第二章 三极管及放大电路教案

第2章半导体三极管及放大电路本章要求：1、使学生掌握三极管的符号和工作特点。2、使学生了解固定偏置放大电路的组成、工作原理以及图解分析法。3、使学生掌握分压式偏置放大电路的组成和稳定工作点的原理。4、使学生掌握射极输出器的组成和工作特点。5、使学生了解多级放大器和功率放大器的工作原理和特点。本章重点：1、三极管的工作特点。2、基本放大电路的组成和工作原理。本章难点：放大电路的原理分析。教学时数：18学时教学方法：自学+多媒体教学2.1晶体三极管一、三极管的基本结构、类型和符号根据制造材料的不同，三极管分有硅管和锗管两种类型；按频率高低有高频管、低频管之别；根据功率大小可分为大、中、小功率管。二、三极管的电流放大作用1、三极管电流放大的三种组态----共发射极、共集电极、共基极放大电路2、三极管内部载流子传输的三部曲（1）发射区向基区注入电子（2）电子在基区中的传输和复合（3）集电区收集电子3、三极管各电极电流分配（1）发射极电流＝集电极电流＋基极电流IE＝IC＋IB教学方法说明导入新课：利用多媒体演示三极管的外形、分类和在电子电路中的应用。提醒学生注意不同管型的三极管的电流方向是不同的。分析时应在三极管电路图上标出三个电流的方向。通过播放flash动画来帮助学生理解电流分配关系和（2）集电极电流与发射极电流近似相等IC≈IE三、三极管的特性曲线1．输入特性----研究基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系当UCB＞1V后，UCE数值的改变对输入特性曲线影响不大。但是环境温度变化时，三极管的输入特性曲线会发生变化。2．输出特性----研究集电极电流IC与电压UCE之间的关系是在基极电流IB一定的情况下测试出来的。由三极管的输出特性曲线可以看出，三极管工作时有三个可能的工作工域。电流放大的概念。引导学生从结构上与二极管的伏安特性曲线进行对比分析。输出特性曲线要重点分析，着重从三个工作区的条件和特点入手，使学生掌握三极管三种工作状态的外加电压条件及其特点，尤其讲清三极管电流放大作用的实质。提示：三极管饱和时的UCE值称为饱和压降，记作UCES，小功率硅管的UCES约为0.3V，锗管的UCES约为0.1V。四、三极管的主要参数1．共射电流放大系数（1）共射直流电流放大系数（有时用hFE表示）。（2）共射交流电流放大系数β（有时用hfe表示）。同一三极管在相同工作条件下hFE≈β。2．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β值要降低，一般规定β值下降到正常值的2/3时，所对应的集电极电流。（2）集电极—发射极反向击穿电压U(BR)CEO----基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。（3）集电极最大允许耗散功率PCM----集电极电流IC流过集电结时会消耗功率而产生热量，使三极管温度升高。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PCM≥ICUCE。例如，低频小功率三极管3CX200B，其β在55～400之间，ICM=300mA，U(BR)CEO=18V，PCM=300mW。小结：1、三极管的结构、类型和符号。2、三极管的电流放大作用。3、三极管的各电极电流分配。4、三极管的工作特点。5、三极管的主要参数。布置作业：P47-1、4通过列举一些选用三极管的实际例题或提出一些实际场合对三极管的要求，引导学生进行思考。即如何选择三极管的几个参数，并对其选择结果进行分析。2.2基本放大电路的组成及主要性能指标一、基本放大电路的组成*三极管V----电流控制作用，将微小的基极电流变化转换成较大的集电极电流变化量。*基极偏置电阻Rb和RP′----为三极管提供合适的基极电流。*集电极负载电阻Rc----将集电极的电流变化转换为集电极的电压变化量。*耦合电容C1和C2----隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。*集电极电源VCC----为电路提供能量。并保证三极管处于放大状态。二、共发射极放大电路的工作原理uBE=UBEQ+uiuCE=UCEQ-icRcuo=-icRc结论：在单级共发射极放大电路中，输出电压uo与输入电压ui频率相同，波形相似，幅度得到放大，而它们的相位相反。提示：电压放大作用是一种能量转换作用，即在很小的输入信号功率控制下，将电源的直流功率转变成了较大的输出信号功率。三、放大电路的主要性能指标1、放大电路的输入电阻Ri定义：从放大电路输入端B点看进去的交流等效电阻（不包括信号源的等效内阻），称为放大电路的输入电阻，用Ri表示。从本节起，学生开始接触电子电路。因此在讲授电子电路时，重点应放在“基本概念”、“工作原理”和“分析方法”三个方面，这三个方面既是重点所在，也是难点所在，故在教学过程中必须给予重视。对于原理分析，可先用解析式法讲解得出结论，再指导学生通过放大电路来分析电路各部分的波形图，这样可以增强对电路各部分工作情况的感性认识。注意必须把基本概念（输入电阻、输出电阻和电压放大倍数）讲正确，提示：一般情况下，希望放大电路的输入电阻尽可能大。这样，向信号源（或前一级电路）汲取的电流小，有利于减小信号源的负担。2、放大电路的输出电阻Ro定义：放大电路输出端看进去的交流等效电阻（不包括负载）称为放大电路的输出电阻，用Ro表示。Ro越小，放大电路带负载的能力越强。3、放大电路电压放大倍数Au定义：输出电压与输入电压的比值。提示：衡量一个放大电路放大能力的指标。4、通频带定义：放大倍数下降到中频放大倍数的0.707倍的两个点所限定的频率范围。提示：衡量一个放大电路对不同频率的输入信号适应能力的指标。希望越宽越好。小结：1、基本放大电路各组成部分的作用。2、基本放大电路的放大特征。3、放大电路的性能指标。布置作业：看书讲明白，讲清晰，让学生真正弄清这些概念的内涵，不能把概念讲的模棱两可、含糊不清，以致和相近概念发生混淆。这些概念如没搞懂，后面的学习就寸步难行。imomUUAu2.3共发射极放大电路分析一、放大电路静态分析1、静态——放大电路未加信号，即ui=0。2、静态分析----分析静态工作点。3、直流通路——放大电路中只允许直流电流通过的路径。注意：画直流通路：放大电路中的电容可以视为开路，电感可以视为短路。4、静态工作点----静态时的直流电流IB、IC和直流电压UBE、UCE，称为静态工作点，或者简称为Q点。思考：放大电路为什么要设置静态工作点呢？*使放大电路的放大信号不失真；*使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。注意：Q点不仅影响放大电路是否会失真，而且影响放大电路的几乎所有的动态参数。（1）用估算法计算静态工作点【例】如图所示，已知Vcc=6V，Rb=47kΩ，RP′=253kΩ，Rc=2kΩ，β=35。求静态工作点。（2）用图解法确定静态值----用作图的方法确定静态值优点：能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。步骤：1）.用估算法确定IB2）.由输出特性确定IC和UCC直流负载线UCE=UCC–ICRC由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点。静态工作点是电子电路中的一个重要概念，因此在讲解时结合三极管的特性曲线进行讲解。在进行静态分析时，要结合直流通路，讲清为什么直流负载线与IB=IBQ所在的特性曲线的交点就是静态工作点。BBEQCCBRUUIQ所以BQCQIIBBEQCCBRUUIQ常数B)(CECIUfI由静态工作点Q确定的ICQ、UCEQ为静态值。二、放大电路的动态分析1、动态----当放大电路输入交流信号，即ui≠0时。2、动态分析----分析性能指标。3、交流通路----交流信号流通的路径。注意：画交流通路：小容抗的电容以及内阻很小的电源，忽略其交流压降，都可以视为短路。4、电路参数的动态分析（1）三极管的微变等效电路（2）放大电路的微变等效电路（3）电压放大倍数的计算式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。负载电阻愈小，放大倍数愈小。因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关。（4）放大电路输入电阻的计算放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。RBRCuiuORLRSus++–+––io:UUAu定义LcoRIULbRIbeLrRAubeCrRβAu输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此希望较大的输入电阻。（5）放大电路输出电阻的计算放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此希望得到较小的输出电阻。三、放大电路的非线性失真1、饱和失真----Q点过高，引起iC、uCE的波形失真。2、截止失真----静态工作点过低，引起iB、iC、uCE的波形失真。进行动态分析时，要结合交流通路，重点分析输出信号随输入信号的变化过程及范围，帮助学生理解放大器电路的工作原理和输出信号的失真原因及解决办法，不要求学生用图解法求解计算。oooIUr输出电阻：CoooRIUriiIUribRiBIIUbeB//rR小结：1、直流通路及静态工作点的估算。2、图解法确定静态工作点。3、交流通路及三极管的微变等效电路。4、放大电路的性能指标的计算。5、放大电路的非线性失真。布置作业：P49-6、8、10。2.4静态工作点稳定的放大电路一、温度对静态工作点的影响1、温度对ICBO的影响2、温度对的影响3、温度对输入特性的影响温度上升时，参数的变化都会使集电极静态电流ICQ随温度升高而增加，从而使Q点随温度变化。要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流IBQ。二、分压式电路稳定静态工作点的分析1、分压式电路结构与静态工作点的计算【例】分压式射极偏置放大电路如所示，已知Vcc=18V，Rb1=39kΩ，Rb2=10kΩ，Rc=3kΩ，Re=1.7kΩ，RL=6kΩ，β=50，求静态工作点。解：2、稳定静态工作点分析适当选择满足：I1≈I2IBQ，UBQUBEQVBQ与温度无关针对固定偏置放大电路中Q点经常随温度发生偏移，以致易发生截止失真和饱和失真，影响放大电路的正常工作，从而引入分压式射极偏置放大电路。稳定原理需重点分析3.67V18103910CCb2b1b2BQVRRRV1.75mA1.70.73.67eBEQBQEQCQRUVIICEQCCCQcEQeCCCQceR()181.75(31.7)9.8VUVIIRVIRRCQBQ1.750.035mA35μA50IIβCC2B1B2BURRRVBEBEBECRUVIICBβIIEECCCCCERIRIUU3、动态参数计算三、射极输出器1、静态工作点估算2、动态参数计算引导学生利用分析固定偏置放大电路和分压式射极偏置放大电路的方法对射极输出器进行分析，并主要掌握射极输出器的几个特点。beLbebLbiourR'riRiuuA'bebeBirrRr//'CoRrEBBECCBBECCEBBBRRUUIUURIRI)1()1(BEII)1(EECCCERIUU3、电路特点：（1）电压放大倍数小于1，且接近于1。（2）输出电压与输入电压相位相同。（3）输入电阻大。（4）输出电阻小。4、射极输出器的应用（1）用作输入级（2）用作输出级（3）用在两级共射放大电路之间作为隔离级（或简称为缓冲级）小结：1、分压式偏置电路的特点及参数计算。2、射极输出器电路特点及参数计算。布置作业：P50-4、5主要是利用输入电阻高、输出电阻低的特点。LbbebLbuRiriRiA)1()1(Lb