电子技术基础与技能-伍湘彬主编

第二章三极管及放大电路基础2.1三极管﹡2.6场效晶体管放大电路2.5多级放大电路2.4放大器静态工作点的稳定2.3放大电路的分析2.2三极管基本放大电路2.1三极管1．三极管的电流分配关系和对电流放大作用的理解。2．三极管工作在放大状态时的条件。3．三极管的主要参数的含义。【教学难点】1．三极管结构特点、类型和电路符号。2．三极管的电流分配关系及电流放大作用。3．三极管的三种工作状态及特点。【教学重点】1．掌握三极管结构特点、类型和电路符号。2．了解三极管的电流分配关系及电流放大作用。3．理解三极管的三种工作状态的特点，并会判断三极管所处的工作状态。4．理解三极管的主要参数的含义。【教学目的】2.1.1三极管的基本结构2.1.5三极管的分类2.1.4三极管的主要参数2.1.3三极管的特性曲线2.1.2三极管的电流放大特性2.1.1三极管的基本结构NPN型三极管PNP型三极管电路符号中箭头表示发射结加正偏电压时的电流方向。NPN型和PNP型三极管的工作原理相同，但它们工作时的电源极性不同，管子各电极间的电流方向也不同。2.1.2三极管的电流放大特性三极管的主要功能是实现电流放大。其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。要使三极管具有放大作用，必须给管子的发射结加正偏电压，集电结加反偏电压。三极管三个电极的电流(基极电流、集电极电流、发射极电流)之间的关系为：CBEIIIBCIIBCII—2.1.3三极管的特性曲线三极管外部各极电流与极间电压之间的关系曲线，称为三极管的特性曲线，又称伏安特性曲线。指当集-射极之间的电压为定值时，输入回路中的基极电流与加在基-射极间的电压之间的关系曲线。CEVBIBEV三极管的输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线相似。当时，不同值的输入特性曲线基本重合。三极管输入特性曲线中也存在一段死区，只有发射结电压超过死区电压，三极管才能正常工作。1CEVCEV1．输入特性曲线指当基极电流为定值时，输出电路中集电极电流与集-射极间的电压之间的关系曲线。BICICEVBI饱和区：发射结和集电结均处于正偏状态。三极管没有电流放大作用，相当于一个开关的闭合状态。放大区：发射结正偏，集电结反偏。三极管具有电流放大作用。截止区：发射结处于反偏或零偏状态，集电结处于反偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关的断开状态。2．输出特性曲线不同，对应的输出特性曲线也不同，所以三极管的输出特性曲线是一组曲线。2.1.4三极管的主要参数（1）电流放大系数BCII（2）集电极-基极反向饱和电流CBOICBOICBOI常用三极管的值一般在20～100之间。衡量三极管电流放大能力的一个重要参数。1．性能参数越小表明晶体管的热稳定性越好。一般小功率管约为1OμA左右，硅管更小些。数值很小，受温度影响很大。发射极开路时，集电极-基极间的反向电流。（3）集电极-发射极反向饱和电流CEOICEOI（1）集电极最大允许电流CMICMI（2）集电极-发射极反向击穿电压CEOBRV)(的值越小，性能越稳定。硅管的值一般较锗管小。基极开路时，从集电极直接穿透三极管而到达发射极的电流，故又称为穿透电流。是衡量管子热稳定性的重要参数。基极开路时，加在集电极与发射极之间的最大允许电压。当实际的集-射极电压超过时，集电极电流会迅速增大，此时三极管已击穿，并导致损坏。当实际的集电极电流超过此值时，三极管性能会变差，管芯发热，有烧坏的可能。当值下降到正常值的三分之二时的为集电极最大允许电流。2．极限参数CEOBRV)(（3）集电极最大允许耗散功率CMPCECCMVIP3．频率参数f2/1TfTf使用时若超过此值，三极管会因过热而损坏。三极管集电结温度升高到不至于将三极管烧毁所消耗的功率。当工作频率高于后，三极管不再具有电流放大能力，是三极管使用中的极限频率。当值下降到1时所对应的频率。（2）特征频率当值下降到低频时的（即0.707）倍所对应的频率。（1）共发射极截止频率2.1.5三极管的分类按半导体材料和极性分硅材料锗材料NPNPNPNPNPNP按用途分普通放大三极管低噪声三极管光电三极管开关三极管达林顿三极管带阻尼三极管按功率分小功率三极管中功率三极管大功率三极管按工作频率分低频三极管高频三极管按制作工艺分平面型三极管合金型三极管扩散型三极管按外形封装分金属封装三极管玻璃封装三极管陶瓷封装三极管塑料封装三极管2.2三极管基本放大电路1．基本共射极放大电路放大信号的工作原理。2．三种放大电路的电路结构及性能比较。【教学难点】1．基本共射极放大电路的组成及各元件的作用。2．基本共射极放大电路放大信号的工作原理。3．小信号放大器的主要性能指标。【教学重点】1．掌握基本共射极放大电路的组成并理解电路各元件的作用。2．理解基本共射极放大电路放大信号的工作原理。3．了解小信号放大器的主要性能指标。4．了解共集电极放大电路和共基极放大电路的电路结构、特点及应用。【教学目的】2.2.1基本共射放大电路﹡2.2.3三种基本放大电路的性能比较2.2.2小信号放大器的主要性能指标放大电路又称放大器，可把微弱的电信号放大成较强电信号的电路。放大电路的功能和信号流程如下图所示。2.2.1基本共射放大电路（a）原理图以三极管发射极作为交流输入回路和输出回路公共端的电路，称为共发射极放大电路。（b）实物连接图（1）：三极管，起电流放大作用，是放大电路的核心器件。VCCVbRcR1C2C1．放大电路中各元件的作用（5）和：耦合电容，传递交流信号、隔断直流电，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。（4）：集电极负载电阻，把三极管的电流放大转换为电压放大，其阻值的大小影响放大器的电压放大倍数。（3）：基极偏置电阻，使发射结获得正偏置电压，向三极管的基极提供合适的偏置电流。（2）：直流电源，有两个作用。一是为三极管的发射结提供正偏电压和为集电结提供反偏电压，保证三极管工作于放大区；二是给放大电路提供能源。2．放大电路中电压、电流符号的规定ivCCVBIbibBBiIibI（4）大写物理量符号加小写下标，表示交流信号的有效值。如表示基极交流电流的有效值。（3）小写物理量符号加大写下标，表示交流和直流叠加信号。如表示基极电流的总和。（2）小写物理量符号加小写下标，表示交流信号。如表示基极交流电流。（1）大写物理量符号加大写下标，表示直流信号。如表示基极直流电流。在放大电路中，既有输入信号源产生的交流量，又有直流电源产生的直流量。因此，为了避免电路分析时出现符号上的混淆，特作如下规定：3．放大电路的工作原理放大电路在未加输入信号时（）的工作状态称为静态。此时，三极管各电极上只有直流电压和直流电流，称其为三极管的静态工作点，用下标Q表示，如、、、。0ivBEQVBQICEQVCQI结论：共射放大电路具有电压放大作用；共射放大电路具有反相作用。2.2.2小信号放大器的主要性能指标电压放大倍数电压增益（dB）iovVVAioiIIAvvAGlg202．输入电阻iiiIVR在电压放大器中，越大，放大器输入端得到的输入电压就越高。iR从放大器输入端看进去的等效电阻。它表明了放大器对信号源的影响程度。1．放大倍数衡量放大器放大能力的指标。电流放大倍数3．输出电阻从放大器输出端看进去的交流等效电阻（不包括外接负载电阻），反映了放大器带负载能力的大小。LRLRoooIVR在电压放大器中，越小，放大器输出端带负载的能力越强。oR﹡2.2.3三种基本放大电路的性能比较电路以三极管的集电极作为输入回路和输出回路的公共端。特点：输出电压与输入电压同相，且幅值近似相等；输入电阻大；输出电阻小，带负载能力强。作用：实现阻抗匹配，又称为射极输出器或射极跟随器。1．共集电极放大电路2．共基极放大电路电路以三极管的基极作为输入回路和输出回路的公共端。特点：输出电压与输入电压同相，其电压放大倍数与共射极放大电路相同；输入电阻小；高频特性好，且在高频范围工作较稳定。作用：用于高频或宽频带放大电路、振荡电路或恒流源电路。3．三种基本放大电路的性能比较性能共发射极放大电路共集电极放大电路共基极放大电路输入电阻较小（1千欧左右）大（几百千欧）小（几十欧）输出电阻较大（几十千欧）小（几十欧）较大（几十千欧）电压放大倍数大（几十～几百）小（略小于1）大（几十～几百）电流放大倍数大（几十～一百）大（几十～一百）小（略小于1）相位关系反相同相同相应用低频电压放大阻抗变换宽频、高频放大2.3放大电路的分析1．画放大电路的交流通路。2．用估算的方法分析放大电路的静态和动态参数。【教学难点】1．分析放大电路的直流通路和交流通路。2．基本共射极放大电路静态参数和动态参数的计算。【教学重点】1．理解放大电路的直流通路、交流通路的概念，会画放大电路对应的直流通路和交流通路。2．了解分析放大电路的方法。3．掌握基本共射极放大电路静态参数和动态参数的计算方法。【教学目的】2.3.1放大器的直流通路与交流通路﹡2.3.2放大器的静态与动态分析2.3.1放大器的直流通路与交流通路1．直流通路放大电路未加输入信号时，在直流电源作用下直流电流流经的通路。用于研究电路的静态工作点等问题。画直流通路的原则为：电容视为开路；电感线圈视为短路。共射放大电路的直流通路2．交流通路在交流信号作用下，交流信号流经的通路。用于研究放大电路的动态参数及性能指标等问题。画交流通路的原则为：电容视为短路；直流电源视为短路。共射放大电路的交流通路iv2.3.2放大器的静态与动态分析BQICQICEQVbCCBQRVIBQCQIICCQCCCEQRIVV基本共射放大电路的静态工作点：估算静态工作点，需借助放大电路的直流通路。静态分析主要是估算放大电路的静态工作点Q，即静态时电路中各处的直流电流和直流电压：、、。1．静态分析2．动态分析▲三极管的输入电阻)()(26)1(300mAImVrEQbebeLvrRA'LCLRRR//'beirRCoRR▲输出电阻▲输入电阻▲电压放大倍数：（其中）基本共射放大电路的主要性能指标：估算性能指标，需借助放大电路的交流通路。动态分析主要是估算电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻等性能指标。2.4放大器静态工作点的稳定1．分压式偏置电路、集电极－基极偏置电路稳定静态工作点的原理。2．分压式偏置电路静态工作点的估算。【教学难点】1．放大器静态工作点稳定的意义。2．分压式偏置电路、集电极－基极偏置电路的组成特点及稳定静态工作点的原理。【教学重点】1．理解设置静态工作点的重要性。2．掌握分压式偏置电路、集电极－基极偏置电路组成特点及稳定静态工作点的原理。3．了解分压式偏置电路静态工作点的估算方法。【教学目的】2.4.1放大器静态工作点稳定的意义2.4.2放大器静态工作点稳定的措施2.4.1放大器静态工作点稳定的意义按下图连接放大电路，改变电路的静态工作点（调整），观察输出波形的变化。bR变小，静态工作电流变大，出现底部失真，也称饱和失真。bR静态工作电流正常，输出不失真。变大，静态工作电流变小，出现顶部失真，也称截止失真。bR在放大电路的工作过程中，电源电压的波动、元件的老化或因温度变化引起三极管参数的变化，都会造成静态工作点变化，从而使动态参数发生变化，最终导致电路出现异常。为了保证电路在各种复杂情况下能正常工作，采用能稳定静态工作点的偏置电路，是非常必要的。2.4.2放大器静态工作点稳定的措施1．分压式偏置电路（a）电路原理图（1）电路组成（b）实物连接图（2）静态工作点稳定的条件BQIII21（3）静态工作点稳定的过程（某原因）→→→→↑↑↑CQIEQIEQVBEQV↓↓↓BQI←CQI可见分压式偏置电路具有自动稳定静态工作点的功能。（4）分压式偏置电路静态工作点的估算直流通路CCbbbbBQVRRRRIV21222eBEQBQEQCQRVVIICQBQII)(ecCQCC