晶体三极管知识全解.ppt

第 7章 晶体三极管知识全解 掌握三级管关键知识点： （ 1）三级管是一个电流控制器件，用一个很小的基极电 流就能控制一个很大的集电极电流或发射极电流。基极电 流能够控制集电极或发射极电流，也就是电流的放大，三 极管对信号的放大特性。 (2)掌握三极管放大状态、截止状态和饱和状态的特性。 三极管用来放大信号时，三极管必须工作在放大状态，否 则三极管就无法对信号进行无失真的放大。三极管工作在 开关状态时工作于截止和饱和两个状态。 (3)掌握三极管在三种工作状态下的备电极电压、电流之 间关系，这是分析和检修三极管电路的根本保证。 (4)三极管电路分析复杂，掌握三极管重要特性和典型应 用电路的基础上才能学会分析各种三极管应用电路。 7.1 三极管基础知识 三极管各电极之间电流大小关系： 7.1.3 三极管三种工作状态：截止、放大、饱和 三极管截止工作状态： 在截止状态下，输入三极管的信号要处于截止区，用来放 大信号的二极管不允许工作在截止状态，否则信号会产生 严重的非线性失真。 所谓非线性可以这样理解，给三极管输入一个标准的正弦 信号，从三极管输出信号已不是一个标准的正弦信号，输 出信号与输入信号不同就是失真，如图 7.7所示，产生这一 失真的原因是三极管截止区的非线性。 当三极管用于开关电路中时，三极管的一个工作状态就是 截止状态。 三极管放大工作状态解说： 当三极管用来放大信号时，三极管工作在放大状态，输入 三极管的信号进入放大区，这时的三极管是线性的，信号 不会出现非线性失真。 在放大状态下， Ic=Ib中 的大小基本不变，有一个基极 电流就有一个与之相对应的集电极电流。 值基本不变是 放大区的一个特征。 在线性状态下，给三极管输入一个正弦信号，三极管输 出的也是正弦信号，此时输出信号的幅度比输入信号的要 大，如图 7.8所示，说明三极管对输入信号已有了放大作用， 但是正弦信号的特性未改变，所以没有非线性失真。 输出信号的幅度变大，这也是一种失真，称为线性失真， 在放大器中这种线性失真是需要的，没有这种线性失真放 大器就没有放大能力，线性失真和非线性失真不同。 三极管饱和工作状态： 三极管在放大工作状态肋基础上，如果基极电流进一步增 大许多，三极管将进入饱和状态，这时的三极管电流放大 倍数夕要下降许多，饱和得愈深其多值愈小，电流放大倍 数 一直能小到小于 1的程度，这时三极管没有放大能力。 在三极管处于饱和状态时，输入三极管的信号要进入饱 和区 ,这也是一个非线性区，所以放大信号时三极管也不能 进入饱和区。 在开关电路中，三极管的另一个工作状态是饱和状态。 在三极管的三种工作状态中，三极管工作电流都有一定 的范围，其中截止区的电流范围为最小，放大区的范围为 最大，饱和区其次，当然通过外电路的调整也可以改变各 工作区的电流范围。 7.1.4 三极管各电极电压与电流之间关系 三极管基极电压用 表示， 是集电极电压， 是发射极电 压。 三极管基极电压： 电路中，直流工作电压 +V通过电阻 R1和 R2分压，加到三 极管 VT1基极，作为 VT1管的基极直流电压。改变电阻 R1 或 R2的阻值大小，可以改变三极管基极电压的大小。 直流电压 +V产生的电流经 R 1送入三极管 VT1基极，另 一部分电流经 R2到地。电阻 R1中的电流为 Il， R2中的电流 为 I2， Il I2十 IB，在实用电路中为了使三极管工作比较稳 定，要求 I1比 JI大 510倍。 BU CU EU 三极管集电极电压： 直流工作电压 +V经 R3加到三极管 VT1集电极上， R3两端 的电压 U3 Ic R3，集电极电压 Uc +V-U3， 当直流工 作电压 +V和 R3确定后，集电极电压只与集电极电流 Ic的大 小有关，而集电极电流受基极电流控制，所以最终三极管 的集电极电压由基极电流决定。 三极管发射极电压： 发射极电压与发射极电流 Ie和发射极电阻 R4大小相关。由 于发射极电流受基极电流控制，所以发射极电压大小由基 极电流大小决定。 进行电路故障分析和修理中，通过测量电极上的直流电压大 小，运用上述理论推理出故障性质和具体的故障部位。 三极管进入放大状态的条件： (1)给三极管的集电结加反向偏置电压。 (2)给三极管的发射结加正向偏置电压。 无论是 NPN型三极营还是 PNP型三极管，这两个条件一样， 并且两个条件要同时满足。三极管的这两个条件通过直流电 路来实现。 7.1.5 三极管主要参数 直流参数、交流参数和极限参数。 7.2 三极管故障处理方法 7.2.1 三极管故障现象和检测方法 三极管检测方法： 对三极管的质量检测可以在路测量，也可以将三极管脱开 电路后进行测量。测量中主要使用万用表的欧姆档 (Rxlk)。 关于三极管的检测方法本章实验内容中详解介绍，这里提 示下列几点： (1)实际检测中，常常采用测量电流放大倍数月来区别三极 管的好坏，如果夕基本正常，说明三极管是好的。 (2)测量三极管集电结、发射结的正向和反向电阻大小， 可以初步判断三极管的好坏。在测量中，注意以下几个问 题： 测量阻值为无穷大，说明存在开路故氏测量阻值为零 或很小，说明存在击穿故障。 测量两个刚结正向、反向电阻时，只要有一个的正向 或反向阻值不正常，三极管已经损坏；测量有一个 PN结的 正向、反向电阻相差不大，说明该三极管的性能变劣。 测量三极管的穿透电流大小，这一电流太大时三极管 也不能使用，工作稳定性差。 7.3 三极管主要特性 基极电流是信号输入电流，集电极电流和发射极电流是信 号输出电流，信号输出电流远大子信号输入电流，说明三 极管能够对输入电流进行放大。 三极管基极电流控制集电极电流特性： 当三极管工作在放大状态时，三极管集电极电流和发射极 电流由直流电源提供，三极管本身并不能放大电流，只是 用基极电流去控制由直流电源为集电极和发射极所提供电 流的特性。 电路中的 R2为三极管 VT1集电极提供电流通路，流过 VT1 集电极的电流回路是：直流工作电压 +V 集电极电阻 R2 VT1管集电极 管发射极 地线，构成回路。 集电极电流由直流工作电压 +V提供，但是集电极电流的 大小受到基极电流的控制，基极电流大集电极电流大，基 极电流小集电极电流小，所以基极电流只是控制了直流电 源 +V为 VT1管集电极所提供电流的大小。 综上所述，三极管能将直流电源的电流按照基极输入电流 的要求转换成集电极电流和发射极电流，从这个角度上讲 三极管是一个电流转换器件。所谓电流放人，就是将直流 电源的电流，按基极输入电流的变化规律转换成集电极电 流和发射极电流。 7.3.2 三极管内阻可控和开关特性 三极管集电极和发射极之间的内阻随基极电流大小变化而 变化，当基极电流愈大时，三极管的这一内阻愈小，反之 则大。利用三极管集电极和发射极之间的内阻随基极电流 大小变化特性，可以设计成各种控制电路。 三极管同二极管一样，也可以作为电子开关器件，构成电 子开关电路。当三极管用于开关电路中时，三极管工作在 截止、饱和两个状态。 7.3.3 输入回路和输出回路 三极管输入回路： 从电路小可以看出，基极和发射极构成 输入回路，输入回路中的电流回路是： E1正极 R1 VT1基极 VT1发射极 E1负极，构成回路。 三极管输出回路： 从电路中可以看出，集电极和发射极构 成输出回路，输出回路中的电流回路是： E2正极 R2 VT1集电极 VT1发射极 E2负极，构成回路。 这是共发射极放大器的输入回路和输出回路，三极管三 个电极中共用发射极 7.3.4 三极管发射极电压跟随特性 三极管进入放大工作状态后，基极与发射极之间的则结已 处于导通状态这一州结导通后压降大小基本不变。这样， 基极电压升高时发射极电压也升高，基极电压下降时发射 极电压也下降，显然发射极电压跟随基极电压变化而变化。 三极管的发射极电压跟随特性有一定条件，并不是在任何 电压大小下均存在这一特性，只在基极与发射极之间的 PN 结处于导迈状态时，发射极电压才跟随基极电压。 三极管的直流电路分析过程中用到这一特性。无论是 NPN型还是 PNP型三极管都存在这一特性。 7.4 三极管直流电压供给电路 为了使三极管工作在放大状态下，必须给三极管一定的工 作条件，即给三极管各电极一个合适的直流工作电压，以 便三极管各电极有适当的直流电流，否则三极管不能工作 在放大状态。当三极管不工作在放大状态时，也要绘三极 管一个合适的直流电压。 三极管有静态和动态两种工作状态。 三极管的直流工作电流称为静态工作电流，给三极管加 入交流传号之间的工作电流称为动态工作电流。 三极管直流电路分析： (1)直流工作电压如何加到三极管各个电极上，主要是两 条直流电路：一是三极管集电极与发射极之间的直流电路， 二是基极直流电路。通过这一步分析可以搞清楚，直流工 作电压是如何加到集电极、基极和发射极上。 (2)找出基极偏置电路中的各元器件，即找出基极偏置电 路。 三极管交流电路分析： (1)交流信号的传输线路分析，信号从哪里输入到放大器 中，信号在这级放大器中具体经过了哪些元器件，信号最 终从明里输出，这是交流分析中的重要一环。 (2)分析信号在传输过程中受到了哪些处理环节，如信号 在哪个环节是放大，在哪个环节是受到衰减，哪个环节不 放大也不衰减，信号是不是受到了补偿等。 电路中各元器件作用分析： (1)分析电路中元器件作用时，依据该元器件的主要特性来 进行分析。耦合电容器让交流信号无损耗地通过，而同时 限断直流通路。 (2)电路中的每个元器件那有它的特定作用。 (3) 了解三极管放大信号原理后，在进行元器件分析时只 要知道该三极管工作在放大状态即可。 7.4.2 三极管直流电压供给电路 三极管集电极与发射极之间直流电路： 只有给集电极加上的电压高于发射极电压时，发射极电流 才能从管内流出管外。 三极管基极直流电路： 仅仅给三极管集电极与发射极之间加上正常的直流电压还 不行，因为集电极电流受基极电流控制，必须给三极管基 极加上正确的直流电压，使三极管有基极电流。 在直流工作电压 +V端与 VT1管基极之间接入电阻 R1，这样 十 V通过 R1加到 VT1管基极，建立了 VT1管基极电压，并 且使基极电压大于发射极电压，基极与发射极之间的发射 结处于正向偏置状态， VT1管产生基极电流。 电阻 R1的作用是为 VT1管提供基极偏置电流，从而得到 相应的集电极电流和发射极电流。 三极管直流电流回路分析： 三极管 VT1基极电流的回路是这样：直流工作电 +V R1 VT1管基极 VT1管发射极 地端，这一回路中有电压 +V，而且构成回路，所以有基极电流。三极管的基极电流 回路也是三极管信号输入信号电流回路。 三极管 VT1集电极与发射极之间电流回路是：直流工作电 压 +V 集电极电阻 R2 VT1管集电极 VT1管发射极 地线。三极管集电极与发射极电流回路也是三极管信号输 出电流回路。 两种极性三极管直流电压供给电路对比： 关于 NPN型和 PNP型三极管直流电流电压供给电路的比较 主要说明以下几点： (1)无论哪种极性三极管，在放大状态时均要求发射结处 于正向偏置状态。对于 NPN型三极管而言，要求基极电压 高于发射极电压，发射结才处于正向偏置状态；对于 PNP 型三极管而言，要求发射极电压高于基极电压，发射结才 处于正向偏置状态。 (2)无论采用正电源还是负电源供电，对于 NPN型三极管 而 言，集电极电压均应该高于发射极电压；对于 PNP型三极管 而言，发射极电压均应该高于集电极电压。 (3)对于 NPN型和 PNP型三极管，基极电压与发射极电压哪 一个高时发射结处于正向偏置状态，可以用发射极箭头来帮 助记忆，箭头指向就是电压降低方向。 7.4.3 三极管基极偏置电路 三极管各电极直流电压供给电路，主要是进行基极电压供给 电路的分析，这一电路称为 基极偏置电路，简称偏置电路。 三极管基极静态偏置电流作用： 偏置电路的作用是给三极管提供基极直流电流，这一电流又 称基极静态偏置电流。 只有当三极管工作在放大状态时，才给三极管提供静态偏 置电流，而这一电流是保证三极管工作在放大状态的必要条 件，静态电流不正常，三极管放大信号的工作就一定不正常。 静态工作电流就是没有信号输入放大管时三极管的直流工作 电流，这一电流由放大器电路中的直流电源电路来提供。 偏置电路的种类较多，主要有固定式偏置电路、分压式偏 置电路和集电极一基极负反馈式偏置电路。 三极管基极偏置电路分析方法： (1)电路分析的第一步是在电路中找出三极管的电路符号。 (2)在三极管电路符号中找出基极，这是分析基极偏置电 路的关键一步。 (3)从基极出发，将基极与电源端 (+V端或 -V端 )相连的所 有元件找出来，再将基极与地线端相连的所有元器件找出 来，这些元器件构成基极偏置电路的主体电路。 (4)上述与基极相连的元件中，区别哪些元器件可能是偏 置电路中的元器件。电阻器有可能构成偏置电路，电容器 具有隔直作用而视为开路，所以在分析基极直流偏置电路 中，不必考虑电容器。 (5)确定偏置电路中元器件后，进行基极电流回路的分析。 三极管固定式偏置电路： 如图所示是固定式偏置电路。电路中的 VT1是 NPN型三极管， 采用正极性电源 +V供电。电阻 R1为 VT1管提供基极电流，在 直流工作电压 +V和电阻 R1的阻值大小确定后，流入三极管 的基极电流就固定，所以 R1称为固定式偏置电阻。 无论是采用正极性直流电源还是负极性直流电源，无论是 NPN型三极管还是 PNP型三极管，三极管固定式偏置电阻只 有一个。 三极管分压式偏置电路： 电阻 R1和 R2构成直流工作电压 +V的分压电路，分压后电 压加到 VT1管基极，给基极一个直流偏置电压，建立 VT1 管基极直流偏置电压。 电路中 VT1管发射极通过电阻 R44接地，基极电压高于 地端电压，所以基极电压高于发射极电压，发射结处于正 向偏置状态。 如图 7.17所示，流过 R1的电流分成两路：一路流入基极 作为三极管 VT1的基极电流，其基极电流回路为 +V R1 VT1管基根 VT1管发射极 R4 地端；另一路通 过电阻 R2流到地端。 分压式偏置电路中， R1称为上偏置电阻， R2称为下偏置 电阻，虽然基极电流通过上偏宣电阻 R1构成回路，但是 R1 和 R2分压后的电压决定了 VT1管基极电压的大小，也就是 决定了基极电流的大小，所以 R1和 R2同时决定 VT1管基极 电流的大小。 三极管分压式偏置电路识图总结： (1)无论是 NPN型还是 PNP型三极管，无论是采用正电源还 是负电源，一般情况偏置电路用两个电阻构成。 (2)两个偏置电阻中，有一只电阻直接构成了基极电流的 回路，分析电路时识别出哪只电阻通过基极电流，因为当 这只电阻开路后三极管就没有基极电流，而另一只电阻开 路后只会便基极电流更大。 三极管集电极基极负反馈式偏置电路： 反馈电阻通常在 100k。 电路中，电阻 R1接在 VT1管集电 极与基极之间，这是偏置电阻， R1为 VT1管提供了基极电 流回路，电流回路是： +V端 R2 VT1管集电极 R1 VT1管基极 VT1管发射极 地端，这一回路中有电 源 +V，所以能有基极电流。由于 R1接在集电极与基极之 间，并且 R1具有负反馈的作用，所以称为集电极一基极负 反馈式偏置电路。 7.5三极管交流电路 三极管交流工作状态是指放大信号的过程，对信号的有效、 无失真地放大和处理是在这个过程中完成的。 三极管单级放大器是电路中最小放大单元电路，它能够 独立地完成对信号的放大任务，通常单级放大器电路中只 使用一只三极管 (差分放大器电路中一级放大电路需要两只 三极管 )， 一个放大系统是由许多单级放大器电路构成的。 7.5.1 三极管三种类型放大器 7.5.2 三极管共射极放大器电路 电路中三极管的发射极被共用时，就是共发射极放大器。 电路中三极管的集电极被共用时，就是共集电极放大器。 电路中三极管的基极被共用时，就是共基极放大器。 因为三极管有一根引脚被共用，而且放大器的地线是电 路中的共用参考点，所以三极管的一根引脚应该交流接地。 在识图时，只要看出三极管的哪报引脚是交流接地的，就 可以判断出放大器是什么类型。 电路中的三极管 VT1的发射极通过电容 C4接地端，对交流 信号而言，因为 C4的容量较大容抗很小而呈通路，这样对 交流信号而言 VT1的发射极相当于接地，所以这是一级共 发射极放大器。从图中可以看出， VT1管的基极和集电极 不接地。 单级放大器直流电路分析： 进行直流电路分析时，因为电容不能让直流电流通过，所 以所有电容可以看成开路。 直流电压 +V经电阻 R3加到 VT1管集电极， +V经电阻 R1 和 R2分压后加到 VT1管基极， VT1管发射极通过电阻 R4接 地。这样 VT1管三个电极都有了进入放大状态所需要的直 流工作电压， VT1管具备了信号放大能力。 单级放大器交流电路分析： 输入信号 Ui通过电容 C2加到 VT1管基极，其输入信号电流 回路是：输入信号 Ui C2 VT1管基极 VT1管发射极 发射极旁路电容 C4 地端，构成回路。 三极管 VT1集电极输出放大后的信号，这一信号经过电 容 C3耦合，加到后级电路中。输出信号的电流回路是； VT1管集电极 输出端耦合电容 C3 负载电路 地端 VTl管发射极旁路电容 C4，通过 VT1管发射极和集电极构 成回路。