（中职）电子技术基础与技能模块2教学课件第二版（）.ppt-淘文阁

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1、Y CF（中职）电子技术基础与技能模块2 教学课件第二版模块二晶体三极管及放大电路基础电子技术基础与技能（电气电力类）（第2版）课题1 晶体三极管的使用课题2 放大电路的构成课题3 放大电路的分析课题4 放大器静态工作点的稳定目录上一页下一页返回任务导入利用电子元器件的特性而工作的电路，称为电子电路或电子线路。电子技术的不断进步，其实也就体现在电子元器件制造技术的不断发展与电子线路的不断完善上。你知道吗？我们的日常家电产品一般分为两类：家用电子产品与家用电器产品。像电视机、DVD机、家庭影院、电脑等等属于家用电子产品，而电冰箱、空调器、洗衣机、抽油烟机、电饭煲等等则属于家用电器

2、产品。这两类产品又怎样划分的呢？我们通常是看产品的功能体现，是否主要利用了电子线路的工作。如果是，则为电子产品；否则，为电器产品。其实，即使是家用电器产品，其电路中也常见到电子元器件。三极管作为电子元器件中的一种重要类型，在电路中得到了广泛的应用。上一页下一页返回课题1 晶体三极管的使用一、晶体三极管的结构、类型及符号图2-1-1所示是晶体三极管示意图。晶体三极管有三根引脚：基极（用“B”表示）、集电极（用“C”表示）和发射极（用“E”表示），各引脚不能相互代用。图2-1-1 晶体三极管示意图上一页下一页返回课题1 晶体三极管的使用1晶体三极管的种类表2-1-1 晶体三极管种类划分方

3、法及名称说明按极性划分NPN型三极管这是目前常用的晶体三极管，电流从集电极流向发射极PNP型三极管电流从发射极流向集电极。NPN型三极管与PNP型三极管这两种三极管通过电路符号可以分清，不同之处是发射极的箭头方向不同按材料划分硅三极管简称为硅管，这是目前常用的三极管，工作稳定性好锗三极管简称为锗管，反向电流大，受温度影响较大按极性和材料组合划分PNP型硅管最常用的是NPN型硅管NPN型硅管PNP型锗管NPN型锗管按工作频率划分低频三极管工作频率f3MHz，用于直流放大器、音频放大器高频三极管工作频率f3MHz，用于高频放大器上一页下一页返回课题1 晶体三极管的使用划分方法及名

4、称说明按功率划分小功率三极管输出功率PC1W，用于功率放大器输出级按封装材料划分塑料封装三极管小功率三极管常采用这种封装金属封装三极管一部分大功率三极管和高频三极管采用这种封装按安装形式划分普通方式三极管理论大量的三极管采用这种形式，三根引脚通过电路板上引脚孔伸到背面铜箔线路一面，用焊锡焊接贴片三极管三极管引脚非常短，三极管直接装在电路板铜箔线路一面，用焊锡焊接按用途划分放大管、开关管、振荡管等用来构成各种功能电路上一页下一页返回课题1 晶体三极管的使用三极管有三个区，分别叫做发射区、基区和集电区。引出的三个电极相应叫做发射极、基极和集电极，分别记为e、b、c。两个PN结分别叫发射

5、结(发射区与基区交界处的PN结)和集电结(集电区与基区交界处的PN结)。2晶体三极管的结构上一页下一页返回请看动画返回NPN型符号:-NNP发射区集电区基区发射结集电结e cb发射极集电极基极PNP型-PPN发射区集电区基区发射结集电结e cb发射极集电极基极上一页下一页图2-1-2 三极管的结构与电路符号课题1 晶体三极管的使用图示是三极管结构的示意图，三极管的实际结构并不是对称的，所以三极管的发射极和集电极不能对调使用。下一页上一页返回BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高课题1 晶体三极管的使用返回上一页下一页课题1

6、晶体三极管的使用3 三极管电路符号中识图信息（1）NPN型三极管电路符号识图信息。图2-1-6所示是NPN型三极管电路符号识图信息示意图。电路符号中发射极箭头的方向指明了三极管三个电极的电流方向，在分析电路中三极管电流流向、三极管直流电压时，这个箭头指示方向非常有用。判断各电极电流方向时，首先根据发射极箭头方向确定发射极电流的方向，再根据基极电流加集电极电流等于发射极电流，判断基极和集电极电流方向。返回上一页下一页课题1 晶体三极管的使用图2-1-6 NPN型三极管电路符号识图信息示意图返回上一页下一页图2-1-7 PNP型三极管电路符号识图信息示意图课题1 晶体三极管的使用（2）

7、PNP型三极管电路符号识图信息。图2-1-7所示是PNP型三极管电路符号识图信息示意图，根据电路符号中的发射极箭头方向可以判断出三个电极的电流方向。二、三极管的特性曲线、主要参数下一页上一页返回共发射极接法c区b区e区晶体管在电路中工作时，为了正常地发挥其电流放大作用，必须给它的各电极外加大小和极性合适的直流工作电压，即必须给发射结加正向电压(也叫正偏)，给集电结加反向电压(也叫反偏)。课题1 晶体三极管的使用1三极管的电流放大作用课题1 晶体三极管的使用看一看按图2-1-8连接电路，观察各极电流的大小及其关系。上一页下一页返回返回ICmAAVVUCEUBERBIBUSCUSB

8、CBERCmAIEIE=IC+IBIE IC IB 上一页下一页课题1 晶体三极管的使用图2-1-8 电流放大实验图实验现象表2-1-2 三极管电流测量数据IB（mA）0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC（mA）0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE（mA）0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05课题1 晶体三极管的使用上一页下一页返回结论（1）观察实验数据中的每一列，可得：IE=IC+IB此结果符合基尔霍夫电流定律。（2）IE和IC比IB大得多。通常可认为发射极电流约等于集电极电流即IEIC（3）晶体三极管具有电流放

9、大作用，从第三列和第四列的数据可知，IC与IB的比值分别为这就是三极管的电流放大作用。电流放大作用还体现在基极电流的少量变化IB可以引起集电极电流较大的变化IC。仍比较第三列和第四列的数据，可得出从表2-1-2中我们看到对一个晶体三极管来说，这个电流放大系数在一定范围内几乎不变。课题1 晶体三极管的使用上一页下一页返回课题1 晶体三极管的使用三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流去控制集电极的大电流，是“以小控大”的作用，而不是能量的放大。注意上一页下一页返回返回上一页下一页课题1 晶体三极管的使用2电流放大作用的条件只有给三极管的发射结加正向电压、集电结加反向电压时

10、，它才具有电流放大作用和电流分配关系。所以三极管具有电流放大作用的条件是：发射结正偏、集电结反偏。即对NPN管，三个电极上的电位分布是UCUBUE；对PNP管，三个电极上的电位分布是UCUBUE。通常晶体管在放大电路中的连接方式有三种,如图所示，它们分别称为共基极接法、共发射极接法和共集电极接法。下一页上一页返回(a)共基极；(b)共射极；(c)共集电极课题1 晶体三极管的使用3三极管的连接方式下一页上一页返回半导体三极管具有的电流放大功能，完全取决于三极管内部结构的特殊性及其内部载流子的运动规律。图示是共发射极放大电路。课题1 晶体三极管的使用请看动画4、三极管的特性曲线下一

11、页上一页返回IB(A)UBE(V)204060800.4 0.8UCE1V（1）输入特性输入特性是指在三极管集电极与发射极之间的电压UCE为一定值时，基极电流IB同基极与发射极之间的电压UBE的关系，即课题1 晶体三极管的使用（2）输出特性输出特性是指在基极电流为一定值时，三极管集电极电流IC同集电极与发射极之间的电压UCE的关系。即在不同的IB下，可得出不同的曲线所以二极管的输出特性曲线是一组曲线，下一页上一页返回IC(mA)1234UCE(V)36 912IB=020A40A60A80A100A课题1 晶体三极管的使用请看动画通常把晶体管的输出特性曲线分为放大区、截止区和饱和

12、区3个工作区，如图2-1-11所示。(1)放大区。输出特性曲线近于水平的部分是放大区。(2)截止区。IB=0这条曲线及以下的区域称为截止区。(3)饱和区。靠近纵坐标特性曲线的上升和弯曲部分所对应的区域称为饱和区。下一页上一页返回课题1 晶体三极管的使用返回IC(mA)1234UCE(V)36 912IB=020A40A60A80A100A当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB,且 IC=IB。此区域称为线性放大区。此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V称为饱和区。上一页下一页晶体三极管的输出特性曲线课题1 晶体三极管的使用5.三极管的主要参数（1)

13、电流放大系数下一页上一页返回课题1 晶体三极管的使用(2)集射极反向截止电流ICEO 它是指基极开路(IB0)时，集电结处于反向偏置和发射结处于正向偏置时的集电极电流。又因为它好像是从集电极直接穿透三极管而到达发射极的，所以又称为穿透电流。这个电流应越小越好。(3)集电极最大允许电流ICM 当集电极电流超过一定值时，三极管的值就要下降，ICM就是表示当值下降到正常值的23时的集电极电流。下一页上一页返回课题1 晶体三极管的使用(4)集电极最大允许耗散功率PCM 可在三极管的输出特性曲线上作出PCM曲线，它是一条双曲线。课题1 晶体三极管的使用上一页下一页返回课题1 晶体三极管的使

14、用三、认识三极管家族目前用得最多的是塑料封装三极管，其次是金属封装三极管。一般三极管只有三根引脚，它们不能相互代替。一些金属封装的功率三极管只有两根引脚，它的外壳是集电极，即第三根引脚。有的金属封装高频放大管是四根引脚，第四根引脚接外壳，这一引脚不参与三极管内部工作，接电路中的地线。有些三极管外壳上需要加装散热片，这主要是功率三极管。表2-1-3所示为常见三极管实物图形及说明。上一页下一页返回课题1 晶体三极管的使用表2-1-3 常见三极管实物图形及说明三极管名称实物图形说明塑料封装小功率三极管这种三极管是电子电路中用得最多的三极管，它的具体形状有许多种，三根引脚的分布也不同

15、。主要用来放大信号电压和做各种控制电路中的控制器件塑料封装大功率三极管它有三根引脚，在顶部有一个开孔的小散热片。因为大功率三极管的功率比较大，三极管容易发热，所以要设置散热片，根据这一特征也可以分辨是不是大功率三极管金属封装大功率三极管它的输出功率比较大，用来对信号进行功率放大。金属封装大功率三极管体积较大，结构为帽子形状，帽子顶部用来安装散热片，其金属的外壳本身就是一个散热部件，两个孔用来固定三极管。这种三极管只有基极和发射极两根引脚，集电极就是三极管的金属外壳金属封装高频三极管所谓高频三极管就是指它的频率很高。高频三极管采用金属封装，其金属外壳可以起到屏蔽的作用上一页下一页返回课题1

16、晶体三极管的使用表2-1-3 常见三极管实物图形及说明（续表）带阻三极管带阻三极管是一种内部封装有电阻器的三极管，它主要构成中速开关管，这种三极管又称为反相器或倒相器带阻尼管的三极管主要在电视机的行输出级电路中作为行输出三极管，它将阻尼二极管和电阻封装在管壳内达林顿三极管达林顿三极管又称达林顿结构的复合管，有时简称复合管。这种复合管由内部的两只输出功率大小不等的三极管复合而成。它主要作为功率放大管和电源调整管贴片三极管贴片三极管引脚很短，它装配在电路板铜箔线路一面上一页下一页返回课题2 放大电路的构成一、三极管的三种状态 1三极管截止工作状态用来放大信号的三极管不应工作在截止状态。倘若

17、输入信号部分地进入了三极管特性的截止区，则输出会产生非线性失真。所谓非线性失真是指给三极管输入一个正弦信号，从三极管输出的信号已不是一个完整的正弦信号，输出信号与输入信号不同。图2-2-1所示是非线性失真信号波形示意图，产生非线性失真的原因是三极管静态工作点设置不合适，某些时刻工作于非线性区。上一页下一页返回课题2 放大电路的构成图2-2-1 非线性失真信号波形示意图上一页下一页返回课题2 放大电路的构成如果三极管基极上输入信号的负半周进入三极管截止区，将引起削顶失真。注意，三极管基极上的负半周信号对应于三极管集电极的是正半周信号，所以三极管集电极输出信号的正半周某些时刻工作于三极管

18、的截止区，波形顶部被削去，如图2-2-2所示。图2-2-2 三极管截止区造成的削顶失真上一页下一页返回课题2 放大电路的构成2三极管放大工作状态在线性状态下，给三极管输入一个正弦信号，则输出的也是正弦信号，此时输出信号的幅度比输入信号要大，如图2-2-3所示，说明三极管对输入信号已有了放大作用，但是正弦信号的特性并未改变，所以没有非线性失真。输出信号的幅度变大，这也是一种失真，称之为线性失真。放大器中这种线性失真是需要的，没有这种线性失真放大器就没有放大能力。显然，线性失真和非线性失真不同。上一页下一页返回课题2 放大电路的构成要想使三极管进入放大区，无论是NPN型三极管还是PNP

19、型三极管，必须给三极管各个电极一个合适的直流电压，归纳起来是两个条件：集电结反偏，发射结正偏。图2-2-3 信号放大示意图上一页下一页返回课题2 放大电路的构成3三极管饱和工作状态在三极管处于饱和状态时，输入三极管的信号要进入饱和区，这也是一个非线性区。图2-2-4所示是三极管进入饱和区后造成的信号失真，它与截止区信号失真不同的是，加在三极管基极的信号的正半周进入饱和区，在集电极输出信号中是负半周被削掉，所以放大信号时三极管也不能进入饱和区。图2-2-4 三极管进入饱和区后信号的失真上一页下一页返回二、基本共射放大电路的特点1.电路结构课题2 放大电路的构成图2-2-5所示是由NP

20、N型管组成的基本共射放大电路，它是最基本的放大电路。交流信号ui从基极回路中输入，输出信号uo取自集电极，三极管的发射极接地，它作为输入、输出的公共端，所以这种电路称为共发射极电路（简称共射电路）。上一页下一页返回(1)三极管VT。它是放大电路的核心器件，具有放大电流的作用.(2)基极偏流电阻RB。其作用是向三极管的基极提供合适的偏置电流，并使发射结正向偏置。(3)集电极负载电阻RC。RC的作用是把三极管的电流放大转换为电压放大。(4)直流电源VCC。VCC的正极RC经接三极管集电极，负极接发射极。VCC有两个作用，一是通过RB和RC使三极管发射结正偏、集电结反偏，使三极管工作在放大区；二

21、是给放大电路提供能源。(5)电容C1和C2。它们起“隔直通交”的作用，避免放大电路的输入端与信号源之间，输出端与负载之间直流分量的互相影响。下一页上一页返回课题2 放大电路的构成2.电路中各元件的作用请看动画一、放大电路的直流通路与交流通路 1.静态分析画出放大电路的直流通路下一页返回上一页+V开路开路-uVTR2LBoCRCu1+R+CC-.ic课题3 放大电路的分析课题3 放大电路的分析下一页返回上一页画直流通路：+VTRBRCCVcICQ=IBQ课题3 放大电路的分析例2-3-1：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4K，RB=300K，=37.5。下一页

22、返回上一页解：课题3 放大电路的分析 2.动态分析画出放大电路的交流通路将直流电压源短路，将电容短路。下一页返回上一页短路短路置零-u+VT+b2V-uRc.ob1RLC+b1CCCR i课题3 放大电路的分析下一页返回上一页+R-uoVTuRBRLic+交流通路课题3 放大电路的分析下一页返回上一页VTrbe三极管微变等效电路请看动画课题3 放大电路的分析下一页返回上一页+-uouRBR LiRc+rbe微变等效电路课题3 放大电路的分析下一页返回上一页+-uouRBRLiRc+rbe二、放大电路的性能指标课题3 放大电路的分析例2-3-2：VCC=12V，RC

23、=4K，Rb=300K，=37.5。求放大电路的电压放大倍数AU 解：下一页返回上一页课题4 放大器静态工作点的稳定下一页返回上一页如前所述，共射基本放大电路直流通路如图所示。利用三极管的输出特性曲线，可以画出放大电路输出回路的图解分析曲线如图2-4-1所示。+VTRBRCCVc一、放大电路的图解分析法简介1.用图解法分析放大电路的静态工作情况返回UCEQ=VCCICQRCVCCICUCE直流负载线由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QQIB静态UCE静态IC+VTRBRCCVc上一页下一页输出回路的图解分析课题4 放大器静态工作点的稳定2.用图解法分析

24、放大电路的动态工作情况用图解法能够直观显示出在输入信号作用下，放大电路各点电压和电流波形的幅值大小及相位关系，尤其对判断静态工作点是否合适、输出波形是否会失真等十分方便。图2-4-2画出了用图解法分析放大电路的动态工作情况。下一页返回上一页课题4 放大器静态工作点的稳定返回iBuBEQuiibic假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号 uiib静态工作点iCuCEuce注意：uce与ui反相！上一页下一页用图解法分析放大电路的动态工作情况课题4 放大器静态工作点的稳定课题4 放大器静态工作点的稳定静态工作点不稳定的原因很多，例如电源电压的波动，电路参数的变化，但最主要的是因

25、为三极管的参数会随外部温度变化而变化。当温度升高时，三极管的UBEQ将下降，ICBO增加，值也将增加，这些都表现在静态工作点中的ICQ值增加，从而造成静态工作点不稳定。3温度对静态工作点的影响上一页下一页返回4.静态工作点对输出波形失真的影响饱和失真当Q点设置偏高，接近饱和区时，如图2-4-4中的Q1点,iC的正半周和uce的负半周都出现了畸变。截止失真当Q点设置偏低，接近截止区时，如图2-4-4中的Q2。点，使得iC的负半周和uce的正半周出现畸变。返回上一页下一页课题4 放大器静态工作点的稳定返回iCuCEuo称为饱和失真信号波形截止失真和饱和失真统称“非线性失真”上一页下一页

26、静态工作点对输出波形失真的影响课题4 放大器静态工作点的稳定iCuCEuo称为截止失真信号波形静态工作点对输出波形失真的影响课题4 放大器静态工作点的稳定上一页下一页返回二、分压式射极偏置电路1.电路组成从电路的组成来看，三极管的基极连接有两个偏置电阻：上偏电阻RB1和下偏电阻RB2，发射极支路串接了电阻RE(称为射极电阻)和旁路电容CE(称为射级旁路电容)。+B2R 1B1CCVTCRRVRu+-Lo-+uiC2RcECE课题4 放大器静态工作点的稳定上一页下一页返回请看动画课题4 放大器静态工作点的稳定2.稳定静态工作点的条件(1)I1I2IB(2)VBUBE下一页返回上一页

27、I1I2IBICIE+B2RB1CCVTRRVRcE课题4 放大器静态工作点的稳定下一页返回上一页I1I2IBICIE+B2RB1CCVTRRVRcE3.稳定静态工作点的原理 UBE=VB-UE=VB-IE ReVB稳定TUBEICICIEUEIB课题4 放大器静态工作点的稳定4.分压式射极偏置电路性能参数计算(1)静态分析下一页返回上一页IB=IC/UCE=VCC IC(RC+Re)IC IE=UE/Re=（VB-UBE）/Re+B2cREVRRRB1VTCC课题4 放大器静态工作点的稳定(2)动态分析分压式偏置放大电路的交流通路返回上一页+B2R 1B1CCVTCRRVRu+-L

28、 o-+uiC2RcECE+R-uoVTuRB1RLic+B2R下一页课题4 放大器静态工作点的稳定分压式偏置放大电路的微变等效电路。返回上一页+R-uoVTuRB1RLic+B2R+-uouRB2RLiRc+rbeB1R下一页课题4 放大器静态工作点的稳定返回上一页下一页课题4 放大器静态工作点的稳定返回上一页下一页图2-4-11所示是典型的三极管集电极基极偏置放大电路。电阻R1接在三极管集电极与基极之间，这是偏置电阻，R1为VT提供了基极电流回路。由于R1接在集电极与基极之间，所以称为集电极基极偏置放大电路。三、集电极基极偏置放大器1集电极基极偏置放大器的组成课题4 放大器静态工作点的稳定返回上一页下一页图2-4-9 三极管集电极基极偏置放大电路课题4 放大器静态工作点的稳定返回上一页下一页当温度升高使IC增大时，随着IC的增大，集电极发射极电压和相应的基极发射极电压同时下降，使IC自动减小，达到稳定静态工作点的目的。这个过程简单表述如下：TICUCUBUBEIBIC2稳定静态工作点的原理

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