电子线路基础 第2单元 三极管及放大电路

中等职业教育课程改革国家规划新教材PPT电子技术基础与技能人民邮电出版社知识目标：了解晶体三极管的结构，理解其电流放大特点。了解晶体三极管的特性曲线、温度对特性的影响，理解其主要参数，熟悉不同晶体三极管的适用场合。理解共射放大电路主要元件的作用，了解放大电路的直流通路与交流通路。了解共射、共集和共基3种放大电路的电路构成特点。了解温度对放大器静态工作点的影响，了解分压式偏置放大器的工作原理。了解小信号放大电路性能指标（放大倍数、输入电阻、输出电阻）的含义，掌握静态工作点、输入电阻、输出电阻和电压放大倍数的公式估算。了解多级放大电路级间3种耦合方式的优缺点、多级放大器的增益和输入、输出电阻的概念及在工程中的应用、幅频特性的重要性。第2单元三极管及放大电路技能目标：学会查阅晶体管手册，能在实践中合理使用晶体三极管。能识读晶体三极管电路符号、识别其引脚，会用万用表判别晶体三极管的引脚和质量优劣。能识读和绘制基本共射放大电路，能识读分压式偏置、集电极—基极偏置放大器的电路图。能搭接分压式偏置放大器，会使用万用表测试静态工作点，会调整静态工作点。三极管的概况1三种基本放大电路2放大电路静态工作点的稳定3放大电路的分析4多级放大电路5技能实训6第1节三极管的概况一、三极管的结构及特点二、三极管的主要参数三、三极管的型号、识别与检测一、三极管的结构及特点1．三极管的结构一个三极管有NPN型和PNP型两类，如图2.5（a）、（c）所示。三极管内部3个区分别称为：集电区、基区和发射区。与集电区相连接的PN结称为集电结，与发射区相连接的PN结称为发射结。从3个区引出的电极分别称为集电极C、基极B和发射极E，相应的电流分别称为集电极电流IC，基极电流IB和发射极电流IE，它们的关系是：IE=IC+IB。三极管的电路符号分别如图2.5（b）、（d）所示，图中发射极箭头表示电流方向。2．常用三极管的特点（1）低频小功率三极管。低频小功率三极管一般用于工作频率较低、功率在1W以下的电压放大电路、功率放大电路等。常用的国产低频小功率三极管型号有：3AX系列、3DX系列等。进口的低频小功率三极管型号有：2SA940、2SC2462、2N2944等。（2）低频大功率三极管。低频大功率三极管一般用做电视机、音响等家电中电源的调整管或功率输出管，也可用于稳压电源、汽车点火电路、不间断电源（UPS）等。常用的国产低频大功率三极管型号有：3DD系列、3AD系列等。进口的低频大功率三极管型号有：2SA670、2SB337、2AC1827、BD201等。（3）高频小功率三极管。高频小功率三极管一般用于工作频率较高、功率不大于1W的放大、振荡、开关控制等电路。常用的国产高频小功率三极管型号有：3AG系列、3DG系列等。进口的高频小功率三极管型号有：2SA1015、2SC1815、S90××系列、BC148、BC158等。（4）高频大功率三极管。高频大功率三极管一般用于视频放大电路、前置放大电路、互补驱动电路、高压开关电路、电视机行输出电路等。常用的国产高频大功率三极管型号有：3DA系列、3CA系列等。进口的高频大功率三极管型号有：2SA634、2SC2068、2SD966、BD135等。（5）开关三极管。开关三极管是一种饱和与截止状态变换速度较快的三极管，可分为小功率开关三极管和高反压大功率开关三极管等。小功率开关三极管一般用于高频放大电路、脉冲电路、开关电路、同步分离电路等，常用的国产型号有：3AK系列、3DK系列等。高反压大功率开关三极管通常都是硅NPN型三极管，主要在彩色电视机、计算机显示器中用做电源开关管等。常用的高反压大功率开关三极管的型号有：2SC1942、2SD820、2SD1431～2SD1433等。应用实例：图2.7所示为5.5寸实训用黑白电视机行扫描部分电路，高频大功率管用做行输出管，在行振荡器控制下，为行偏转线圈提供行扫描电流。二、三极管的主要参数1．三极管伏安特性（1）输入特性。输入特性如图2.8（a）所示。有一段死区，只有UBE大于死区电压时，才有基极电流IB，三极管也才能导通，具有电流放大作用。三极管导通时，硅管的发射结压降一般取0.7V，锗管的发射结压降一般取0.3V。（2）输出特性。输出特性如图2.8（b）所示。输出特性曲线可分为3个区：截止区、放大区、饱和区，分别对应截止状态、放大状态、饱和状态。饱和区截止区放大区2．三极管的主要参数（1）电流放大系数β。电流放大系数β是三极管共发射极连接时，集电极电流变化量△IC与基极电流变化量△IB的比值，即。（2）集电极最大允许耗散功率PCM。PCM是三极管集电结上允许的最大功率损耗，如果集电极功率PCPCM将烧坏三极管。通常将PCM≤1W的三极管称为小功率管，将PCM≥5W的三极管称为大功率管。对于功率较大的三极管，应加散热片。三极管集电极功率计算公式为PC=UCEIC（3）反向击穿电压U(BR)CEO。U(BR)CEO是三极管基极开路时，集电极与发射极之间的最大允许电压。当集电极与发射极之间的电压大于此值时，三极管将被击穿损坏。（4）特征频率。特征频率指β下降到T时三极管的工作频率，用fT表示。通常将fT3MHz的三极管称为低频管，将fT≥30MHz的三极管称为高频管。3．三极管的工作状态三极管工作时有3种状态，即截止状态、放大状态和饱和状态。三极管工作在截止、饱和状态时，相当于开关；三极管工作在放大状态时具有电流放大作用，放大的实质是微小的基极电流变化控制较大的集电极电流变化，控制能力用电流放大系数β来衡量。这3种工作状态的特点与参数如表2.2所示。三、三极管的型号、识别与检测1．三极管的型号国产三极管的型号由5部分组成：第1部分用数字表示电极数；第2部分用字母表示材料和管型；第3部分用字母表示类型（即用途）；第4部分用数字表示序号，反映电流参数；第5部分用字母表示规格号，反映耐压参数。三极管型号的各部分符号及意义如表2.3所示。2．三极管的识别（1）型号识别。3AX或3BX系列等，适用于低频中、小功率电路（如低频放大、前置放大）；3DG或3AG系列等，适用于高频中、小功率电路（如中放、高放、变频）；3DD或3AD系列等，适用于低频大功率电路（如功放、直流电源变换）；3DA系列适用于高频大功率电路（如行输出级）；3AK系列或3DK系列等，适用于开关电路；3DU系列适用于光电转换电路。（2）三极管管脚识别。三极管种类较多，封装形式不一，管脚也有多种排列方式，常用的管脚排列如表2.4所示。（1）三极管管脚及管型判别。用万用表电阻挡测量各管脚间的电阻，可判别三极管的管脚，进而判别出它是PNP型管，还是NPN型管，具体方法如表2.5所示。3．三极管的检测（2）三极管好坏的判别。用万用表电阻挡测三极管各电极间PN结的正、反向电阻，如果相差较大，说明三极管基本上是好的；如果正、反向电阻都很大，说明三极管内部有断路或PN结性能不好；如果正反向电阻都很小，说明三极管极间短路或击穿了，具体方法如表2.6所示。第2节3种基本放大电路一、共发射极放大电路二、共集电极放大电路三、共基极放大电路一、共发射极放大电路看一看：按图2.9所示连接电路，接通电源；输入峰—峰值为10mV的正弦信号，用示波器观察输入、输出波形；记录观察到的结果。实验现象演示过程中观察到输入、输出波形如图2.9中示波器屏幕所示。比较输入、输出波形发现：输出的幅度比输入的幅度大，而且输出与输入反相，这是如何实现的呢？知识探究1．电路组成图2.9的演示电路如图2.10所示，它是一个共发射极基本放大电路，主要作用是交流电压放大，将微弱电信号的幅度进行提升。2．各元件作用图2.10中各元件的作用如下。（1）三管极VT：是放大电路的核心元件，它在电路中起电流放大作用，它的工作状态决定了放大电路能否正常工作。（2）集电极直流电源VCC：正极接三极管的集电极，为集电结提供反向偏置。同时，它还为输出信号提供能源。VCC一般为几伏至几十伏。（3）集电极负载电阻RC：将三极管集电极电流的变化转变为电压变化，以实现电压放大。RC的阻值一般为几千欧。（4）基极偏置电阻RB：为三极管发射结提供正向偏置，产生一个大小合适的基极直流电流IB。调节RB的阻值可控制IB的大小，IB过大或过小放大电路都不能正常工作。RB的阻值一般为几十千欧至几百千欧。（5）耦合电容器C1和C2：C1和C2一方面起隔直作用；另一方面又起耦合交流作用。C1和C2一般选用电解电容器，电容量为几十微法，使用时应特别注意它们的极性与实际工作电压的极性是否相符合，若连接反了可能会引起C1或C2破裂。3．工作原理（1）静态工作点。放大电路没有加输入信号时的状态称为静态。此时只有直流电源VCC加在放大电路上，三极管各极电流和各极之间的电压都是直流量，分别用IB、IC、UBE、UCE表示，它们对应着三极管输入、输出特性曲线上的一个固定点，习惯上称为静态工作点，简称Q点，如图2.11（a）所示。静态工作点可以由放大电路的直流通路来确定。直流通路指断开电容以后的电路，图2.9所示放大电路的直流通路如图2.11（b）所示。由图2.11（b）可知VCC=IBRB+UBE则式中，UBE为三极管导通时的发射结电压，硅管约0.7V，锗管约0.3V。由于一般VCCUBE，故上式可近似为由此可知：当增大RB时，IB减小，静态工作点降低；当减小RB时，IB增大，静态工作点升高。在实际应用中，就是通过改变RB的大小，实现静态工作点的调节。（2）工作原理。待放大的交流信号ui连接在放大电路的输入端，产生一个交流电流ib，叠加在基极静态电流IB上，引起基极电流iB作相应的变化。通过VT的电流放大作用，引起了VT集电极电流iC发生较大的变化。iC的变化使RC上产生相应的电压变化，从而引起VT的集电极和发射极之间的电压uCE也跟着变化。uCE中的交流分量经过C2耦合畅通地传送给负载，成为输出交流电压uo。上述过程可简述为归纳：放大电路的实质，是一种用较小的能量去控制较大能量转换的能量转换装置，即利用三极管的电流控制作用，将直流电源的能量部分地转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。二、共集电极放大电路1．电路组成共集电极放大电路的组成如图2.12所示。在其电路结构上有两个明显的特点：一是三极管的集电极直接与直流电源相连，二是从三极管的发射极输出信号。2．主要特点共集电极放大电路的主要特点是：输入电阻高，传递信号源信号效率高；输出电阻低，带负载能力强；电压放大倍数小于1而接近于1，且输出电压与输入电压相位相同，具有跟随特性。因而在实际应用中，共集电极放大电路被广泛用做输出级或中间隔离级。注意：共集电极放大电路虽然没有电压放大作用，但仍有电流放大作用，因而有功率放大作用。三、共基极放大电路1．电路组成共基极放大电路组成如图2.13所示。公共端三极管的基极通过一个电容器接地；输入端发射极可以通过一个电阻或一个线圈与电源的负极连接，输出信号从集电极和基极之间取出。2．主要特点共基极放大电路的主要特点是：在输入回路中有一个很大的发射极电流，所以输入电阻很小；输出电阻较大；因为输出端是集电极，输入端是发射极，因而其电流放大系数小于1。第3节放大电路静态工作点的稳定一、分压式偏置放大器二、集电极—基极偏置放大器看一看：按图2.14所示连接电路，将万用表串联在三极管的集电极，万用表的选择开关置于直流电流挡（5mA），接通5V直流电源，记下万用表读数；将烧热的电烙铁靠近三极管，观察万用表读数的变化。实验现象归纳：演示现象温度变化会影响三极管集电极电流。当温度升高时，集电极电流增大；当温度降低时，集电极电流减小。集电极电流的变化会影响放大电路的静态工作点，因此，温度变化将影响放大电路的静态工作点稳定。一、分压式偏置放大器1．电路组成分压式偏置放大器如图2.16所示。2．各元件作用标注各元件及作用3．稳定工作点原理（1）利用RB1和RB2的分压作用固定基极电位UB。（2）利用发射极电阻RE产生反映I