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1、书名：电子技术基础项目教程 ISBN：978-7-111-45542-4作者：梁洪洁出版社：机械工业出版社本书配有电子课件,项目二 放大电路的分析与设计知识目标：掌握晶体管的结构。掌握晶体管的放大电路的静态和动态分析方法。能力目标：能看懂电路图，会搭建电路。能画出共射电路，并能对电路进行分析计算。会检查放大电路的结构是否合理，输出波形是否失真，工作状态。,模块2.1 三极管的识别和检测,任务 半导体三极管的结构和符号一、三极管的结构和符号三极管又称双极型晶体管、晶体管，简称三极管外形：分类：NPN型、PNP型,三区、三极、二结：三个区：发射区、基区、集电区 三个极：发射极e、基极b、集电极c
2、两个结：发射结、集电结 符号：内部放大的条件：发射区是高浓度掺杂区；基区很薄且杂质浓度低；集电结面积大。,二、三极管的分类1.按组合方式：NPN型和PNP型。2.按使用材料：硅管和锗管。3.按工作频率：高频管和低频管。4.按功能：开关管、功率管、达林顿管、光敏管等。5.按消耗功率：小功率管、中功率管和大功率管等,任务 三极管的偏置及各极电流的关系一、晶体管的偏置 外部放大的条件：发射结正偏，集电结反偏。,例2-1 晶体管的三个极管脚分别为1、2、3，用直流电压表测得其在放大状态下的电位分别为U1=2V、U2=7V、U3=2.7V，试判断三极管的类型及三极管对应的各电极。解：首先根据两电极的电位
3、差应是0.7V（硅管）或0.3V（锗管）来判断三极管的材料，并确定集电极。其次根据集电极电位的高低判断是NPN管还是PNP管，最后根据剩余两个管脚电位的高低判断发射极和基极。,硅管，2管脚应为集电极c,三极管应为NPN型，3号管脚为基极，1号管脚为发射极e,二、晶体管各极电流的形成1.发射区向基区注入载流子的过程 由于发射结外加正向电压，发射区的电子载流子不断地注入基区，基区的多数载流子（空穴）也流入发射区。二者共同形成发射极电流。但是，由于基区掺杂浓度比发射区的小，流入发射区的空穴流与流入基区的电子流相比，可忽略。,2.载流子在基区中扩散与复合的过程 由发射区注入基区的电子载流子不断地向集电
4、结方向扩散。由于基区宽度制作得很小，且掺杂浓度也很低，从而大大地减小了复合的机会，使注入基区中的电子载流子绝大部分都能到达集电结。故基区中是以扩散电流为主的，且扩散与复合的比例决定了晶体管的电流放大能力。3.集电区收集载流子的过程 集电结外加较大的反向电压，使结内电场很强，基区中扩散到集电结边缘的电子，受强电场的作用，迅速漂移越过集电结而进入集电区，形成集电极电流。另一方面，集电结两边的少数载流子，也要经过集电结漂移，在集电极和发射极之间形成反向饱和电流。,三、晶体管的电流分配关系与放大作用1.电流分配关系（以NPN为例）2.电流放大作用电流放大系数：集电极电流变化量与基极电流变化量之比称为电
5、流放大系数。总结：要实现晶体管的放大作用，一方面要满足内部条件，即发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很薄；另一方面要满足外部条件，即发射结正偏，集电结反偏。,任务 晶体管的连接方式,共发射极连接（简称：共射接法）以基极为输入端，集电极为输出端，发射极为公共端。共基极连接（简称：共基接法）以发射极为输入端，集电极为输出端，基极为公共端。共集电极连接（简称：共集接法）以基极为输入端，发射极为输出端，集电极为公共端。,任务 三极管的特性曲线特性曲线：三极管各极电压与电流之间的关系用曲线表示就是三极管的特性曲线。特性曲线分类：输入特性曲线、输出特性曲线测试电路：,一、输入特性曲线输入特
6、性：指三极管输入电流和输入电压之间的关系。输入特性曲线：输入特性的曲线即为输入特性曲线。,二、输出特性曲线输出特性：指三极管输出电流和输出电压之间的关系。输出特性曲线：输出特性的曲线即为输出特性曲线。工作状态：截止区、饱和区、放大区。,1.截止区定义：将IB=0以下的区域称为截止区。接法：三极管发射结零偏或反偏，集电结反偏，即 UBE0，UCB0特点：三极管的发射极集电极之间相当于断路，类似于开关的断开状态。2.饱和区定义：将UCEUBE时是区域称为饱和区。接法：三极管发射结和集电结均为正偏.特点：在理想状态下，三极管的发射极集电极之间相当于短路，类似于开关的闭合状态。,3.放大区定义：将UC
7、EUBE且=0以上的区域称为放大区。接法：三极管的发射结正偏，集电结反偏。特点：三极管的输出电流和输入电流的关系满足,任务 三极管的主要参数一、电流放大系数1.共射电流放大系数：1）共射直流电流放大系数：是指在共射极放大电路中，若交流输入信号为零，则管子各极间的电压和电流都是直流量，此时，集电极电流和基极电流之比，即,2）共射交流电流放大系数：把两电流变化量之比称为共射交流电流放大系数。通常：=20200 一般=4080,2.共基极电流放大系数1）共基极直流电流放大系数：是指在共基极放大电路中，若交流输入信号为零，集电极电流和发射极电流之比2）共基极交流电流放大系数：是指在共基极放大电路中，有
8、交流输入信号时，集电极电流的变化量与发射极电流的变化量之比,二、极间反向饱和电流1.反向饱和电流反向饱和电流ICBO 反向饱和电流ICBO是指发射极开路，集电结加反向电压时测得的集电极电流。在一定温度下，基本上是常数，与UCB无关。常温下，小功率锗管的ICBO为A级，硅管则更小，为nA级。2.穿透电流ICEO 穿透电流ICEO是指基极开路时，集电极与发射极之间的反向电流。穿透电流的大小受温度的影响较大，温度升高，ICBO增大，ICEO增大。穿透电流ICEO是衡量晶体管质量的重要参数。,三、极限参数1.集电极最大允许电流ICM 晶体管的集电极电流ICM在相当大的范围内值基本保持不变，但当IC的数
9、值大到一定程度时，电流放大系数值将下降。我们把增大到使值下降到正常值的2/3时所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。实际中，集电极电流IC必须满足IC ICM。2.集电极最大允许功耗 集电极最大允许功耗是指晶体管正常工作时允许消耗的最大功率。3.集电极发射极间的击穿电压 指基极开路时，集电极与发射极之间的反向击穿电压。,任务2.1.6 三极管的判别 一、三极管的型号 一般由五大部分组成。见附录A。1）第一部分用数字表示，为电极数。“3”代表晶体管。2）第二部分用字母表示，为晶体管的材料与类型。A表示PNP型锗管，B表示NPN型锗管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。3）第三部分
10、用字母表示，为管子的功能，如G表示高频小功率管，X表示低频小功率管等。4）第四部分用数字表示，为晶体管的序号。5）第五部分用字母表示，为晶体管的规格号。,二、三极管的识别,2.晶体管的识别 如果晶体管上有型号，可根据表2-1判别晶体管，若没有用万用表进行测试。测试前应先将万用表调到R1k档，并调零。（1）晶体管类型和管脚的判别1）晶体管类型和基极的判别：用万用表的第一根表笔依次接晶体管的一个引脚，而第二根表笔分别接另两根管脚，轮流测量，直至两个电阻均很小。这时第一根表笔所接的那个电极即为基极b，如果红表笔接基极则可判定晶体管为PNP型；如果黑表笔接基极b，则为NPN型。2）晶体管集电极和发射极
11、的判定：判定晶体管集电极和发射极的方法有以下两种。,方法一：对于NPN型的晶体管，黑表笔接晶体管基极b，红表笔分别接另外两个引脚时，所测得的两阻值一个大一些，一个小一些。在阻值小的一次测量中，红表笔所接的引脚为集电极c，另一个为发射极e。对于PNP型的晶体管，红表笔接晶体管基极b，黑表笔分别接其余两个引脚时，同样在阻值小的一次测量中，黑表笔接的引脚为集电极c，另一个为发射极e。方法二：当晶体管为NPN型时，在基极和其中任意极之间接一个50k100k的电阻或用手连接，如图2-10所示，将万用表的表笔分别轮流接到晶体管的集电极和发射极上（基极悬空），直至万用表指针有明显偏转时为止。电阻R或手所接两
12、引脚分别为基极和集电极，另外一引脚为发射极。PNP型的判断与之相反。,3.晶体管质量的检测 用电阻或手连接基极和集电极，万用表的红、黑表笔分别接发射极和集电极。万用表指针偏转的角度越大，说明晶体管的放大倍数越大。如果指针不动或者偏转不大，说明管子放大能力很差或者已经损坏。,任务2.1.7 特殊三极管1.光电三极管 光敏晶体管也是一种晶体管，当光照强弱变化时，电极之间的电阻会随之变化。光敏晶体管和普通晶体管类似，也有电流放大作用，只是它的集电极电流不只是受基极电路的电流控制，也可以受光的控制。光敏晶体管的灵敏度比光电二极管高，输出电流也比光电二极管大，多为毫安级。但它的光电特性不如光电二极管好，
13、在较强的光照下，光电流与照度不成线性关系。符号：,2.光电耦合器 光敏耦合器在电路中起传输和隔离作用。它以光为媒介传输电信号的一种电光电转换器件。主要由发光源和受光器两部分组成。发光源一般为发光二极管，其引脚为输入端；受光器一般为光敏二极管、光敏晶体管等，其引脚为输出端。,（a）光电电阻型（b）光电二极管型,（c）光电三极管型（d）光电池,模块2.2 放大电路的组成,任务 基本共射放大电路的组成和元件的作用,是放大电路的核心元件，具有电流放大的作用,为基极提供合适的偏置电流,将集电极电流的变化转换成集电极发射极之间电压的变化。,是放大信号所需要的能源，为集电结提供反向偏置电压。,起隔直通交的作
14、用。,任务 放大电路中电压、电流方向和符号的规定一、电压、电流方向的规定 电压和电流的方向是相对的，为了便于分析，规定电压的正方向以“地”为参考零电位，电流以其实际方向为正方向。二、电压、电流符号的规定1.直流分量：基本符号和下标符号均为大写字母。如IB、UBE等。2.交流分量：基本符号和下标符号均为小写字母。如ib、ube等。3.瞬时值（交直流叠加）：基本符号为小写字母，下标符号均为大写字母。如Ib、Ube等。瞬时值为直流分量与交流分量之和，即ib=IB+ib。,模块2.3 共射放大电路的分析,分析包括,任务 共射放大电路的静态分析静态：指输入信号ui=0时放大电路的工作状态。静态工作点：电
15、路在放大状态下，当电路中的UCC、Rc、Rb一定时，三极管各极的电压UBE、UCE和电流IB、IC也就确定了。这四个值在输入特性曲线和输出特性曲线上个对应一个固定不变的点Q，我们称之为静态工作点，简称工作点，记做IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。,静态分析动态分析,共射放大电路,基本共射放大电路分压工作点稳定电路,分析方法,等效电路法图解法,一、等效电路法1.根据放大电路画出直流通路直流通路：是放大电路未加输入信号时，放大电路在直流电源的作用下，直流电流所通过的路径。画直流通路的方法：电容视为开路，电感视为短路。,2.根据直流通路求静态工作点（、）,输入回路的直流通路：,二、图解法1.根据输
16、入回路求,在输入特性曲线上做点A：设UBE=0，则,做点B：设UBE=2，则,直流负载线：A、B两点的连线就是输入回路的直流负载线，其斜率为静态工作点：直流负载线与输入特性曲线的交点就是静态工作点Q，Q所对应的IB、UBE即为静态工作点的数值IBQ、UBEQ。,2.根据输出回路求,输出回路的直流通路：,在输出特性曲线上做M点：设IC=0，则 做N点：设UCE=0，则直流负载线：连接M、N两点的直线就是输出回路的直流负载线，其斜率为静态工作点：直流负载线与输出特性曲线中的交点就是静态工作点Q，Q所对应的IC、UCE即为静态工作点ICQ、UCEQ的数值。,任务 共射放大电路的动态分析,分析方法,等
17、效电路法图解法,一、等效电路法动态指标：电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro1.画出交流通路交流通路：是放大电路在信号源的作用下，只有交流电流通过的路径。画直流通路的方法：直流电源短路，电容短路。,2.画出交流微变等效电路（1）三极管的微变等效电路微变等效电路：利用输入信号在微小范围内变化时，三极管上的电压、电流近似为线性变化的特点，将三极管等效为线性元件，放大电路等效为线性电路，即微变等效电路。,（2）基本共射放大电路的微变等效电路 用三极管的微变等效电路来代替交流通路中的三极管，即得到放大电路的微变等效电路。,3.求解放大电路的动态指标（1）电压放大倍数Au若电路为空载状态，即,（
18、其中：）,（2）输入电阻ri输入电阻：就是从放大电路输入端看进去的等效动态电阻，它等于输入端的电源信号电压ui与输入信号电流ii之比。当（3）输出电阻ro输出电阻：就是从放大电路输出端（不含负载）看进去的等效动态电阻，它等于输出端的电压uo与输出端的电流io之比。,例2-2 放大电路如图所示，其UCC=20V，RC=RL=6.8K，Rb=510K，硅三极管的=50，用等效电路法求：（1）静态工作点；（2）动态参数Au、ri、ro。,解：（1）,（2）,二、图解法,任务 放大电路的非线性失真失真：是指输出信号的波形与输入信号的波形不成比例的现象。一、截止失真 1.产生的原因 如果静态工作点Q对I
19、BQ、ICQ选得偏低，而输入信号的幅度又相对比较大时，则信号的负半周有一部分进入截止区，使iB的负半周削掉一部分，从而使iC负半周和uCE的正半周也被削掉一部分，产生了因三极管的非线性所引起的非线性失真，称截止失真。,2.改进的措施 减小偏流电阻Rb，以增加偏流电流IBQ，提高静态工作点Q的位置。,二、饱和失真1.产生的原因 如果静态工作点Q对IBQ、ICQ选得偏高，在输出特性上，由于UEQ偏低，iB工作在正半周时iC有一部分已经进入饱和区，这时的集电极电流不再满足iC=iB。此时，iC不会随iB的增加而增加，由此引起的失真称为饱和失真。,2.改进的措施方法一：增大Rb，以减小偏流电流IBQ，
20、降低静态工作点Q的位置。但应注意，选取IBQ时应使iB的正半周不会工作在输出特性曲线的弯曲部分，适当增大UCEQ的数值，以保证集电结工作在反向工作状态。方法二：通过减小Rc来减小等效负载电阻Rc/。,任务 分压式工作点稳定电路的分析 稳定过程,一、静态分析直流通路：I1IBQ I1 I2,二、动态分析 根据交流通路画出微变等效电路,模块2.4 单管放大电路三种组态的识别,模块2.5 多级放大电路的分析与测试,任务 多级放大电路的组成及耦合方式一、多级放大电路的组成,输入级中间级输出级,实现电压放大,实现功率放大，以推动负载,二、多级放大电路的耦合方式耦合方式：在多级放大电路中，把级和级之间的连
21、接方式称为耦合方式。耦合方式：,阻容耦合直接耦合变压器耦合,1.阻容耦合阻容耦合方式：级与级之间通过电容连接的方式称阻容耦合方式。特点：因电容具有“隔直”的作用，所以各级之间的静态工作点具有相互独立，互不影响的特点。但是电容具有一定的容抗，信号在传输过程中会受到一定的衰减。,2.直接耦合阻容耦合方式：把级与级之间直接用导线连接起来的方式称为直接耦合。特点：电路既可以放大交流信号，也可以放大直流和变化缓慢的信号，电路简单，便于做成集成电路。但由于各级之间没有电容，所以各级静态工作点相互牵制，并存在零点漂移的问题。,3.变压器耦合变压器耦合：把级与级之间通过变压器连接起来的方式称为变压器耦合。特点：电路的特点：因为变压器不能传输直流信号，所以各级之间的静态工作点相互独立，互不影响。改变变压器的匝数比可以实现阻抗变换从而获得较大的输出功率。但变压器的体积大，不易集成，也不能传送直流和变化缓慢的信号。,任务 多级放大电路的性能指标估算一、电压放大倍数Au二、输入电阻ri 放大电路的输入电阻就是输入级的输入的电阻。三、输出电阻ro 放大电路的输出电阻就是输出级的输出的电阻。,
