電子技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目教程.ppt

書名：電子技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目教程 ISBN：978-7-111- 45542-4 作者：梁洪潔 出版社：機(jī)械工業(yè)出版社 本書配有電子課件,項(xiàng)目二 放大電路的分析與設(shè)計(jì) 知識(shí)目標(biāo)：掌握晶體管的結(jié)構(gòu)。 掌握晶體管的放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析方法。 能力目標(biāo)：能看懂電路圖，會(huì)搭建電路。 能畫出共射電路，并能對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算。 會(huì)檢查放大電路的結(jié)構(gòu)是否合理，輸出波形是否失真，工作狀態(tài)。,模塊2.1 三極管的識(shí)別和檢測(cè),任務(wù)2.1.1 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 一、三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 三極管又稱雙極型晶體管、晶體管，簡(jiǎn)稱三極管 外形： 分類：NPN型、PNP型,三區(qū)、三極、二結(jié)： 三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū) 三個(gè)極：發(fā)射極e、基極b、集電極c 兩個(gè)結(jié)：發(fā)射結(jié)、集電結(jié) 符號(hào)： 內(nèi)部放大的條件：發(fā)射區(qū)是高濃度摻雜區(qū)；基區(qū)很薄且雜質(zhì)濃度低；集電結(jié)面積大。,二、三極管的分類 1.按組合方式：NPN型和PNP型。 2.按使用材料：硅管和鍺管。 3.按工作頻率：高頻管和低頻管。 4.按功能：開(kāi)關(guān)管、功率管、達(dá)林頓管、光敏管等。 5.按消耗功率：小功率管、中功率管和大功率管等,任務(wù)2.1.2 三極管的偏置及各極電流的關(guān)系 一、晶體管的偏置 外部放大的條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,例2-1 晶體管的三個(gè)極管腳分別為1、2、3，用直流電壓表測(cè)得其在放大狀態(tài)下的電位分別為U1=2V、U2=7V、U3=2.7V，試判斷三極管的類型及三極管對(duì)應(yīng)的各電極。 解：首先根據(jù)兩電極的電位差應(yīng)是0.7V（硅管）或0.3V（鍺管）來(lái)判斷三極管的材料，并確定集電極。其次根據(jù)集電極電位的高低判斷是NPN管還是PNP管，最后根據(jù)剩余兩個(gè)管腳電位的高低判斷發(fā)射極和基極。,硅管，2管腳應(yīng)為集電極c,三極管應(yīng)為NPN型，3號(hào)管腳為基極，1號(hào)管腳為發(fā)射極e,二、晶體管各極電流的形成 1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子的過(guò)程 由于發(fā)射結(jié)外加正向電壓，發(fā)射區(qū)的電子載流子不斷地注入基區(qū)，基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）也流入發(fā)射區(qū)。二者共同形成發(fā)射極電流。但是，由于基區(qū)摻雜濃度比發(fā)射區(qū)的小，流入發(fā)射區(qū)的空穴流與流入基區(qū)的電子流相比，可忽略。,2.載流子在基區(qū)中擴(kuò)散與復(fù)合的過(guò)程 由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子載流子不斷地向集電結(jié)方向擴(kuò)散。由于基區(qū)寬度制作得很小，且摻雜濃度也很低，從而大大地減小了復(fù)合的機(jī)會(huì)，使注入基區(qū)中的電子載流子絕大部分都能到達(dá)集電結(jié)。故基區(qū)中是以擴(kuò)散電流為主的，且擴(kuò)散與復(fù)合的比例決定了晶體管的電流放大能力。 3.集電區(qū)收集載流子的過(guò)程 集電結(jié)外加較大的反向電壓，使結(jié)內(nèi)電場(chǎng)很強(qiáng)，基區(qū)中擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的電子，受強(qiáng)電場(chǎng)的作用，迅速漂移越過(guò)集電結(jié)而進(jìn)入集電區(qū)，形成集電極電流。另一方面，集電結(jié)兩邊的少數(shù)載流子，也要經(jīng)過(guò)集電結(jié)漂移，在集電極和發(fā)射極之間形成反向飽和電流。,三、晶體管的電流分配關(guān)系與放大作用 1.電流分配關(guān)系（以NPN為例） 2.電流放大作用 電流放大系數(shù)：集電極電流變化量與基極電流變化量之比稱為電流放大系數(shù)。 總結(jié)：要實(shí)現(xiàn)晶體管的放大作用，一方面要滿足內(nèi)部條件，即發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，同時(shí)基區(qū)厚度要很??；另一方面要滿足外部條件，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,任務(wù)2.1.3 晶體管的連接方式,共發(fā)射極連接（簡(jiǎn)稱：共射接法） 以基極為輸入端，集電極為輸出端，發(fā)射極為公共端。 共基極連接（簡(jiǎn)稱：共基接法） 以發(fā)射極為輸入端，集電極為輸出端，基極為公共端。 共集電極連接（簡(jiǎn)稱：共集接法） 以基極為輸入端，發(fā)射極為輸出端，集電極為公共端。,任務(wù)2.1.4 三極管的特性曲線 特性曲線：三極管各極電壓與電流之間的關(guān)系用曲線表示就是三極管的特性曲線。 特性曲線分類：輸入特性曲線、輸出特性曲線 測(cè)試電路：,一、輸入特性曲線 輸入特性：指三極管輸入電流和輸入電壓之間的關(guān)系。 輸入特性曲線：輸入特性的曲線即為輸入特性曲線。,二、輸出特性曲線 輸出特性：指三極管輸出電流和輸出電壓之間的關(guān)系。 輸出特性曲線：輸出特性的曲線即為輸出特性曲線。 工作狀態(tài)：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)。,1.截止區(qū) 定義：將IB=0以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。 接法：三極管發(fā)射結(jié)零偏或反偏，集電結(jié)反偏，即 UBE0，UCB0 特點(diǎn)：三極管的發(fā)射極集電極之間相當(dāng)于斷路，類似于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)。 2.飽和區(qū) 定義：將UCEUBE時(shí)是區(qū)域稱為飽和區(qū)。 接法：三極管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏. 特點(diǎn)：在理想狀態(tài)下，三極管的發(fā)射極集電極之間相當(dāng)于短路，類似于開(kāi)關(guān)的閉合狀態(tài)。,3.放大區(qū) 定義：將UCEUBE且=0以上的區(qū)域稱為放大區(qū)。 接法：三極管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 特點(diǎn)：三極管的輸出電流和輸入電流的關(guān)系滿足,任務(wù)2.1.5 三極管的主要參數(shù) 一、電流放大系數(shù) 1.共射電流放大系數(shù)： 1）共射直流電流放大系數(shù)： 是指在共射極放大電路中，若交流輸入信號(hào)為零，則管子各極間的電壓和電流都是直流量，此時(shí)，集電極電流和基極電流之比，即,2）共射交流電流放大系數(shù)： 把兩電流變化量之比稱為共射交流電流放大系數(shù)。 通常： =20200 一般=4080,2.共基極電流放大系數(shù) 1）共基極直流電流放大系數(shù)： 是指在共基極放大電路中，若交流輸入信號(hào)為零，集電極電流和發(fā)射極電流之比 2）共基極交流電流放大系數(shù)： 是指在共基極放大電路中，有交流輸入信號(hào)時(shí)，集電極電流的變化量與發(fā)射極電流的變化量之比,二、極間反向飽和電流 1.反向飽和電流反向飽和電流ICBO 反向飽和電流ICBO是指發(fā)射極開(kāi)路，集電結(jié)加反向電壓時(shí)測(cè)得的集電極電流。在一定溫度下，基本上是常數(shù)，與UCB無(wú)關(guān)。常溫下，小功率鍺管的ICBO為A級(jí)，硅管則更小，為nA級(jí)。 2.穿透電流ICEO 穿透電流ICEO是指基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的反向電流。穿透電流的大小受溫度的影響較大，溫度升高， ICBO增大， ICEO增大。穿透電流ICEO是衡量晶體管質(zhì)量的重要參數(shù)。,三、極限參數(shù) 1.集電極最大允許電流ICM 晶體管的集電極電流ICM在相當(dāng)大的范圍內(nèi)值基本保持不變，但當(dāng)IC的數(shù)值大到一定程度時(shí)，電流放大系數(shù)值將下降。我們把增大到使值下降到正常值的2/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM 。實(shí)際中，集電極電流IC必須滿足IC ICM 。 2.集電極最大允許功耗 集電極最大允許功耗是指晶體管正常工作時(shí)允許消耗的最大功率。 3.集電極發(fā)射極間的擊穿電壓 指基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。,任務(wù)2.1.6 三極管的判別 一、三極管的型號(hào) 一般由五大部分組成。見(jiàn)附錄A。 1）第一部分用數(shù)字表示，為電極數(shù)?！?”代表晶體管。 2）第二部分用字母表示，為晶體管的材料與類型。A表示PNP型鍺管，B表示NPN型鍺管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。 3）第三部分用字母表示，為管子的功能，如G表示高頻小功率管，X表示低頻小功率管等。 4）第四部分用數(shù)字表示，為晶體管的序號(hào)。 5）第五部分用字母表示，為晶體管的規(guī)格號(hào)。,二、三極管的識(shí)別,2.晶體管的識(shí)別 如果晶體管上有型號(hào)，可根據(jù)表2-1判別晶體管，若沒(méi)有用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試前應(yīng)先將萬(wàn)用表調(diào)到R1k檔，并調(diào)零。 （1）晶體管類型和管腳的判別 1）晶體管類型和基極的判別：用萬(wàn)用表的第一根表筆依次接晶體管的一個(gè)引腳，而第二根表筆分別接另兩根管腳，輪流測(cè)量，直至兩個(gè)電阻均很小。這時(shí)第一根表筆所接的那個(gè)電極即為基極b，如果紅表筆接基極則可判定晶體管為PNP型；如果黑表筆接基極b，則為NPN型。 2）晶體管集電極和發(fā)射極的判定：判定晶體管集電極和發(fā)射極的方法有以下兩種。,方法一：對(duì)于NPN型的晶體管，黑表筆接晶體管基極b，紅表筆分別接另外兩個(gè)引腳時(shí)，所測(cè)得的兩阻值一個(gè)大一些，一個(gè)小一些。在阻值小的一次測(cè)量中，紅表筆所接的引腳為集電極c，另一個(gè)為發(fā)射極e。 對(duì)于PNP型的晶體管，紅表筆接晶體管基極b，黑表筆分別接其余兩個(gè)引腳時(shí)，同樣在阻值小的一次測(cè)量中，黑表筆接的引腳為集電極c，另一個(gè)為發(fā)射極e。 方法二：當(dāng)晶體管為NPN型時(shí)，在基極和其中任意極之間接一個(gè)50k100k的電阻或用手連接，如圖2-10所示，將萬(wàn)用表的表筆分別輪流接到晶體管的集電極和發(fā)射極上（基極懸空），直至萬(wàn)用表指針有明顯偏轉(zhuǎn)時(shí)為止。電阻R或手所接兩引腳分別為基極和集電極，另外一引腳為發(fā)射極。 PNP型的判斷與之相反。,3.晶體管質(zhì)量的檢測(cè) 用電阻或手連接基極和集電極，萬(wàn)用表的紅、黑表筆分別接發(fā)射極和集電極。萬(wàn)用表指針偏轉(zhuǎn)的角度越大，說(shuō)明晶體管的放大倍數(shù)越大。如果指針不動(dòng)或者偏轉(zhuǎn)不大，說(shuō)明管子放大能力很差或者已經(jīng)損壞。,任務(wù)2.1.7 特殊三極管 1.光電三極管 光敏晶體管也是一種晶體管，當(dāng)光照強(qiáng)弱變化時(shí)，電極之間的電阻會(huì)隨之變化。光敏晶體管和普通晶體管類似，也有電流放大作用，只是它的集電極電流不只是受基極電路的電流控制，也可以受光的控制。 光敏晶體管的靈敏度比光電二極管高，輸出電流也比光電二極管大，多為毫安級(jí)。但它的光電特性不如光電二極管好，在較強(qiáng)的光照下，光電流與照度不成線性關(guān)系。 符號(hào)：,2.光電耦合器 光敏耦合器在電路中起傳輸和隔離作用。它以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電光電轉(zhuǎn)換器件。主要由發(fā)光源和受光器兩部分組成。發(fā)光源一般為發(fā)光二極管，其引腳為輸入端；受光器一般為光敏二極管、光敏晶體管等，其引腳為輸出端。,（a）光電電阻型 （b）光電二極管型,（c）光電三極管型 （d）光電池,模塊2.2 放大電路的組成,任務(wù)2.2.1 基本共射放大電路的組成和元件的作用,是放大電路的核心元件，具有電流放大的作用,為基極提供合適的偏置電流,將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換成集電極發(fā)射極之間電壓的變化。,是放大信號(hào)所需要的能源，為集電結(jié)提供反向偏置電壓。,起隔直通交的作用。,任務(wù)2.2.2 放大電路中電壓、電流方向和符號(hào)的規(guī)定 一、電壓、電流方向的規(guī)定 電壓和電流的方向是相對(duì)的，為了便于分析，規(guī)定電壓的正方向以“地”為參考零電位，電流以其實(shí)際方向?yàn)檎较颉?二、電壓、電流符號(hào)的規(guī)定 1.直流分量：基本符號(hào)和下標(biāo)符號(hào)均為大寫字母。 如IB、UBE等。 2.交流分量：基本符號(hào)和下標(biāo)符號(hào)均為小寫字母。 如ib、ube等。 3.瞬時(shí)值（交直流疊加）：基本符號(hào)為小寫字母，下標(biāo)符號(hào)均為大寫字母。 如Ib、Ube等。 瞬時(shí)值為直流分量與交流分量之和，即ib= IB + ib 。,模塊2.3 共射放大電路的分析,分析包括,任務(wù)2.3.1 共射放大電路的靜態(tài)分析 靜態(tài)：指輸入信號(hào)ui=0時(shí)放大電路的工作狀態(tài)。 靜態(tài)工作點(diǎn)：電路在放大狀態(tài)下，當(dāng)電路中的UCC、Rc、Rb一定時(shí)，三極管各極的電壓UBE、UCE和電流IB、IC也就確定了。這四個(gè)值在輸入特性曲線和輸出特性曲線上個(gè)對(duì)應(yīng)一個(gè)固定不變的點(diǎn)Q，我們稱之為靜態(tài)工作點(diǎn)，簡(jiǎn)稱工作點(diǎn)，記做IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。,靜態(tài)分析 動(dòng)態(tài)分析,共射放大電路,基本共射放大電路 分壓工作點(diǎn)穩(wěn)定電路,分析方法,等效電路法 圖解法,一、等效電路法 1.根據(jù)放大電路畫出直流通路 直流通路：是放大電路未加輸入信號(hào)時(shí)，放大電路在直流電源的作用下，直流電流所通過(guò)的路徑。 畫直流通路的方法：電容視為開(kāi)路，電感視為短路。,2.根據(jù)直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn) （ 、 、 ）,輸入回路的直流通路：,二、圖解法 1.根據(jù)輸入回路求,在輸入特性曲線上做點(diǎn)A：設(shè)UBE=0，則,做點(diǎn)B：設(shè)UBE=2，則,直流負(fù)載線：A、B兩點(diǎn)的連線就是輸入回路的直流負(fù)載線，其斜率為 靜態(tài)工作點(diǎn)：直流負(fù)載線與輸入特性曲線的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q，Q所對(duì)應(yīng)的IB、UBE即為靜態(tài)工作點(diǎn)的數(shù)值IBQ、UBEQ。,2.根據(jù)輸出回路求,輸出回路的直流通路：,在輸出特性曲線上做M點(diǎn)：設(shè)IC=0，則 做N點(diǎn)：設(shè)UCE=0，則 直流負(fù)載線：連接M、N兩點(diǎn)的直線就是輸出回路的直流負(fù)載線，其斜率為 靜態(tài)工作點(diǎn)：直流負(fù)載線與輸出特性曲線中的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q，Q所對(duì)應(yīng)的IC、UCE即為靜態(tài)工作點(diǎn)ICQ、UCEQ的數(shù)值。,任務(wù)2.3.2 共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析,分析方法,等效電路法 圖解法,一、等效電路法 動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro 1.畫出交流通路 交流通路：是放大電路在信號(hào)源的作用下，只有交流電流通過(guò)的路徑。 畫直流通路的方法：直流電源短路，電容短路。,2.畫出交流微變等效電路 （1）三極管的微變等效電路 微變等效電路：利用輸入信號(hào)在微小范圍內(nèi)變化時(shí)，三極管上的電壓、電流近似為線性變化的特點(diǎn)，將三極管等效為線性元件，放大電路等效為線性電路，即微變等效電路。,（2）基本共射放大電路的微變等效電路 用三極管的微變等效電路來(lái)代替交流通路中的三極管，即得到放大電路的微變等效電路。,3.求解放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo) （1）電壓放大倍數(shù)Au 若電路為空載狀態(tài)，即,（其中： ）,（2）輸入電阻ri 輸入電阻： 就是從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效動(dòng)態(tài)電阻，它等于輸入端的電源信號(hào)電壓ui與輸入信號(hào)電流ii之比。 當(dāng) （3）輸出電阻ro 輸出電阻： 就是從放大電路輸出端（不含負(fù)載）看進(jìn)去的等效動(dòng)態(tài)電阻，它等于輸出端的電壓uo與輸出端的電流io之比。,例2-2 放大電路如圖所示，其UCC=20V，RC=RL=6.8K，Rb=510K ，硅三極管的=50，用等效電路法求： （1）靜態(tài)工作點(diǎn)； （2）動(dòng)態(tài)參數(shù)Au、ri、ro。,解：（1）,（2）,二、圖解法,任務(wù)2.3.3 放大電路的非線性失真 失真：是指輸出信號(hào)的波形與輸入信號(hào)的波形不成比例的現(xiàn)象。 一、截止失真 1.產(chǎn)生的原因 如果靜態(tài)工作點(diǎn)Q對(duì)IBQ、ICQ選得偏低，而輸入信號(hào)的幅度又相對(duì)比較大時(shí)，則信號(hào)的負(fù)半周有一部分進(jìn)入截止區(qū)，使iB的負(fù)半周削掉一部分，從而使iC負(fù)半周和uCE的正半周也被削掉一部分，產(chǎn)生了因三極管的非線性所引起的非線性失真，稱截止失真。,2.改進(jìn)的措施 減小偏流電阻Rb，以增加偏流電流IBQ，提高靜態(tài)工作點(diǎn)Q的位置。,二、飽和失真 1.產(chǎn)生的原因 如果靜態(tài)工作點(diǎn)Q對(duì)IBQ、ICQ選得偏高，在輸出特性上，由于UEQ偏低，iB工作在正半周時(shí)iC有一部分已經(jīng)進(jìn)入飽和區(qū)，這時(shí)的集電極電流不再滿足iC=iB。此時(shí)，iC不會(huì)隨iB的增加而增加，由此引起的失真稱為飽和失真。,2.改進(jìn)的措施 方法一：增大Rb，以減小偏流電流IBQ ，降低靜態(tài)工作點(diǎn)Q的位置。 但應(yīng)注意，選取IBQ時(shí)應(yīng)使iB的正半周不會(huì)工作在輸出特性曲線的彎曲部分，適當(dāng)增大UCEQ的數(shù)值，以保證集電結(jié)工作在反向工作狀態(tài)。 方法二：通過(guò)減小Rc來(lái)減小等效負(fù)載電阻Rc/ 。,任務(wù)2.3.4 分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的分析 穩(wěn)定過(guò)程,一、靜態(tài)分析 直流通路： I1IBQ I1 I2,