电工与电子技术基础---第7章

电工与电子技术基础第6章半导体二管及其应用电路第7章晶体管放大电路及其振荡电路第8章集成运算放大器及其应用第9章晶闸管及其应用第10章数字电路7.1半导体三极管7.2三极管基本放大电路7.3多级放大电路7.4负反馈在放大器中的应用7.5功率放大电路7.6场效应管简介7.7正弦波振荡电路1.1三极管的结构与类型1.2三极管的电流放大作用1.3三极管的特性曲线和三种工作状态1.4三极管的主要参数一.半导体三极管1.三极管结构与类型三极管的结构图：(1).三极管的结构NPN集电结发射结集电区基区发射区bcePNP集电结发射结集电区基区发射区bceNPN型PNP型(a)三个区：无论是NPN型管还是PNP型管,内部均含有三个区:发射区、基区、集电区。三个极：从三个区各引出一个金属电极分别称为发射极（e）、基极（b）、集电极（c）。二个结：在三个区的两个交界处形成两个PN结,发射区与基区之间形成的PN结称为发射结(be结),集电区与基区之间形成的PN结称为集电结(bc结)三极管的结构：VcbeVcbePNP型NPN型(b)集电极基极发射极三极管有两种类型：NPN型、PNP型。图中的箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向。(2).三极管的两种类型与电路符号基极集电极发射极晶体三极管发射结和集电结模拟图eecVbVbcNPNPNP集电结发射结集电结发射结①按结构类型分：NPN型管和PNP型管②按制作材料分：硅管和锗管③按工作频率分：高频管和低频管④按功率大小分：大功率管和小功率管⑤按功能作用分：放大管、开关管、微波管等(3).三极管的分类常见几种晶体三极管的外形小功率管塑封管硅铜塑封三极管（1）.三极管放大的条件三极管实现放大作用的外部条件是发射结正向偏置,集电结反向偏置。＋－RbUBBIEIBIC＋－UCCRc(a)V＋－RbUBBIEIBIC＋－UCCRc(b)V2.三极管的电流放大作用NPN管的偏置电路PNP管的偏置电路（2）.三极管的极间电流分配关系mAμAbceV(NPN)mAUBBIEIBICUCCRbRcRPIE≈ICIB=0.02mAIC=2.01mAIE=2.03mAP196表7-1数据IE=IC+IBIC＞＞IB②交流电流放大系数当IB有微小变化时，IC即有较大的变化。例如(P196,表7-1).这时基极电流的变化量ΔIB=0.01mA,集电极电流的变化量ΔIC=0.99mA.将ΔIC与ΔIB的比值叫做三极管的交流电流放大系数，用β表示：ΔIB=0.02-0.01=0.01mAΔIC=2.03-1.04=0.99mA①直流电流放大系数基极电流IB增大时,集电极电流IC也随之增大。将IC与IB的比值叫做三极管的直流电流放大系数，用β表示：BCIIBCII(3)三极管的电流放大系数这种用基极电流的微小变化来使集电极电流作较大变化的控制作用，就叫做三极管的电流放大作用。小结：在工程计算时可认为（1）.输入特性曲线——表示iB与uBE的关系,如图示。25℃0204060801000.20.40.60.8uBE/ViB/AuCE＝0uCE≥1V(a)①当uCE＝０时从输入端看,发射结正向偏置，此时的特性曲线类似于二极管的正向伏安特性曲线。②当uCE≥1从图中可见,uCE≥１Ｖ的曲线比uCE＝０V时的曲线稍向右移。说明uCE≥1Ｖ后，对输入端影响不大。3.三极管的特性曲线（2）.输出特性曲线——当iB一定时,输出回路中的iC与uCE之间的关系曲线。uCE/V46801234饱和区截止区iB=20A60放大区iC/mA400280100对应一个iB值，可得到一条输出特性曲线，改变iB值，可得到一族输出特性曲线。输出特性曲线上可划分三个区：放大区、截止区、饱和区，这就是三极管的三种工作状态。①放大区：当uCE1V以后，三极管的iC与iB成正比而与uCE关系不大。当iB一定时，iC的值基本不随uCE变化，所以输出特性曲线几乎与横轴平行，具有恒流特性。在这一区域三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，IC≈βIB，具有放大作用，故称为放大区。放大区工作的特征：ebCUUUebCUUU发射结正向偏置，集电结反向偏置。BCIICCCEUU21VcbeVcbePNP型NPN型(b)6V0.7V0V-7V-2V-1.6VNPN：PNP：②截止区：当IB=0时，IC=ICEO，穿透电流ＩCEO很小，输出特性曲线是一条几乎与横轴重合的直线。截止区工作的特征：发射结反向偏置，集电结反向偏置ebCUUUebCUUUCCCEUUceoCIIVcbeVcbePNP型NPN型(b)6V2V1.3V-12V0.3V0VNPN：PNP：饱和区的工作特点：发射结正向偏置集电结正向偏置ebCUUUebCUUUbeCEUUVcbeVcbePNP型NPN型(b)③饱和区：当uCEuBE时，IC与IB不成比例，IC随uCE的增大而迅速上升，这一区域称为饱和区，uCE=uBE称为临界饱和。4.5V4V4.8V-0.2V-0.3V0VNPN：PNP：IC不受IB控制1.各极对地电位为正可判定是NPN型管；2.各极对地电位为负可判定是PNP型管；3.对地电位绝对值最大的一个管脚是集电极C；4.发射结两端电位较高的一脚为基极B，电位较低的一脚为发射极E。5.发射结的压降约0.3V的判定是锗管,发射结的压降约0.7V的判定是硅管。提示：电极:5.8V（基极）、10V（集极）、5.1V（射极）类型：NPN型；材料：硅管。例解测得放大电路中晶体管三个管脚对地电位分别为:5.8V、10V、5.1V，试判别晶体管三个管脚的极性、管子的类型、管子的材料。Vcbe5.8V10V5.1V电流放大系数的大小反映了三极管放大能力的大小。β为集电极电流变化量与基极电流变化量之比。(1).电流放大系数β(hfe)三极管的参数是表征管子性能和正确使用和合理选择三极管的依据。ICBO为发射极开路时，集电极—基极间的反向电流，称为集电极反向饱和电流。(2).极间反向电流ICBO、ICEO4.三极管的主要参数（3）.极限参数（反向击穿电压）U(BR)CBO指发射极开路时，集—基极间的反向击穿.★U(BR)CEO指基极开路时，集—射极间的反向击穿电压。U(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBO指集电极开路时，射—基极间的反向击穿电压。普通晶体管U(BR)EBO电压值比较小，只有几伏。ICEO为基极开路时，集—射极间的反向电流，称为集电极穿透电流。1.三极管放大电路的三种组态2.三极管放大电路的组成3.放大电路的分析方法4.静态工作点稳定措施二.三极管基本放大电路共发射极、共集电极、共基极放大器。bec＋－＋－uiuobec＋－＋－uiuo(a)(b)bec＋－＋－uiuo(c)共发射极电路共集电极电路共基极电路1.放大器的三种组态(接法)(1)共发射极放大电路信号由基极输入、集电极输出，发射极为公共端。+_+_+VCCuSu0ui+_RSRB1RB2RERCC1C2CEVRL++++VCCRBRERLRSC2C1+_+_u0uSui+_++(2)共集电极放大电路信号由基极输入、发射极输出，集电极为公共端。+_+_uSRSuiC1C2C3RERLRB2RB1RC+_u0+VCC+++(3)共基极放大电路信号由发射极输入、集电极输出，基极为公共端。基极电源ECC2+RCRB+C19013ICIBIE＋－EB＋RL输入回路输出回路集电极电阻，NPN型管耦合电容耦合电容基极电阻集电极电源负载电阻电路中发射极是输入、输出回路的公共支路，而且放大的是电压信号，因此称之为共发射极电压放大器。晶体管T：放大器的核心部件，在电路中起电流放大作用；电源EC：为放大电路提供能量和保证晶体管工作在放大状态；电源EB和电阻RB：使管子发射结处于正向偏置，并提供适当的基极电流IB耦合电容C1和C2：一般为几微法至几十微法，利用其通交隔直作用，既隔离了放大器与信号源、负载之间的直流干扰，又保证了交流信号的畅通；电阻RC：将集电极的电流变化变换成集电极的电压变化，以实现电压放大作用。双电源共发射极单管放大电路2.晶体管放大电路的组成放大电路的组成原则(1)直流电源VCC：通过电阻RB1、RB2、RC、RE提供三极管合适的静态偏置，保证be结正偏、bc结反偏。(2)输入回路：应保证输入信号ui能送到三极管be结两端，产生变化的ib。(3)输出回路：应使放大后的iC尽可能多的送到负载RL上，减小其它支路的分流。(4)设置合理的静态工作点：即在没有外加信号时，三极管不仅处于放大状态，而且有一个合适的工作电压和电流。※放大电路中变量表示的符号规则（1）.直流分量用大写字母和大写下标表示。如IB表示基极的直流电流。（2）.交流分量用小写字母和小写下标表示。如ib表示基极的交流电流。（3）.总变化量是直流分量和交流分量之和,即交流叠加在直流上,用小写字母和大写下标表示。如iB表示基极电流总的瞬时值,其数值为iB=IB+ib。（4）.交流有效值用大写字母和小写下标表示。如Ib表示基极的正弦交流电流的有效值。(1)放大电路的静态分析(2)放大电路的动态分析(3)放大电路的图解分析3.放大电路的分析方法固定偏置共发射极单管放大电路+UCCC2+RCRB+C1RL实用中，一般都采用单电源供电，而且把发射极的公共端作为“地”点，并按习惯画法把集电极电源以电位形式标在图中。放大电路的直流通道+UCCRCRBUCEICIEIBUBE画直流通路，耦合电容开路。当交流信号ui=0时，电路中的各电压、电流都是直流量。电路中仅有直流量时的工作状态称为“静态”。（1）静态分析法——画直流通路◆固定偏置共发射极单管放大电路静态分析主要是依据直流通路，确定放大电路中三极管各极电流和电压的静态值如：IBQ、ICQ、UCEQ。BBEQCCBQRUUIBQCQIICCQCCCEQRIUU+UCCRCRBUCEICIEIBUBE由直流通路估算静态工作点：静态工作点Q例：已知图中UCC=10V，RB=250KΩ，RC=3KΩ，β=50，求放大电路的静态工作点Q。解：V42.4386.110mA86.10372.0502.372507.010CEBUIAIC；；所以，Q=｛IB=37.2μA，IC=1.86mA，UCE=4.42V｝。（2）静态分析法——估算静态工作点)mA(mV26)1(300EbeIr由于放大器一般都工作在小信号状态，即工作点在特性曲线上的移动范围很小。因此晶体管虽然工作在非线性状态下，但采用它的等效线性模型微变等效电路所分析得出的结果，与其真实状况相比仅有微小误差，可运用线性电路模型分析问题则带给我们极大的方便。RL＋uS－RSuiRCRBu0uceiciiieib仅有交流信号作用下，电容相当于短路，UCC=0相当于“地”电位，因此电路为左图所示。＋uS－RSuiRCRBu0iciiβibibrbe上述微变等效电路中：（3）动态分析法——画交流通路把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，这个线性电路就是放大器的微变等效电路，对该线性电路进行分析的方法称为微变等效电路分析法。等效的条件是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。UBEIB0ΔIBΔUBEQ右图所示为晶体管的输入特性曲线。在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。当uBE有一微小变化ΔUBE时，基极电流变化ΔIB，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，即rbe。微变等效电路的基本思路0UCEICΔIBΔICQ输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化ΔIC仅与基极电流的微小变化ΔIB有关，而与电压uCE无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源，即：bcii①电压放大倍数：rbe+oU－cIbICBE+iU－bIRCRLRBRs+sU－对上述微变等效电路进行