三级管的放大原理

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1、 实验二实验二 三级管及其基本放大三级管及其基本放大实验实验实验目的实验目的1.学会用万用表判别三极管的学会用万用表判别三极管的类别和管脚；类别和管脚；2.掌握测试三极管输出特性掌握测试三极管输出特性曲线的方法；曲线的方法；3.掌握共射基本放大电路的静掌握共射基本放大电路的静态工作点及放大倍数的测量方态工作点及放大倍数的测量方法；法；4.观察放大电路中，有关参数的变化对放大电路性观察放大电路中，有关参数的变化对放大电路性能的影响，能的影响，5.学会测量放大电路的输入、输出电阻。学会测量放大电路的输入、输出电阻。 e e发射极发射极集电结集电结N+NPb b基极基极c c集电极集电极发射结发射结

2、一、实验原理和电路一、实验原理和电路半导体三极管和二极管一样是非线性器件，是一种半导体三极管和二极管一样是非线性器件，是一种电流控制器件，即通过基极电流或射极电流去控制电流控制器件，即通过基极电流或射极电流去控制集电极电流。所谓放大作用，实质上就是一种控制集电极电流。所谓放大作用，实质上就是一种控制作用，但要注意的是三极管的发射结必须正向偏置，作用，但要注意的是三极管的发射结必须正向偏置，而集电结必须反向偏置。而集电结必须反向偏置。三极管的品种较多，从制造材料不同可分为锗管和三极管的品种较多，从制造材料不同可分为锗管和硅管；从导电类型可分为硅管；从导电类型可分为NPN型和型和PNP型；从耗散型

3、；从耗散功率可分为小功率、中功率和大功率管。在使用前功率可分为小功率、中功率和大功率管。在使用前或检查其性能时，应进行必要的测量，尤其是新、或检查其性能时，应进行必要的测量，尤其是新、旧型号并存，国内、国外器件同时使用，器件上型旧型号并存，国内、国外器件同时使用，器件上型号不清时，更应作某些基本测量号不清时，更应作某些基本测量 三级管的工作原理三级管的工作原理1. 载流子的传输过程：载流子的传输过程： 将将NPN BJT接成共射极型：以射极为输入和输出回路的公共端接成共射极型：以射极为输入和输出回路的公共端即：即： VBEVT, 发射结正偏发射结正偏 易于易于E区多子扩散区多子扩散 VCB0，

4、 集中结反偏集中结反偏 易于易于B区少子漂移区少子漂移bceiEiBiCicpiEPVBBVCCiB1 iBRCRbiEiCiEnicn1icn2CebNPN 1.三极管的类型及管脚判别三极管的类型及管脚判别 (1)管型和基极管型和基极b的测试的测试 三极管可以看成是两个背靠背的三极管可以看成是两个背靠背的PN结结结构，如图结构，如图121所示。对所示。对NPN型三型三极管来说，基极是两个结的公共阳极；极管来说，基极是两个结的公共阳极；而对而对PNP型三极管来说，基极是两个结型三极管来说，基极是两个结的公共阴极。因此，判别公共极是阳极的公共阴极。因此，判别公共极是阳极还是阴极，即可知道该管是还

5、是阴极，即可知道该管是NPN型还是型还是PNP型三极管。型三极管。 用万用表测试三极管的用万用表测试三极管的PN结，其方法结，其方法同实验一。同实验一。(2)发射极e和集电极c的判别 在三极管的类型和基极确定后，即可分清三极管的另外两个极(脚)。如图123( a)所示，若把已判明了的PNP型三极管基极b与三极管的另外两个极(脚)串接个电阻(20k100k)，若集电极与发射极间加的是正常放大所需极性的电源电压，则IcIB;反之，若电源电压极性相反，则 Icr几乎为0，即IcIcr.因此，当我们用万用表接人NPN型三极管的c和e端时，若黑表棒接c端，而红表棒接e端(万用表内部电源(见图123(b)

6、正好使三极管的c、e端正偏)时，表指针偏转角大(电阻值小)。若将两表棒对调，则三极管的c、e端反偏，表指针偏转角小(电阻值大)，这样就可判NPN型三极管的发射极e和集电极c，如图1.2.3(c)所示。 对于PNP型三极管的c和e极判断，其方法相同，如图1.2.3(d)所示。 2三极管输出特性曲线测试三极管输出特性曲线测试 图是图是NPN三极管的共射极输入、输出三极管的共射极输入、输出特性曲线。由图特性曲线。由图(a)可知，输入电压可知，输入电压VBE较小时，基极电流很小，通常可较小时，基极电流很小，通常可近似认为零。当近似认为零。当VBE大于死区电压后，大于死区电压后，IB开始上升，并基本上按

7、指数规律变开始上升，并基本上按指数规律变化。死区电压的数值，硅管约为化。死区电压的数值，硅管约为0.50.7V，锗管约为，锗管约为0. 10.3V。二二 三级管共射伏安特性曲线三级管共射伏安特性曲线iB=iB2iB=iB3vCE饱和区饱和区击穿区击穿区截止区截止区临界饱和线临界饱和线iCV（BR）CEOiB=-ICBOiB=0iB=iB1iB=iB4iB=iB5V（BR）EBOICBOICEOiB(A)0110BEv+CEv_iBiEiCV（BR）EBOICBOICEOiB(A)01102、 三级管共射的输入特性曲线三级管共射的输入特性曲线V（BR）EBOICBOICEOiB(A)0110VA

8、2、 三级管共射的输入特性曲线三级管共射的输入特性曲线V（BR）EBOICBOICEOiB(A)01101 共射输出特性曲线：共射输出特性曲线： iB=iB2iB=iB3vCE饱和区饱和区击穿区击穿区截止区截止区临界饱和线临界饱和线iCV（BR）CEOiB=-ICBOiB=0iB=iB1iB=iB4iB=iB5一般将一般将IBo的区域称为截止区，此时相应的的区域称为截止区，此时相应的Ic也近似为零，三极管处于截止状态；在放也近似为零，三极管处于截止状态；在放大区内，每条曲线近似为水子的直线，即当大区内，每条曲线近似为水子的直线，即当IB一定时，一定时，Ic基本上不随基本上不随VCE的变化而变化

9、，的变化而变化，为一恒定值。为一恒定值。Ic的数值主要取决于的数值主要取决于IB，而且，而且当当IB有一微小的变化量时，相应的有一微小的变化量时，相应的IC变化量变化量要大要大 倍，即倍，即 IcIB，这就体现了三极管，这就体现了三极管的放大作用；饱和区在靠近纵坐标的附近，的放大作用；饱和区在靠近纵坐标的附近，当当Ic改变时，改变时，Ic基本上不随之改变，不受基本上不随之改变，不受IB的的控制，这时三极管已失去了放大作用。控制，这时三极管已失去了放大作用。测试输出特性曲线的实验线路图见图测试输出特性曲线的实验线路图见图125所示。测量时，固定所示。测量时，固定IB为某一数值，改变为某一数值，改

10、变VCE，测出几组，测出几组VCE和和Ic的数值，就可描绘的数值，就可描绘一条输出特性曲线；将一条输出特性曲线；将IB固定为不同数值，固定为不同数值，则可测得输出特性曲线簇。则可测得输出特性曲线簇。 3基本放大电路基本放大电路 基本共射放大电路如图基本共射放大电路如图1.2.6所示。要使三极所示。要使三极管起到放大作用，外加电源的极性必须使管起到放大作用，外加电源的极性必须使三极管的发射结处于正向偏置状态，而集电三极管的发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态，即结处于反向偏置状态，即VBE0，VBC0。 图图1.2.6中，各元件的作用是：中，各元件的作用是：T是是NPN型型的三极管，

11、担负着放大作用；的三极管，担负着放大作用；EC是集电极回是集电极回路的电源，它为输出信号提供能量；路的电源，它为输出信号提供能量；Rc是负是负载电阻，通过它可以把电流的变化转换成电载电阻，通过它可以把电流的变化转换成电压的变化反映在输出端；基极电源压的变化反映在输出端；基极电源EB (由由Ec提供提供)和基极电阻和基极电阻Rb，一方面为发射结提供，一方面为发射结提供正向偏置电压，同时也决定了基极电流正向偏置电压，同时也决定了基极电流IB。C1和和C2隔离直流、通过交流，通常叫隔直电隔离直流、通过交流，通常叫隔直电容。容。输入电阻：ri=Rb/rbe输出电阻：roRc 基本放大电路静态工作点的设

12、置是否合适，都直接会影响其性能，否则将会产生饱和失真或截止失真。由于工作点选择不当而引起的失真情况如图127所示。放大电路的输入电阻放大电路的输入电阻ri的实测方法如下的实测方法如下(参参见图见图1.2.6)： 当开关当开关K1断开，即及断开，即及R1接人电路中，测得接人电路中，测得Vs和和Vi，即可计算出，即可计算出 输出电阻输出电阻r。的实测方。的实测方法如下法如下(参见图参见图126)：当及当及RL断开时，测得的输出电压为断开时，测得的输出电压为Vo (RL )；当；当RL接人时，测得的输出电压为接人时，测得的输出电压为VoL即可按下式计算出输出电阻即可按下式计算出输出电阻:R0=（Vo

13、cc/Vol-1)Rl三、实验内容和步骤三、实验内容和步骤1三极管的类型和管脚判别三极管的类型和管脚判别判断类型和基极判断类型和基极b a)将三极管插入将三极管插入MES型模拟电子电路实验箱型模拟电子电路实验箱中。中。 b)将万用表将万用表(指针式或数字式指针式或数字式)选择在电阻档选择在电阻档RX1k 位置，按图位置，按图1.2.2先将任何一支表棒与先将任何一支表棒与管子某一管脚固定相接，另一支表棒则分别管子某一管脚固定相接，另一支表棒则分别与其余两脚相碰，若测得的电阻值都很大与其余两脚相碰，若测得的电阻值都很大(或或很小很小)；然后，再把表笔换过来，重复上述过；然后，再把表笔换过来，重复上

14、述过程程. c)若测得的阻值均很小且黑表棒与基极若测得的阻值均很小且黑表棒与基极b相连，相连，红表棒分别与其它两极相连，则此管红表棒分别与其它两极相连，则此管为为NPN型三极管。反之，红表棒与基极型三极管。反之，红表棒与基极b相连，相连，黑表棒与其它两极相连，阻值很小，则此管黑表棒与其它两极相连，阻值很小，则此管为为PNP型三极管。型三极管。判断发射极判断发射极c和集电极和集电极c 判别出管子的类型和基极判别出管子的类型和基极b后，可进一步判后，可进一步判别出其集电极别出其集电极c和发射极和发射极e。a)万用表转换开关置于电阻档万用表转换开关置于电阻档(RXlk )。三极。三极管的基极管的基极

15、b与三极管的另一管脚接与三极管的另一管脚接20k 100k 电阻，万用表两表棒分别接其余两管脚。电阻，万用表两表棒分别接其余两管脚。 2三极管输出特性曲线测试三极管输出特性曲线测试a.改变改变Rw1，使得，使得IB为某一定值，例如为某一定值，例如IB20A，IB=40A，等。等。 b.当当IB一定时一定时(IB20A)，改变，改变Rw2，观察，观察电流、电压表，测量电流、电压表，测量VCE和和Ic并记入下表中：并记入下表中：3基本放大电路 基本放大电路的形式见图基本放大电路的形式见图126。实验。实验时，电路有关参数如下；时，电路有关参数如下；R1=1k ，Rw1=470k ，Rb1=20k

16、，RW2=2.2k ，Rc11k ，RL=5.1k ，c1=c210F，T为为3DG6，+Ec12V(见图见图128所示所示)。测试所用管子的测试所用管子的 值值 a)若管子是自行插若管子是自行插入实验板中的针入实验板中的针管式插座中，则管式插座中，则可以将管子接到可以将管子接到图示仪中测量三图示仪中测量三极管的极管的 值。值。b)若管子已焊接若管子已焊接在实验板上，不在实验板上，不能拆下到图示仪能拆下到图示仪中测量，则可按中测量，则可按下述方法下述方法(步骤步骤(c)测得测得 值。值。c)按图按图1.2.8 边线，并把万用表（或数字表）边线，并把万用表（或数字表）串接于电路中，调节串接于电路

17、中，调节Rw1使使IB1=40 A，测，测得得Ic1(VCE=6V);再次调节再次调节Rw1使使IB2=60 A,测得测得Ic2(VCE=6V),则可算出则可算出 值。值。 测量静态工作点测量静态工作点 a)按图按图1. 2.8连线，调节连线，调节Rw1，使，使Vce67V，此时，此时Rw2在最大或最小均町在最大或最小均町(RcRW2十十RC1，RC3.2k 或或Rc1K )。 b)转动信号发生器的频率和幅值调节旋钮，转动信号发生器的频率和幅值调节旋钮，使之输出使之输出f=1KHz、5mV的信号。的信号。 c)用示波器观察放大器输出信号波形，如用示波器观察放大器输出信号波形，如果输出信号没有失

18、真，则可用数字万用表分果输出信号没有失真，则可用数字万用表分别测量别测量VBEQ、VCEQ、IBQ和和ICQ既可实测，既可实测，也可计算出来。也可计算出来。基本放大电路实际线路工作点合理输出波形截止失真波形饱和失真波形2.1 放大电路的工作原理和图解分析放大电路的工作原理和图解分析电压放大倍数电压放大倍数(增益增益) 当当RL 时，时，V0V；当当RL5.1kn时，时，V0=V计算出电压放大倍数计算出电压放大倍数(增益增益)：AvV0/Vi。 a)保证上述静态工保证上述静态工作点不变作点不变Vi=5mV，f1kHz，输出波形，输出波形不失真。不失真。 放大器接输入信号放大器接输入信号Vi5mV

19、，f=1kHz,输出输出接示波器。在波形不失真的情况下，分别接示波器。在波形不失真的情况下，分别测量下面两种情况下的输出电压测量下面两种情况下的输出电压Vo： 观察工作点对输观察工作点对输出波形的影响出波形的影响: b)按表按表1.2.2，分别调节，分别调节Rw1、 Rw2，记录六种情况下的输出波形的形状，并记录六种情况下的输出波形的形状，并测量测量VCEQ值。值。五、预习要求五、预习要求1.认真复习教材有关三极管的电流放大认真复习教材有关三极管的电流放大概念、型号及其类型。概念、型号及其类型。2.复习三极管输入、输出特性曲线。复习三极管输入、输出特性曲线。3.掌握基本放大电路的基本组成形式，

20、掌握基本放大电路的基本组成形式，了解电路哪些参数的变化对放大电路了解电路哪些参数的变化对放大电路的性能会影响？的性能会影响？4.阅读阅读MES系列模拟电子电路实验系系列模拟电子电路实验系统使用说明，以及本实验中的实验原统使用说明，以及本实验中的实验原理和电路这一章节。理和电路这一章节。六、实验报告六、实验报告1.整理实验数据，计算出三极管的整理实验数据，计算出三极管的 值。值。2.画出画出NPN型或型或PNP型三极管的输出特型三极管的输出特性曲线。性曲线。3.计算出放大电路的静态工作点计算出放大电路的静态工作点,并同实并同实测值进行比较。测值进行比较。4.画出在放大电路参数改变的情况下，画出在放大电路参数改变的情况下，输出波形失真图形，并分析其失真的原输出波形失真图形，并分析其失真的原因。因。 结束本实验结束本实验