所組成。 V晶體三極管，起電流放

10、大作用 +VCC直流供電電源 Rb基極偏置電阻 C1輸入耦合電容 C2輸出耦合電容 RC集電極負(fù)載電阻 2.放大電路的電壓、電流符號規(guī)定 共發(fā)射極基本放大電路直流分量用大寫字母和大寫下標(biāo)表示，如IB、IC、IE、VBE、VCE。交流信號用小寫字母和小寫下標(biāo)表示，如ib、ic、ie、vbe、vce。交流和直流疊加信號用小寫字母和大寫下標(biāo)表示，如iB、iC、iE、vBE、vCE。 第14頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四14 3三種基本放大電路的比較 共集電極放大電路 共基極放大電路 （1）共發(fā)射極放大電路的電壓、電流、功率放大倍數(shù)都較大，所以應(yīng)用在多級放大器的中間級。（2）

11、共集電極放大電路只有電流放大作用，無電壓放大作用，它的輸入電阻大，輸出電阻小，常用作實現(xiàn)阻抗匹配或作為緩沖電路來使用，也可作為多級放大器的輸入級和輸出級。（3）共基極放大電路主要是頻率特性好，所以多用作高頻放大器、高頻振蕩器及寬頻帶放大器。 第15頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四15靜態(tài)工作點對波形影響實驗電路 二、放大電路的靜態(tài)工作點 未設(shè)置靜態(tài)工作點情況 設(shè)置靜態(tài)工作點情況 輸入電流波形失真 輸入電流波形正常第16頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四16 三、放大原理輸入交流信號vi通過電容C1的耦合送到三極管的基極和發(fā)射極。交流信號vi與直流偏

12、壓VBEQ疊加的vBE波形如圖（b），基極電流iB產(chǎn)生相應(yīng)的變化，波形如圖（c）所示。電流iB經(jīng)放大后獲得對應(yīng)的集電極電流iC，如圖（d）所示。集射極電壓vCE波形與輸出電流iC變化情況相反，如圖（e）所示。 vCE經(jīng)耦合電容C2隔離直流成分，輸出的只是放大信號的交流成分vo，波形如圖（f）所示。 放大電路的電壓和電流波形第17頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四17 第三節(jié) 放大電路的分析方法一、主要性能指標(biāo) 1放大倍數(shù) 電壓放大倍數(shù) 電 壓 增 益 Gv=20lgAv (dB) 電流放大倍數(shù) 電 流 增 益 G=20lgAi (dB) 功率放大倍數(shù) 功 率 增 益 Gp

13、=10lgAp（dB） 2.輸入電阻和輸出電阻輸入電阻 輸出電阻第18頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四18 二、估算分析法 估算分析法是利用電路中已知參數(shù)，通過數(shù)學(xué)方程式近似計算來分析放大電路。常用來估算小信號放大器的靜態(tài)工作點和放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等。 1估算靜態(tài)工作點 （1）畫出直流通路 電容對直流電相當(dāng)于開路，因此畫直流通路時把電容支路斷開即可。 基本放大電路 基本放大電路的直流通路 第19頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四19 （2）根據(jù)直流通路得出以下計算公式 略去VBEQ的影響不計，即 根據(jù)三極管的電流放大特性可得 ICQ=IB

14、Q 輸出回路直流通路可得出以下公式 VCEQ=VCC-ICQRC 放大器的直流通路第20頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四20 2.估算交流參數(shù) （1）畫交流通路 把容量較大的電容及直流電源簡化為一條短路線。 三極管輸入電阻 rbe300+（1+） 放大器輸入電阻 ri=Rb/rbe rbe 放大器輸出電阻 ro=Rc/rceRc 電壓放大倍數(shù) vi= ii（Rb/rbe）ib rbe vo= - ic（RC/ RL） Av = vo/ vi= - (RC/ RL)/ rbe 放大器的交流通路 第21頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四21 三、圖解分

15、析法 1.圖解法分析靜態(tài)工作點 （1）計算IBQ，（2）根據(jù)VCEQ=VCC-ICQRC 作直流負(fù)載線（3）確定Q點，直流負(fù)載線與IBQ=40A的輸出曲線的交點 放大電路 輸出等效電路 圖解分析第22頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四22 輸入特性曲線 輸出特性曲線2.圖解法分析動態(tài)工作情況（1）根據(jù)vi在輸入特性曲線上畫ib波形；（2）在輸出特性曲線上作交流負(fù)載線；（3）在輸出特性曲線上，根據(jù)ib波形畫輸出電壓vCE和輸出電流iC波形；（4）分析放大倍數(shù)。第23頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四23 四、放大波形的失真與消除 放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)

16、置不合適，將導(dǎo)致放大輸出的波形產(chǎn)生失真。1.飽和失真 若偏置電阻Rb偏小，基極電流IBQ就較大，由示波器觀察到的輸出電壓vo波形就會產(chǎn)生飽和失真。 （a）實驗電路 （b）飽和失真波形 （c）圖解分析產(chǎn)生飽和失真的原因是：IBQ偏大時，靜態(tài)工作點偏高，當(dāng)輸入信號正半周幅度較大時管子進(jìn)入飽和區(qū)，iB增大無法使iC相應(yīng)增大，于是會出現(xiàn)飽和失真。 第24頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四24 2截止失真 若偏置電阻Rb偏大，此時基極電流IBQ很小，由示波器觀察到的輸出電壓vo波形將出現(xiàn)截止失真。 （a）實驗電路 （b）截止失真波形 （c）圖解分析 截止失真波形的觀測 產(chǎn)生截止失真

17、的原因是：IBQ偏小時，靜態(tài)工作點偏低。在輸入電壓vi的負(fù)半周時，三極管的發(fā)射結(jié)將在一段時間內(nèi)處于反向偏置，造成ic負(fù)半周、vo的正半周相應(yīng)的波頂被削去。 第25頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四25 3. 靜態(tài)工作點的測量與調(diào)整 選取一只定值電阻和一只電位器，串聯(lián)后接入電路用以代替偏流電阻Rb。將萬用表置于電流擋，然后串接在集電極回路。接通調(diào)試電路電源，緩慢地調(diào)節(jié)電位器，直至萬用表指示的IC電流達(dá)到要求。選一個阻值與之相當(dāng)?shù)墓潭娮枞ゴ鍾b和RP。調(diào)測放大器靜態(tài)工作點的方法 第26頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四26 第四節(jié) 工作點穩(wěn)定放大電路

18、一、放大電路靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的原因 （1）溫度影響 （2）電源電壓波動 （3）元件參數(shù)改變二、分壓式偏置放大電路1電路組成Rb1是上偏置電阻，Rb2是下偏置電阻。電源電壓經(jīng)Rb1、Rb2串聯(lián)分壓后為三極管提供基極電壓VBQ。Re起到穩(wěn)定靜態(tài)電流的作用，Ce是Re的交流信號旁路電容。 分壓式偏置放大電路 第27頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四27 2穩(wěn)定靜態(tài)工作點3.電路參數(shù)估算（1）靜態(tài)工作點的估算 分壓式偏置放大電路的直流通路圖所示，可推導(dǎo)出下列靜態(tài)工作點的估算公式。 VCEQVCC-ICQ（Rc+Re）分壓式偏置放大電路的直流通路第28頁，共38頁，2022年，5月

19、20日，1點35分，星期四28 （2）交流參數(shù)估算電壓放大倍數(shù) 輸入電阻 ri=Rb1/ Rb2/rbe 輸出電阻 roRc 分壓式偏置放大電路的交流通路 要確保分壓偏置電路的靜態(tài)工作點穩(wěn)定，應(yīng)滿足兩個條件：I2 IBQ（實際可取I2=10 IBQ）；VBQ VBEQ，（實際可取VBQ= 3VBEQ）。要改變分壓偏置電路的靜態(tài)工作點，通常的方法是調(diào)整上偏置電阻Rb1的阻值。若該電路的靜態(tài)工作點正常，而放大倍數(shù)嚴(yán)重下降，應(yīng)重點檢查射極旁路電容Ce是否開路或失效。用工程應(yīng)第29頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四29 三、集電極基極偏置放大電路 1電路組成 電路的組成特點：Rb

20、跨接在放大管的c極和b極之間。集電極基極偏置放大電路2穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理 第30頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四30 第五節(jié) 多級放大電路一、多級放大器的耦合方式為確保多級放大器能正常工作，級間耦合必須滿足以下兩個基本要求：（1）必須保證前級輸出信號能順利地傳輸?shù)胶蠹?，并盡可能地減小功率損耗和波形失真。（2）耦合電路對前、后級放大電路的靜態(tài)工作點沒有影響。 1阻容耦合 阻容耦合放大電路 第31頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四31 2變壓器耦合利用變壓器初次級線圈之間具有“隔直流耦合交流”的作用，使各級放大器的工作點相互獨立，而交流信號能順利輸送

21、到下一級，就稱為變壓器耦合。 變壓器耦合放大電路第32頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四32直接耦合放大電路3直接耦合直接耦合放大器前后級之間沒有隔直流的耦合電容或變壓器，因此適用于放大直流信號或變化極其緩慢的交流信號。 第33頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四33二、阻容耦合放大電路的電壓放大倍數(shù)兩級阻容耦合放大電路方框圖在多級放大電路中，前級輸出信號經(jīng)耦合電容加到后級輸入端作為信號，所以可將后級輸入電阻視為前級的負(fù)載。 前級的電壓放大倍數(shù)為 后級的電壓放大倍數(shù)為 兩級總電壓放大倍數(shù)為 兩級阻容耦合放大電路方框圖 第34頁，共38頁，2022年，5

22、月20日，1點35分，星期四34三、阻容耦合放大器的幅頻特性1幅頻特性的基本概念電壓放大倍數(shù)的幅度與頻率的關(guān)系曲線稱為幅頻特性曲線。放大倍數(shù)下降到中頻段放大倍數(shù)Avm的0.707倍時，對應(yīng)的低端頻率fL稱為下限頻率，對應(yīng)的高端頻率fH稱為上限頻率。通頻帶 BW=fH-fL 阻容耦合放大器幅頻特性 兩級放大器通頻帶第35頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四35本 章 小 結(jié) 1.三極管是由兩個PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，在發(fā)射結(jié)正偏。集電結(jié)反偏時，具有電流放大作用。 2. 三極管的工作性能由輸入特性曲線和輸出特性曲線來描述。三極管的主要參數(shù)是運用和選擇三極管的依據(jù)。 3. 共射極

23、基本放大電路對學(xué)習(xí)和掌握放大電路的工作原理和分析方法是十分重要的。要不失真地放大交流信號，必須為放大器設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。 4.放大電路的主要性能指標(biāo)有：放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻，應(yīng)用估算法能分析放大電路的靜態(tài)工作點、輸入電阻、輸出電阻、放大倍數(shù)。 5.由于三極管參數(shù)、溫度及電源電壓的變化會使電路靜態(tài)工作點變動，因此在實際放大電路中必須采取措施穩(wěn)定靜態(tài)工作點。比較常用的穩(wěn)定靜態(tài)工作點的偏置電路有分壓式偏置電路、集電極一基極偏置電路。 6多級放大器的級間耦合方式主要有阻容耦合，變壓器耦合、直接耦合三種。 7放大器的通頻帶由上限頻率和下限頻率之差決定，放大器對通頻帶范圍內(nèi)的信號實現(xiàn)正常放大。第36頁，共38頁，2022年，5月20日，1點35分，星期四36 主 教 材 簡 介 書名：電子技術(shù)基礎(chǔ) 第2版（附學(xué)習(xí)卡） 出版單位：高等教育出版社 作者：陳振源 出版日期：2006-07-01 書號：7-04-019714-6 適用層次：中職 定價：25.20本書參照教育部頒布的中等職業(yè)學(xué)校電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)大綱，以及有關(guān)的職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)職業(yè)技能鑒定標(biāo)準(zhǔn)，在保留2001年出版的中等職業(yè)教育國家規(guī)劃教材電子技術(shù)基礎(chǔ)編寫風(fēng)格的基礎(chǔ)上，根據(jù)近幾年中職生源的變化情況，貫徹落