模拟电子技术网上教学

《模拟电子技术》网上教学主讲：赵玉铃上次课内容1、整流及各自特点。（熟悉）2、倍压整流及应用注意事项。（一般了解）3、滤波，电容滤波及计算。（理解）4、万用表判断二极管。（了解）本次课内容（2学时）图1几种不同类型的三极管外形图第二章基本放大电路把交流信号的电压量或电流量进行放大的电路。§2-1双极型晶体三极管2-1-1双极型晶体三极管的结构及分类即BJT，可分为NPN型和PNP型三极管，其结构和符号分别如图2（a）和（b）。图2也可分为硅管和锗管，或高频管、中频管和低频放大管，或放大管和开关管。目前我国生产的硅管多为NPN型，锗管多为PNP型。图1为三极管的几种常见外形。一、NPN型三极管的结构如图2所示，NPN型三极管有三个区、三个极和两个结，即集电区、基区和发射区，集电极、基极和发射极，集电结和发射结。三个极分别用c、b和e表示，发射极又简称为射极。在制造时，通过工艺手段使集电结的面积特别大，基区特别薄，而发射区掺杂浓度特别高。参考教材：《模拟电子技术及应用》（第二版）编者：赵玉铃徐柳娟浙江水利水电专科学校1图3NPN型三极管内部载流子的运动规律二、NPN型三极管内部载流子的运动规律及电流放大作用如图3：，发射结正偏，集电结反偏；基区的多子向发射区扩散，发射bcEE《模拟电子技术》网上教学主讲：赵玉铃区的多子向基区扩散，形成扩散电流和。因为发射区掺杂浓度高，而基区又薄，所以发射区的大量电子扩散到基区后，只有少量电子与基区的多子（空穴）复合形成复合电流，其余的电子扩散到基区后成为基区的少子，同时由于集电结反偏，作为基区少子的这些电子将越过基区漂移到集电区被集电结收集形成漂移电流，集电区的少子漂移到基区形成集电结反向电流。管子中的少子和多子均参与导电，所以三极管称为双极型晶体三极管。peIneIrbIncICBOInepeeCBOrbpebCBOncIIIIIIIIII+=−+=+=c由于三极管的工艺特点，、均很小，可忽略，则：CBOIpeIneerbbncIIIIII≈≈≈c通过试验发现，三极管发射结正偏，集电结反偏时，发射区的电子越过基区的数目和在基区与空穴复合的数目总是成一定的比例，即bcrbncIIII≈=β图4NPN型三极管测试电路且当改变时，也按一定比例改变，即rbIncIbcrbncIIII∆∆≈∆∆=ββ和β值近似相同，常用β代替β。2-1-2三极管的伏安特性如图4为NPN型三极管的测试电路，射极作为输入端（b和e为接线端）和输出端（c和e为接线端）的公共端，称为三极管的共射极接法。一、输入特性曲线按图4电路接线测试时，先改变使1cRceceVV=（如1V），后保持不变；改变得和；再改变得另一和……得如图5(a)所示的输入特性曲线①。重新改变cRbRbIbeVbRbIbeV参考教材：《模拟电子技术及应用》（第二版）编者：赵玉铃徐柳娟浙江水利水电专科学校2《模拟电子技术》网上教学主讲：赵玉铃CR，使（如3V），再按上述方法测得另一输入特性曲线②。2ceceVV=图5三极管的伏安特性曲线从图5（a）发现，①和②非常接近，说明集电极与射极之间的电位差大于1V后，对基极电流的影响很小，主要由发射结正偏电压决定。所以，输入特性曲线常只用图5（a）中曲线①表示。三极管的输入特性曲线与二极管的伏安特性曲线非常类似。二、输出特性曲线ceVceVbIbIbeV如图4，断开开关K，0=bI，改变，读出对应的一组和的数据，描于以为纵轴、为横轴的直角坐标系上。合上开关K，改变，使cEcIceVcIceVbR1bbII=（如20μA），按同样方法测出一组和的数据；再改变，使2cIceVbRbbII=（如90μA），测出另一组数据……。则可得如图5（b）所示输出特性曲线，该曲线可分成三个区：截止区、饱和区和放大区。1、截止区图5（b）中0=bI的曲线与横轴所夹区域。工作在截止区的三极管其基极电流为零，集电极电流仅为集电极反向电流，也接近于零，即管子处于截止状态。CBOI2、饱和区从坐标原点开始至曲线渐成平坦部分止所夹区域，如图5（b）中虚线与纵轴所夹部分。工作在该区域的三极管，集电极与射极之间的电位差很小（硅管≤1V），基极电流的改变不再影响集电极电流，如图中Q点。当分别为40μA、60μA和80μA时，均ceVceVbIcI为1mA，称管子处于饱和状态。此时，发射结和集电结均正偏，基极电流失去了对集电极电流的控制作用。使管子刚进入饱和状态时的基极电流叫做临界饱和基极电流。3、放大区曲线与曲线之间近似平行且间隔几乎相同的区域；一般大于1V（硅管），故发射结正偏，集电结反偏。由于曲线平行且间隔相等，所以相同的基极电流变化量所引起的集电极电流变化量ceVbI∆cI∆相同，且比cI∆bI∆大得多。参考教材：《模拟电子技术及应用》（第二版）编者：赵玉铃徐柳娟浙江水利水电专科学校3《模拟电子技术》网上教学主讲：赵玉铃4、击穿区在不变的情况下，从OV开始增加的值，三极管的开始将随的增加而增加（在饱和区），然后不再改变（放大区）。当增加到一定值后发现，继续增加会使不再恒定而有较大的上升，称三极管处于击穿状态。在击穿区，由于和均较大，故很大，造成管子温度上升。而温度上升又会激发出更多的电子空穴对，使电流上升，进一步促使增加，温度继续上升，昀后造成管子的热击穿。bIceVcIceVcIceVceVcIceVcIccIP=ceVcP三、温度特性由于多子与少子共同参与导电，所以温度对特性的影响较大。当温度上升时，三极管的极限参数减小，漏电流增加，使其性能下降，管子也易损坏。1、温度对的影响CBOI当管子的温度上升时，输出特性曲线上移，即集电极电流随温度上升而增大。这主要由于热激发使少子浓度增加，导致增加，从而使增加。CBOICI2、温度对β的影响温度上升时，输出特性曲线上移，即增加，使CIβ增加；同时间隔也随温度上升而加大，即不变时，bI∆cI∆随温度上升而增大，所以β增大。3、温度对的影响beV温度上升时，输入特性曲线左移，即减小，使发射结正偏导通所需偏压减小。beV综上所述，温度上升时，将使增加、CBOIβ增大而减小，这三种结果将集中体现beV在集电极电流的增加，因此，温度上升时有可能改变管子的工作状态。cI2-1-3三极管的主要参数一、电流放大倍数1、共射极直流电流放大倍数bcbCBOcIIIII≈−=β2、共射极交流电流放大倍数bcII∆∆=β参考教材：《模拟电子技术及应用》（第二版）编者：赵玉铃徐柳娟浙江水利水电专科学校4《模拟电子技术》网上教学主讲：赵玉铃3、共基极直流电流放大倍数eceCBOcIIIII≈−=α4、共基极交流电流放大倍数ecII∆∆=α在实际使用中，常选β值在25～250的管子。β值过小，则放大效果不明显；β值过大，则管子的热稳定性较差。二、反向饱和电流1、：发射极开路时，集电极与基极间的反向饱和电流。CBOI2、：基极开路，且集电结加反向电压时，由集电区穿过基区进入发射区的穿透电流，CEOICBOCEOII)1(β+=。反向饱和电流越小，则管子的质量越好。由于硅管的反向饱和电流比锗管小，故常选用硅管。三、极限参数使管子得到充分利用而又安全可靠的参数，叫管子的极限参数。1、集电极昀大允许电流CMI当增大时，cIβ值将下降。指CMIβ值不低于允许值时，集电极所允许流过的昀大电流。2、集电极昀大允许耗散功率CMP管子在使用时，一般集电结反偏、发射结正偏，所以集电结所加电压比发射结大得多，集电结发热较严重。当温度过高时，管子的性能将下降，甚至损坏。是指集电结结温不超过允许值（硅管为150℃，锗管为75℃）时，所允许的集电极昀大功耗。CMP3、反向击穿电压CEOBV：基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压。：集电极开路时，发射极与基极间的反向击穿电压，即发射结的反向击穿电压。EBOBV双极型晶体管以输入电流控制输出电流，因此是电流控制型器件。2-1-4万用表检测三极管的方法参考教材：《模拟电子技术及应用》（第二版）编者：赵玉铃徐柳娟浙江水利水电专科学校5《模拟电子技术》网上教学主讲：赵玉铃一、判别三极管的管脚将万用表置于电阻R╳1k或R╳100Ω档，用黑表笔接三极管的某一管脚（假设作为基极），再用红表笔分别接另外两个管脚。如果表针指示的两次都很大，该管便是PNP管，其中黑表笔所接的那一管脚是基极。若表针指示的两个阻值均很小，则说明这是一只NPN管，黑表笔所接的那一管脚是基极。如果指针指示的阻值一个很大，一个很小，那么黑表笔所接的管脚就不是三极管的基极，再另换一管脚进行类似测试，直至找到基极。判定基极后就可以进一步判断集电极和发射极。仍然用万用表R╳1k或R╳100Ω档，将两表笔分别接触基极之外的两电极，如果是PNP型管，用一个100kΩ电阻接于基极与红表笔之间，可测得一电阻值，然后将两表笔交换，同样在基极与红表笔间接100kΩ电阻，又测得一电阻值，两次测量中阻值小的一次红表笔所对应的是PNP管集电极，黑表笔所对应的是发射极。如果是NPN型管，电阻就要接在基极与黑表笔之间，同样电阻小的一次黑表笔对应的是NPN管集电极，红表笔所对应的是发射极。在测试中也可以用潮湿的手指代替100kΩ电阻捏住集电极与基极。注意测量时不要让集电极和基极碰在一起，以免损坏晶体管。二、估测穿透电流CEOI穿透电流大的三极管，耗散功率大，热稳定性差，调整很困难，噪声也大。电子电路应选用小的管子。一般情况下，可用万用表估测管子的大小。CEOIcICEOICEOI用万用表R╳1k档测量。如果是PNP型管，黑表笔接发射极，红表笔接集电极。对小功率锗管，测出的阻值在几十kΩ以上；对于小功率硅管，测出的阻值在几百kΩ以上，这表明不太大。如果测出的阻值小，且表针缓慢地向低阻值方向移动，表明大且管子稳定性差。如果阻值接近于零，表明晶体管已经击穿损坏。如果阻值为无穷大，表CEOICEOI明晶体管内部已经开路。但要注意，有些小功率硅管由于很小，测量时阻值很大，表CEOI针移动不明显，不要误认为是断路（如塑封管9013（NPN），9012（PNP）等）。对于大功率管，比较大，测得的阻值大约只有几十Ω，不要误认为是管子已经击穿。CEOI穿透电流越小，管子的工作稳定性越好，噪声越小。若值较大，甚至超过手册规定的，或用手捏紧管壳，该电流值明显上升，说明管子的热稳定性太差。CEOICEOICEOI三、估测电流放大倍数β参考教材：《模拟电子技术及应用》（第二版）编者：赵玉铃徐柳娟浙江水利水电专科学校6《模拟电子技术》网上教学主讲：赵玉铃用万用表R╳1k档测量。如果测PNP管，红表笔接集电极，黑表笔接发射极，指针会有一点摆动（或几乎不动）；然后，用一只电阻（30～100kΩ）跨接于基极与集电极之间，或用手代替电阻捏住集电极与基极（但两电极不可碰在一起），万用表读数立即偏向低阻值方向。表针摆幅越大表明管子的β值越高。两只相同型号的晶体管，跨接相同阻值的电阻，万用表中读得的阻值小的管子β值就更高些。如果测的是NPN管，则黑、红表笔应对调。测试时跨接于基极与集电极之间的电阻不可太小，亦不可使基极与集电极短路，以免损坏晶体管。当集电极与基极之间跨接电阻后，电表的指示仍不断变小时，表明该管的β值不稳定。如果跨接电阻未接时，电表指针摆动较大（有一定电阻），表明该管的穿透电流太大，不宜采用。本次课内容1、三极管的分类及结构特点。（了解）2、三极管内载流子运动规律及电流放大作用。（了解）3、三极管的伏安特性及三种工作状态和特点。（熟悉）本次课作业1题表中各三极管均处于放大状态，各电极电位如表中所列，判断各管的类型、材料和电极。题1表电极电位（V）电极序号123类型材料1231106.762-3.3-3-837.7844606.7531211.36-7.7-2-828个三极管的电极电位已列入题表中，分析各管所处的工作状态。参考教材：《模拟电子技术及应用》（第二版）编者：赵玉铃徐柳娟浙江水利水电专科学校7《模拟电子技术》网上教学主讲：赵玉铃题2表（电压单位V）序号类型材料发射极电位基极电位集电