電工學(xué)（第六版）課件：三極管與集成運(yùn)算放大器

§7－1三極管及基本放大電路一、三極管的工作特性和主要參數(shù)

三極管是具有放大作用的半導(dǎo)體器件，通常有三個(gè)引出端：基極(b)、發(fā)射極(e)和集電極(c)。三極管分NPN和PNP兩種類型，符號(hào)如圖所示，發(fā)射極箭頭表示電流的方向。1.三極管的類型NPN型PNP型三極管封裝形式與管腳排列類型圖示管腳排列大功率金屬封裝三極管（圓柱形）

將管腳朝向自己，“品”字放正，從左起順時(shí)針方向依次為e,b,c大功率金屬封裝三極管面對(duì)管底，使引腳位于左側(cè)，下面的引腳是基極b，上面的引腳為發(fā)射極e,管殼是集電極c，管殼上兩個(gè)安裝孔用來(lái)固定三極管小功率金屬封裝三極管面對(duì)管底，由定位標(biāo)志起，按順時(shí)針方向，引腳依次為發(fā)射極e、基極b、集電極c中功率塑封三極管面對(duì)管子正面（型號(hào)打印面），散熱片為管背面，引出線向下，從左至右依次為基極b、集電極c、發(fā)射極e貼片式三極管面對(duì)管子正面（型號(hào)打印面）,引出線向下,從左至右依次為基極b、集電極c、發(fā)射極e

2.三極管的工作特性

圖為三極管基本放大電路，IB流經(jīng)的回路稱為輸入回路；IC流經(jīng)的回路稱為輸出回路。兩個(gè)回路的公共端是三極管的發(fā)射極E，所以上述電路稱為共發(fā)射極電路。（1）三極管的電流放大作用

三極管要實(shí)現(xiàn)放大作用，必須滿足一定的外部條件，即發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。對(duì)于NPN型三極管，c、b、e三個(gè)電極的電位必須符合：

三極管各極電流的關(guān)系

IC與IB之比稱為三極管的共射直流電流放大系數(shù)，用表示，即

若使IB有一個(gè)變化量△IB，IC也會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的變化△IC，△IC與△IB稱為三極管的交流（動(dòng)態(tài)）電流放大系數(shù)，用β表示，即

一般情況下與β近似相等。

（2）三極管的三種工作狀態(tài)(以NPN型三極管為例)，工作狀態(tài)截止放大飽和工作條件發(fā)射極反偏，集電極反偏發(fā)射極正偏，集電極反偏發(fā)射極正偏，集電極正偏特點(diǎn)

集電極僅有很小的漏電流，稱為穿透電流這時(shí)，三極管的管壓降為

這時(shí)不論IB再怎樣增大，IC也不再增大

三極管處于放大工作狀態(tài)時(shí)，在電路中起放大作用；三極管處于截止和飽和狀態(tài)時(shí)，在電路中起開關(guān)作用。3.三極管的主要參數(shù)（1）共射交流電流放大系數(shù)

值一般在20～200之間。值太大時(shí)，工作性能不穩(wěn)定，通常選用值在60～100之間。（2）穿透電流即當(dāng)基極開路（）時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的反向電流。隨溫度的升高明顯增大，所以希望它越小越好。硅管的穿透電流遠(yuǎn)小于鍺管，因此硅管比鍺管的穩(wěn)定性好。（3）集電極允許最大電流三極管工作時(shí)若超過(guò)，值明顯下降，特性變差。（4）反向擊穿電壓當(dāng)三極管的管壓降

時(shí)，集電極電流急劇增大。（5）集電極最大允許耗散功率正常時(shí)應(yīng)使，否則三極管過(guò)熱小于1W的稱為小功率管，大于1W的稱為大功率管。大功率管不許按要求加裝散熱器，才能達(dá)到規(guī)定的值。

二、基本共射放大電路1．放大電路的作用和類型

放大電路是電子設(shè)備中最常見的一種基本單元電路。它是利用三極管的電流控制作用，把信號(hào)源傳來(lái)的微弱電信號(hào)不失真地放大到所需要的數(shù)值。用三極管組成放大電路時(shí)，根據(jù)公共端的不同，有三種類型，即共射極放大電路、共集電極放大電路和共基極放大電路。如圖所示為應(yīng)用最廣的共射極放大電路

2．共射極放大電路的工作原理（1）輸入信號(hào)ui=0時(shí)，輸出信號(hào)uo=0。這時(shí)在直流電源VCC作用下通過(guò)RB產(chǎn)生了IBQ，經(jīng)三極管的電流放大，轉(zhuǎn)換為ICQ，ICQ通過(guò)RC在三極管c極和e極間產(chǎn)生了UCEQ。IBQ、ICQ、UCEQ均為直流量，即靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q表示。（2）若輸入信號(hào)電壓ui，即ui≠0，稱為動(dòng)態(tài)。通過(guò)電容C1送到三極管的基極和發(fā)射極之間，與直流電壓UBEQ疊加，這時(shí)基極總電流為：

這里所加的ui為低頻小信號(hào)，工作點(diǎn)在特性曲線線性區(qū)移動(dòng)，電壓和電流近似線性關(guān)系。在ui的作用下產(chǎn)生基極電流ib，這時(shí)基極總電流為：

iB經(jīng)三極管的電流放大，這時(shí)集電極總電流為：iC在集電極電阻RC上產(chǎn)生電壓降iCRC（為了便于分析，假設(shè)放大電路為空載），使集電極電壓

經(jīng)變換得

即

由于電容C2的隔直作用，在放大器輸出端只有交流成分uce輸出，輸出的交流電壓為：

式中，“-”表示輸出信號(hào)uo與輸入信號(hào)ui相位相反。

三、多級(jí)放大電路實(shí)際應(yīng)用中，要把一個(gè)微弱的電信號(hào)放大幾千倍或幾萬(wàn)倍甚至更大，僅靠一個(gè)放大電路是不夠的，通常需要把若干個(gè)放大電路連接起來(lái)，將信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)放大，這類電路稱為多級(jí)放大電路。多級(jí)放大電路是由若干個(gè)單級(jí)放大電路組成的，多級(jí)放大電路的組成如圖所示。

各級(jí)放大電路之間的連接方式，叫做耦合。多級(jí)放大電路間常見的耦合方式有表所示。名稱耦合形式特點(diǎn)阻容耦合（1）用一只容量足夠大的耦合電容進(jìn)行連接，傳遞交流信號(hào)。（2）前、后級(jí)放大器之間的直流電路被隔離，靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立，互不影響。變壓器耦合（1）通過(guò)變壓器進(jìn)行連接，將前級(jí)輸出的交流信號(hào)通過(guò)變壓器耦合到后級(jí)。（2）耦合變壓器有阻抗變換作用，有利于提高放大器的輸出功率。（3）能夠隔離前、后級(jí)的直流聯(lián)系。各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立，互不影響。直接耦合（1）無(wú)耦合元器件，信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線直接傳遞，可放大緩慢的直流信號(hào)。（2）直流放大器必須采用這種耦合方式。（3）前、后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響，給電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試增加了難度光電耦合（1）以光電耦合器為媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的耦合和傳輸。（2）光電耦合既可傳輸交流信號(hào)又可傳輸直流信號(hào)，而且抗干擾能力強(qiáng)，易于集成化。常見的耦合方式§7-2集成運(yùn)算放大器

集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放）相當(dāng)于一個(gè)高性能的多級(jí)放大器。集成運(yùn)放的圖形符號(hào)如圖所示。圖中輸入端標(biāo)“+”或（P者）為同相輸入端，輸出端信號(hào)與該端輸入信號(hào)同相。標(biāo)“-”（或N）者為反相輸入端。輸出端信號(hào)與該端輸入信號(hào)反相。一、集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)、外形及符號(hào)2.圖形符號(hào)1.組成框圖

金屬圓殼式雙列直插式單列直插式貼片式3.常見集成運(yùn)放外形及引腳排列集成運(yùn)放的引腳排列

二、集成運(yùn)放的理想工作特性

（1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)趨于無(wú)窮大；（2）輸入電阻趨于無(wú)窮大；（3）輸出電阻趨于零。集成運(yùn)放在線性應(yīng)用電路中，都要引入深度負(fù)反饋，集成運(yùn)放近似為理想器件，輸出量與輸入量（UP-UN）之間成線性關(guān)系。1.理想集成運(yùn)放的特征

在分析集成運(yùn)放的應(yīng)用電路時(shí)，常把集成運(yùn)放看作是理想的，即具備以下特性：集成運(yùn)放的電壓傳輸特性2.電壓傳輸特性

如果不引入負(fù)反饋，集成運(yùn)放就工作于非線性狀態(tài)，這時(shí)輸出電壓只有兩種可能，即當(dāng)輸入電壓Up>UN時(shí)，Uo=+Uom（正向電壓最大值，又稱高電平）當(dāng)輸入電壓Up<UN時(shí)，Uo=-Uom

（負(fù)向電壓最大值，又稱低電平）由于理想運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)趨于無(wú)窮大，因此電路中必須引入負(fù)反饋才能保證集成運(yùn)放工作在線性區(qū)。這時(shí)兩輸入端電壓相等，即UP=UN0。這一特性稱為虛短；如果有一輸入端接地，則另一輸入端也非常接近地電位，稱為虛地；同時(shí)，兩個(gè)輸入端口輸入電流也均為零，即iP=iN=0，這一特性稱為虛斷。三、集成運(yùn)放的基本應(yīng)用

1．基本運(yùn)算電路（線性應(yīng)用）

反相比例運(yùn)算電路（1）反相比例運(yùn)算電路

因?yàn)檩敵雠c輸入反相，故稱為反相放大器。又由于與成比例關(guān)系，故又稱反相比例運(yùn)算放大器。

若取Rf=R1,則比例系數(shù)為-1，電路便成反相器。（2）同相比例運(yùn)算電路

因?yàn)檩斎肱c輸出同相，故稱同相放大器，又稱同相比例運(yùn)算放大器。如果，，則為電壓跟隨器，其輸出量與輸入量相等，即。同相比例運(yùn)算電路電壓跟隨器

UR為已知的參考電壓，當(dāng)時(shí)，，當(dāng)時(shí)，（圖b、c）。若UR=0，比較器稱過(guò)零比較器（圖d）。a)原理電路b)UR>0時(shí)c)UR<0時(shí)d)UR=0

2．電壓比較器（非線性應(yīng)用）

過(guò)熱保護(hù)原理

四、集成運(yùn)放的簡(jiǎn)單測(cè)試方法一：將萬(wàn)用表置R×1