劳动版第四版电子技术基础第二章

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1、第二章 半导体三极管及其放大电路,2-1 半导体三极管 2-2 共射极基本放大电路 2-3 分压式射极偏置电路 2-4 多级放大器 2-5 负反馈放大电路 2-6 功率放大电路,2-1 半导体三极管,一、三极管的结构、符号和类型 二、三极管的电流放大作用 三、三极管的特性曲线 四、三极管的主要参数 五、三极管的识别和简单测试,一、三极管的结构、符号和类型,NPN型三极管,1、结构和符号,PNP型三极管,b,基极,e,发射极,c,集电极,集电结,发射结,N,集电区,N,发射区,P,基区,V,b,基极,e,发射极,c,集电极,集电结,发射结,P,集电区,P,发射区,N,基区,V,2、 类型,二、三

2、极管的电流放大作用,1、 三极管的工作电压,NPN型三极管,PNP型三极管,三极管电流分配实验电路,通过调节电位器RB的阻值，可调节基极的偏压，从而调节基极电流IB的大小。每取一个IB值，从毫安表可读取集电极电流IC和发射电流IE的相应值，实验数据见表2-4。,2、 三极管的电流放大作用,表2-4 三极管的电流放大作用,三极管三个电极电流关系,三极管电流放大作用的条件是：发射结加正向电压，集电结加反向电压。 三极管电流放大的实质是：用较小的基极电流控制较大的集电极电流，是“以小控大”。,通过实验数据分析，三极管三个电极电流具有下表所示的关系。,结论：,三极管特性曲线测试电路,三、三极管的特性曲

3、线,1、输入特性,锗管的输入特性曲线,硅管的输入特性曲线,三极管的输入特性曲线,三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲线相似，只有当发射结的正向电压UBE大于死区电压（硅管0.5V，锗管0.2V）时才产生基极电流IB，这时三极管处于正常放大状态,发射结两端电压为UBE（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。,2、 输出特性,三极管的输出特性曲线,每条曲线可分为线性上升、弯曲、平坦三部分。 对应不同IB值得不同的曲线，从而形成曲线簇。各条曲线上升部分很陡，几乎重合,平坦部分则按IB值从下往上排列，IB的取值间隔均匀，相应的特性曲线在平坦部分也均匀分布，且与横轴平行。,在放大区内，有一个特定的基极电

4、流，就有一个特定的集电极电流，实现基极对集电极电流的控制。,输出特性曲线的三个区域,提示： 对于NPN型三极管：工作于放大区时，UCUBUE；工作于截止区时， UBUE；工作于饱和区时，UCUB。PNP型三极管与之相反。,在模拟电子电路中三极管大多工作在放大状态，作为放大管使用；在数字电子电路中三极管工作在饱和或截止状态，作为开关管使用。,【例2-1】已知三极管接在相应的电路中，测得三极管各电极的电位，如下图所示，试判断这些三极管的工作状态？,在 图（a） 中，三极管为NPN型管，UB=2.7V，UC=8V，UE=2V，因UBUE，发射结正偏，UCUB，集电结反偏，所以图（a）中的三极管工作在

5、放大状态。,在 图（b）中，三极管为NPN型管，UB=3.7V，UC=3.3V，UE=3V，因UBUE，发射结正偏，UCUB，集电结正偏，所以图（b）中的三极管工作在饱和状态。,在 图（c）中， 三极管为NPN型管， UB=2V，UC=8V，UE=2.7V，因UBUE，发射结反偏，所以图（c）中的三极管工作在截止状态。,在 图（d） 中，三极管为PNP型， UB= -0.3V，UC= -5V，UE=0V。因UBUE，发射结正偏，UCUB，集电结反偏，所以图（d）中的三极管工作在放大状态。,（a） （b） （c） （d）,解：,【例2-2】 若有一三极管工作在放大状态，测得各电极对地电位分别为U

6、12.7V，U24V，U32V。试判断三极管的管型、材料及三个管脚对应的电极。,由放大条件的分析知，三个管脚中B极的电位介于C极和E极之间，所以要判断管型、材料及电极，可按下面四步进行。,第一步 找B极。管脚1为基极。,第二步 判断材料。U1-U2既不等于0.7V，也不等于0.3V，而U1U3=2.720.7V所以该三极管为硅管。,第三步 判断发射极和管型。因U1U30.7V，管脚3为发射极，又因U2U1 U3,所以该三极管为NPN型三极管。,最后确定剩余的管脚为集电极。,解：,四、三极管的主要参数,1、电流放大系数,（1）共射极直流电流放大系数hFE,三极管集电极电流与与基极电流的比值，即h

7、FE=IC/IB。反映三极管的直流电流放大能力。,（2）共射极交流电流放大系数,三极管集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比，即=IC/IB。反映三极管的交流电流放大能力。 同一只三极管，在相同的工作条件下hFE，应用中不再区分，均用来表示。 选管时，值应恰当，太小，放大作用差；太大，性能不稳定，通常选用30100之间的管子。,反映三极管的电流放大能力。,基极开路时（IB=0），C-E极间的反向电流。好象是从集电极直接穿透三极管到达发射极的电流，故又叫“穿透电流”。ICEO（1）ICBO，反映了三极管的稳定性。选管子时，ICEO越小，管子受温度影响越小，工作越稳定。,2、极间反向电流,（1）

8、集电极-基极间的反向饱和电流ICBO,发射极开路时，C-B极间的反向饱和电流。ICBO越小，集电结的单向导电性越好。,（2）集电极-发射极间反向饱和电流ICEO,反映三极管的质量好坏。,3、极限参数,（1）集电极最大允许电流ICM,集电极电流过大时，三极管的值要降低，一般规定值下降到正常值的2/3时的集电极电流为集电极最大允许电流。使用时一般ICICM，否则管子易烧毁。选管时，ICMIC。,（2）集电极-发射极间的反向击穿电压U（BR）CEO,基极开路时，加在C与E极间的最大允许电压。 使用时，一般UCEU（BR）CEO，否则易造成管子击穿。选管时，U（BR）CEOUCE。,（3）集电极最大允

9、许耗散功率PCM,集电极消耗功率的最大限额。根据三极管的最高温度和散热条件来规定最大允许耗散功率PCM，要求PCMICUCE 。,PCM的大小与环境温度有密切关系，温度升高， PCM减小。对于大功率管，常在管子上加散热器或散热片，降低管子的环境温度，从而提高PCM。工作时， ICUCEPCM，否则管子会因过热而损坏。选管时，PCMICUCE。,表示三极管工作时，不允许超过的极限值。,五、三极管的识别和简单测试,2-2 共射极基本放大电路,三、共射极放大电路的分析方法,一、概述,二、共射极基本放大电路的组成及 工作原理,一、概述,放大器的基本结构,可能是某种用电设备，也可能是一级放大器,也可能是

10、一级放大电路,放大电路的种类,二、共射极基本放大电路的组成及工作原理,1放大电路组成及各元件的作用,输入耦合电容 其作用一是隔直流；二是通交流,输出耦合电容 其作用一是隔直流；二是通交流,基极偏置电阻 其作用为电路提供静态偏流IBQ。,集电极电阻 其作用将三极管的电流放大作用变换成电压放大作用。,直流电源 其作用一是为电路提供能源；二是为电路提供工作电压。,三极管 其作用可以将微小的基极电流转换成较大的集电极电流，它是放大器的核心。,2、放大器中电压、电流符号及正方向的规定,电压用“+”、“-”表示,电流用箭头表示。,（1）电压、电流符号：,（2）电压、电流的正方向：,3、静态工作点的设置,（

11、1）静态工作点,直流通路,输入、输出特性曲线上的Q点,三极管的IB、IC、UBE和UCE值叫静态值。,这些静态值分别在输入、输出特性曲线上对应着一点Q，称为静态工作点，或简称Q点。,静态：ui=0,用IBQ、ICQ和UCEQ表示。（UBEQ为常数）,（2）静态工作点的作用,未设静态工作点时ui和iB波形,设置静态工作点的目的：使放大器能不失真放大交流信号。,Q,具有合适静态工作点时ui和iB波形,思考：放大电路为什么要设置静态工作点？,4、工作原理,（1）静态（ui=0）工作情况,共射极基本放大电路,静态时电路的工作情况,所谓静态指的是放大器在没有交流信号输入（即ui=0）时的工作状态。,静态

12、：,uiuBEiBiCuCEuo,iB,+,-,uBE,iC,+,-,uCE,ui,uo,+,-,+,-,uBEUBEQui,iB=IBQib,iC=ICQ+ic,uCEUCEQ（icRC）,输出 uouce=icRC,即 uCEUCEQuce,输入 ui,（2）动态工作情况,uCEUCCiCRC=VCCICQRCicRC,用示波器观察到的输入输出电压波形,只要电路参数能使三级管工作在放大区，且RC足够大，则 uo的变化幅度将比ui变化幅度大很多倍。如输入信号电压波 形如下图a所示，那么用示波器观察到的输出电压波形如图 b所示。,a b,视频,（1）输出电压uo的幅度比输入电压ui大，说明放大

13、器实现了电压放大。ui、ib、ic三者频率相同，相位相同，而uo与ui相位相反,这叫做共射极放大器的“反相”作用。,从工作波形我们可以看出：,（2）动态时，uBE、iB、iC、uCE都是直流分量和交流分量的叠加，波形也是两种分量的合成。,（3）虽然动态时各部分电压和电流大小随时间变化，但方向却始终保持和静态时一致，所以静态工作点IBQ、ICQ、UCEQ是交流放大的基础。,三、共射极放大电路的分析方法,1、近似估算法,已知电路各元器件的参数，利用公式通过近似计算来分析放大器性能的方法称为近似估算法。,（1）近似估算放大器的静态工作点,直流通路所谓直流通路是指直流信号流通的路径。,画法:把电容看作

14、断路,静态工作点,直流通路,（2）近似估算放大器的输入电阻、输出电阻和电压放大倍数,交流通路所谓交流通路是指交流信号流通的路径。,画法:把电容和直流电源都视为交流短路,电路图,交流通路,等效电路,三极管的交流等效电路,注意；恒流源电流的方向,ib,ic,rbe,ib,三极管等效电路,1）输入电阻Ri,Ri,Ro,放大器的输入电阻是指从 放大器的输入端看进去的 交流等效电阻。,Ri=RBrbe,RBrbe,Rirbe,2）输出电阻Ro,对负载来说，放大器又相当于一个具有内阻的信号源，这个内阻就是放大电路的输出电阻。,RoRC,Ri越大越好,Ro越小越好,3）电压放大倍数Au,放大器的电压放大倍数

15、是指放大器输出电压与输入电压的比值。,其中，,特殊地：空载时，,即：,由交流等效电路可知：,那么，电压放大倍数为：,电压放大倍数为：,【例2-3】在共射极基本放大电路中，设VCC12V，RB300k，RC2 k，50，RL=2 k。试求静态工作点、输入电阻Ri、输出电阻Ro及空载与带载两种情况下的电压放大倍数。,解：,静态偏置电流：,静态集电极电流：,静态集电极电压：,三极管的交流输入电阻：,Rirbe=0.96 k,RoRC=2 k,空载时，放大器的电压放大倍数：,有载时，等效负载电阻：,放大器的电压放大倍数：,放大器的输出电阻：,放大器的输入电阻：,2、图解分析法,利用三极管的输入、输出特

16、性曲线和电路参数，通过作图来分析放大器性能的方法，称为图解分析法，简称图解法。,（1）图解分析放大器的静态工作点,1）求IBQ,由直流通路知：,2）作直流负载线,UCEVCCICRC,由回路电压定律可知：,直流通路,【例2-4】在共射极基本放大电路中，已知VCC=12V，RB=40k，RC=3k，三极管的输出特性曲线下图所示。试利用图解法求电路的静态工作点。,（2）在输出特性曲线簇中找到IBQ=30A对应的曲线。,解：,（1）求静态基极电流,UCE=VCC-ICRC=12-3 IC,画直流负载线MN。,直流负载线MN与IBQ所在的输出特性曲线的交点Q即为静态工作点。 IBQ=30A， ICQ2mA，UCEQ6V。,（3） 由直流输出回路，列关于IC与UCE的线性方程式,（4）确定静态工作点Q,（2）静态工作点的调整,1） RC、VCC不变，改变RB,RB增大,RB增大 Q沿直流负载线向