第2章三极管及其放大电路基础

掌握三极管的结构及符号，能识别引脚；掌握三极管的结构及符号，能识别引脚；了解三极管的特性曲线、主要参数、温度对三极管特性的影响；了解三极管的特性曲线、主要参数、温度对三极管特性的影响；能在实践中正确使用三极管；能在实践中正确使用三极管；会用万用表判别三极管的引脚和质量优劣。会用万用表判别三极管的引脚和质量优劣。2.1.1 2.1.1 三极管的结构与符号三极管的结构与符号 一一、三极管的外形、三极管的外形 三极管从封装外形来分，一般有硅酮塑料封装、金属封装，以及用于表面三极管从封装外形来分，一般有硅酮塑料封装、金属封装，以及用于表面安装的片状三极管，目前常用的安装的片状三极管，目前常用的9090系列三极管采用系列三极管采用TO-92TO-92型塑封，它们的型塑封，它们的型号一般都标在塑壳上。如图所示。型号一般都标在塑壳上。如图所示。三极的外形三极的外形2.1.1 2.1.1 三极管的结构与符号三极管的结构与符号 二二、三极管的结构与符号、三极管的结构与符号 三极管有三个电极，分别从三极管三极管有三个电极，分别从三极管内部引出，三极管的核心是两个互相联内部引出，三极管的核心是两个互相联系的系的PNPN结，它是根据不同的掺杂工艺在结，它是根据不同的掺杂工艺在一个硅片上制造出三个掺杂区域而形成。一个硅片上制造出三个掺杂区域而形成。在三个掺杂区域中，位于中间的区在三个掺杂区域中，位于中间的区域称为基区，引出基极，两边的区域称域称为基区，引出基极，两边的区域称为发射区和集电区，分别引出发射极和为发射区和集电区，分别引出发射极和集电极；基区和发射区的集电极；基区和发射区的PNPN结称为发射结称为发射结，基区和集电区的结，基区和集电区的PNPN结成为集电结。结成为集电结。按两个按两个PNPN结组合方式不同，三极管可分为结组合方式不同，三极管可分为PNPPNP型、型、NPNNPN型两类。如果边型两类。如果边是是N N区，中间夹着区，中间夹着P P区，就称为区，就称为NPNNPN型三极管；反之，则称为型三极管；反之，则称为PNPPNP型三管。如型三管。如图所示。图所示。2.1.2 2.1.2 三极管中的电流分配和放大作用三极管中的电流分配和放大作用 一一、放大的概念、放大的概念 只要给电路中的三极管外加合适只要给电路中的三极管外加合适的电源电压，就会产生电流的电源电压，就会产生电流 、和和 ，这时很小的，这时很小的 就可以就可以控制比它大控制比它大上百倍的上百倍的 。显然。显然 不是由三极管不是由三极管产生的，而是由电源电压在产生的，而是由电源电压在 的控的控制下提供的，这就是三极管的能量转制下提供的，这就是三极管的能量转换作用。如图所示换作用。如图所示。电流放大示意图电流放大示意图2.1.2 2.1.2 三极管中的电流分配和放大作用三极管中的电流分配和放大作用 二二、三极管的电流放大作用、三极管的电流放大作用测试电路如图所示。测试电路如图所示。实验数据表明实验数据表明 （1 1）三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信号控制较大的）三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信号控制较大的集电极电流信号，实现集电极电流信号，实现“以小控大以小控大”的作用。的作用。（2 2）三极管电流放大作用的实现需要外部提供直流偏置，即必须保证三极）三极管电流放大作用的实现需要外部提供直流偏置，即必须保证三极管发射结加正向电压（正偏），集电结加反向电压（反偏）。这时，三电极电管发射结加正向电压（正偏），集电结加反向电压（反偏）。这时，三电极电流流I Ib b、I Ic c 、I Ie e方向如图所示，电位关系应为方向如图所示，电位关系应为V Vc c V Vb b V Ve e。2.1.3 2.1.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 一一、三极管特性曲线测试、三极管特性曲线测试 三极管在电路应用时，必定有一个电极作为信号的输入端，一个电极作三极管在电路应用时，必定有一个电极作为信号的输入端，一个电极作为信号的输出端，另一个电极作为输入、输出回路的公共端，由此，三极管为信号的输出端，另一个电极作为输入、输出回路的公共端，由此，三极管在电路中有三种组态（连接方式）。如图所示。在电路中有三种组态（连接方式）。如图所示。三极管的三种组态三极管的三种组态二、共射输入特性曲线二、共射输入特性曲线 2.1.3 2.1.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 如图所示的共射输入特性曲线是如图所示的共射输入特性曲线是指当指当 为某一定值时，基极电流为某一定值时，基极电流 和发射极电压和发射极电压 之间关系。之间关系。2.1.3 2.1.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 三、共射输出特性曲线三、共射输出特性曲线 共射输出特性曲线是在基极电流共射输出特性曲线是在基极电流 为一常量的情况下，集电极电流为一常量的情况下，集电极电流 和管压降和管压降 之间的关系。通常把三极管输出特性曲线分为截止、饱和和放之间的关系。通常把三极管输出特性曲线分为截止、饱和和放大三个区域。如图所示。大三个区域。如图所示。NPNP型三极管的三种工做状态如表所示。型三极管的三种工做状态如表所示。三极管输出特性曲线及测量三极管输出特性曲线及测量2.1.4 2.1.4 三极管的使用常识三极管的使用常识 一、三极管器件手册查阅一、三极管器件手册查阅 1.1.三极管型号命名三极管型号命名 2.1.4 2.1.4 三极管的使用常识三极管的使用常识 一、三极管器件手册查阅一、三极管器件手册查阅 2.2.常用三极管主要参数查阅常用三极管主要参数查阅 1 1）电流放大系数）电流放大系数（1 1）共射极直流电流放大系数）共射极直流电流放大系数 三极管共射接法时，当三极管共射接法时，当 为规定值时，集电极直流电流为规定值时，集电极直流电流 和基极电流和基极电流 的比值为，即的比值为，即（2 2）共射极交流电流放大系数）共射极交流电流放大系数 三极管共射接法时，当三极管共射接法时，当U UCECE为规定值时，集电极直流电流变化量为规定值时，集电极直流电流变化量 和和基极电流变化量基极电流变化量 的比值为的比值为，即，即2.1.4 2.1.4 三极管的使用常识三极管的使用常识 一、三极管器件手册查阅一、三极管器件手册查阅 2.2.常用三极管主要参数查阅常用三极管主要参数查阅 2 2）极间反向电流）极间反向电流 和和 （1 1）集）集-基反向饱和电流基反向饱和电流 是发射极开路时集电极的反向饱和是发射极开路时集电极的反向饱和电流。电流。（2 2）集）集-射反向饱和电流射反向饱和电流 是基极开路时集电极和发射极之间是基极开路时集电极和发射极之间的穿透电流。的穿透电流。2.1.4 2.1.4 三极管的使用常识三极管的使用常识 一、三极管器件手册查阅一、三极管器件手册查阅 2.2.常用三极管主要参数查阅常用三极管主要参数查阅 3 3）主要极限参数）主要极限参数主要极限参数如图所示主要极限参数如图所示 （1 1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 一般规定三极管电流放大系数一般规定三极管电流放大系数下降到额定值的下降到额定值的2/32/3时的集电极电流，称为时的集电极电流，称为集电极最大允许电流。实际使用时，必须使集电极最大允许电流。实际使用时，必须使 ，否则，否则将明显下降。将明显下降。（2 2）集电极最大允许耗散功率）集电极最大允许耗散功率 表示集电极允许损耗功率的最大值。在应用中，必须使三极管的表示集电极允许损耗功率的最大值。在应用中，必须使三极管的 ，否则会使三极管性能变坏或烧毁。，否则会使三极管性能变坏或烧毁。（3 3）集）集-射反向击穿电压射反向击穿电压 是基极开路时（是基极开路时（），），允许加在集允许加在集-射极之间的最大反向电压。射极之间的最大反向电压。若集电结反偏电压超过该值，将导致反若集电结反偏电压超过该值，将导致反向电流剧增，从而使三极管损坏。向电流剧增，从而使三极管损坏。2.1.4 2.1.4 三极管的使用常识三极管的使用常识 一、三极管器件手册查阅一、三极管器件手册查阅 3.3.三极管引脚排列三极管引脚排列 三极管引脚识读如表所示三极管引脚识读如表所示2.1.4 2.1.4 三极管的使用常识三极管的使用常识 二、小功率三极管检测二、小功率三极管检测 1 1.三极管基极和类型判断三极管基极和类型判断 万用表置于万用表置于R R1k1k挡。用万用表的第一根表笔依次接三极管的一个引脚，挡。用万用表的第一根表笔依次接三极管的一个引脚，而第二根表笔分别接另两根引脚，以测量三极管三个电极中每两个极之间的正、而第二根表笔分别接另两根引脚，以测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。反向电阻值。当第一根表笔接某电极，而第二根表笔先后接触另外两个电极均测得较小当第一根表笔接某电极，而第二根表笔先后接触另外两个电极均测得较小电阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极电阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b b。如果接基极。如果接基极b b的第一根表的第一根表笔是红表笔，则可判定三极管为笔是红表笔，则可判定三极管为PNPPNP型；如果是黑表笔接基极型；如果是黑表笔接基极b b，则可判定三极，则可判定三极管为管为NPNNPN型。测量方法如图所示型。测量方法如图所示。类型判断和基极的测量方法类型判断和基极的测量方法2.1.4 2.1.4 三极管的使用常识三极管的使用常识 二、小功率三极管检测二、小功率三极管检测 2 2.三极管引脚的判断和三极管引脚的判断和值估测值估测 选择能测选择能测 的万用表。将万用表置于的万用表。将万用表置于R R1k1k挡，根据被测三极管的管型，挡，根据被测三极管的管型，将三极管的基极引脚将三极管的基极引脚b b插入插入NPNNPN或或PNPPNP对应的插孔，另两个引脚分别插入对应的插孔，另两个引脚分别插入NPNNPN或或PNPPNP的其他插孔，以测量三极管的的其他插孔，以测量三极管的 （），然后再将三极管倒过来（基极），然后再将三极管倒过来（基极b b位置位置不变）再测一遍，两次测量结果明显不同，测得不变）再测一遍，两次测量结果明显不同，测得 （）值比较大的一次时，）值比较大的一次时，三极管的三个引脚极性恰好分别对应三极管的三个引脚极性恰好分别对应NPNNPN或或PNPPNP插孔上的插孔上的e e、b b、c c。这时测得的。这时测得的 值，即为该三极管的直流电流系数的估测值。测量方法如图所示值，即为该三极管的直流电流系数的估测值。测量方法如图所示。判断引脚的测量方法判断引脚的测量方法2.1.4 2.1.4 三极管的使用常识三极管的使用常识 3.3.三极管性能简易判断三极管性能简易判断二、小功率三极管检测二、小功率三极管检测 简易判断三极管性能时，可将万用表置于简易判断三极管性能时，可将万用表置于R R1k1k挡，分别用红、黑表笔挡，分别用红、黑表笔测量三极管各极间阻值，然后将测量结果对照下表大致判断三极管的好坏。测量三极管各极间阻值，然后将测量结果对照下表大致判断三极管的好坏。2.1.4 2.1.4 三极管的使用常识三极管的使用常识 三、三极管选用三、三极管选用 1.1.三极管使用频率三极管使用频率 选用三极管首先要明确电路是工作在低频场合还是在高频场合。工程设选用三极管首先要明确电路是工作在低频场合还是在高频场合。工程设计中一般要求三极管的计中一般要求三极管的 高于电路工作频率高于电路工作频率3 3倍以上。倍以上。2.2.三极管工作的安全性三极管工作的安全性 对于工作在大电流场合的三极管，如驱动继电器等，应根据实际工作电对于工作在大电流场合的三极管，如驱动继电器等，应根据实际工作电流选用流选用 较大的管子，从而保证集电极工作电流较大的管子，从而保证集电极工作电流 。对于工作在大功率场合的三极管，应重点考虑三极管的集电极最大耗散对于工作在大功率场合的三极管，应重点考虑三极管的集电极最大耗散功率功率 ，使三极管额定消耗功率，使三极管额定消耗功率 。同时，大功率三极管在使用时，。同时，大功率三极管在使用时，因功耗较大，应按要求加装一定规格尺寸的散热片。因功耗较大，应按要求加装一定规格尺寸的散热片。能识读和绘制基本共射放大电路图，理解共射放大电路主要元件的作用；能识读和绘制基本共射放大电路图，理解共射放大电路主要元件的作用；了解温度对放大电路静态工作点的影响；了解温度对放大电路静态工作点的影响；能识读分压式偏置放大电路的电路图，了解分压式偏置放大电路的工作原理；能识读分压式偏置放大电路的电路图，了解分压式偏置放大电路的工作原理；了解共射、共集和共基三种放大电路的电路构成特点；了解共射、共集和共基三种放大电路的电路构成特点；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；了解放大电路的直流通路与交流通路；了解放大电路的直流通路与交流通路；会使用公式估算静态工作点、输入电阻、输出电阻和电压放大倍数；会使用公式估算静态工作点、输入电阻、输出电阻和电压放大倍数；能搭接分压式偏置放大电路，会调整静态工作点；能搭接分压式偏置放大电路，会调整静态工作点；2.2.1 2.2.1 共射极基本放大电路共射极基本放大电路 一、电路组成一、电路组成 如图所示。如图所示。二、元器件的作用二、元器件的作用元器件的作用如图所示元器件的作用如图所示 2.2.1 2.2.1 共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路 元器件的作用元器件的作用2.2.2 2.2.2 静态工作点和放大原理静态工作点和放大原理基极不加偏置电阻时工作波形基极不加偏置电阻时工作波形 为了避免放大电路的为了避免放大电路的非线性失真，必须设置非线性失真，必须设置合适的静态工作点，才合适的静态工作点，才能保证放大电路不失真能保证放大电路不失真地放大输入信号。波形地放大输入信号。波形如图所示。如图所示。一、设置静态工作点的必要性一、设置静态工作点的必要性 基本放大电路中交、直流基本放大电路中交、直流量共存，电路在没有输入信号、量共存，电路在没有输入信号、只有直流电源单独作用下的直只有直流电源单独作用下的直流工作状态，简称为静态。放流工作状态，简称为静态。放大电路在静态时，三极管各级大电路在静态时，三极管各级电压和电流在输入、输出特性电压和电流在输入、输出特性曲线上可以确定坐标点曲线上可以确定坐标点Q Q,该该Q Q点称为静态工作点。输入输出点称为静态工作点。输入输出特性曲线如图所示。特性曲线如图所示。二、共射放大电路的工作原理二、共射放大电路的工作原理 2.2.2 2.2.2 静态工作点和放大原理静态工作点和放大原理 在放大电路中，输入信在放大电路中，输入信号号 经过经过 耦合加至三极管耦合加至三极管b b、e e极后，各极电压、电流极后，各极电压、电流大小均在直流量的基础上，大小均在直流量的基础上，叠加了一个随叠加了一个随 变化而变化变化而变化的交流量，这时电路处于交的交流量，这时电路处于交流状态或动态工作状态，简流状态或动态工作状态，简称为动态。电路及波形如图称为动态。电路及波形如图所示。所示。三、静态工作点对放大电路的影响三、静态工作点对放大电路的影响 2.2.2 2.2.2 静态工作点和放大原理静态工作点和放大原理共射基本放大电路实验示意共射基本放大电路实验示意 在放大电路的输入端送入在放大电路的输入端送入 =1kHz=1kHz，幅度适当的正弦信号，输出端用示波，幅度适当的正弦信号，输出端用示波器观察输出电压波形。实验示意如图所示。器观察输出电压波形。实验示意如图所示。观察到的输出波形观察到的输出波形如图所示。如图所示。一、分压式偏置放大电路构成一、分压式偏置放大电路构成电路如图所示。电路如图所示。2.2.3 2.2.3 工作点稳定的三极管放大电路工作点稳定的三极管放大电路二、工作原理二、工作原理 2.2.3 2.2.3 工作点稳定的三极管放大电路工作点稳定的三极管放大电路 为了稳定静态工作点，通常情况下，为了稳定静态工作点，通常情况下，电路参数的选取应满足电路参数的选取应满足 因此，因此，为为 当温度升高时，分压式偏置放大电路稳定当温度升高时，分压式偏置放大电路稳定工作点的过程可表示为：工作点的过程可表示为：一、主要性能指标一、主要性能指标2.2.4 2.2.4 放大电路的分析方法放大电路的分析方法1.1.放大倍数放大倍数 （1 1）电压）电压放大倍数放大倍数 是指放大电路输出电压有效值和输入电压有效是指放大电路输出电压有效值和输入电压有效值之比，定义为值之比，定义为 （2 2）电流）电流放大倍数放大倍数 是指放大电路输出电压有效值和输入电压有效是指放大电路输出电压有效值和输入电压有效值之比，定义为值之比，定义为 （3 3）功率）功率放大倍数放大倍数 是指放大电路输出电压有效值和输入电压有效是指放大电路输出电压有效值和输入电压有效值之比，定义为值之比，定义为2.2.4 2.2.4 放大电路的分析方法放大电路的分析方法一、主要性能指标一、主要性能指标2.2.输入电阻输入电阻 输入电阻输入电阻 是从放大电路输入端是从放大电路输入端看进去的等效电阻，如图所示。对信看进去的等效电阻，如图所示。对信号源来说，就是负载。放大电路从信号源来说，就是负载。放大电路从信号源索取电流的大小反映了放大电路号源索取电流的大小反映了放大电路对信号源的影响程度，对信号源的影响程度，定义为输入定义为输入电压有效值和输入电流有效值之比，电压有效值和输入电流有效值之比，即即 输入输出等效电阻输入输出等效电阻2.2.4 2.2.4 放大电路的分析方法放大电路的分析方法一、主要性能指标一、主要性能指标3.3.输出电阻输出电阻 输出电阻输出电阻 是从放大电路输出端是从放大电路输出端看进去的等效电阻看进去的等效电阻二、静态分析二、静态分析2.2.4 2.2.4 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 静态分析前，首先需画出电路的直流通路，它是放大电路在静态分析前，首先需画出电路的直流通路，它是放大电路在 仅仅 作用下直流电流所流过的路径。如图所示。画直流通路的原则：作用下直流电流所流过的路径。如图所示。画直流通路的原则：（1 1）输入信号）输入信号 短路。短路。（2 2）电容视为开路。）电容视为开路。（3 3）电感视为短路。）电感视为短路。2.2.4 2.2.4 放大电路的分析方法放大电路的分析方法三、动态分析三、动态分析 动态分析前，首先需画出电路的交流通路，它是放大电路在动态分析前，首先需画出电路的交流通路，它是放大电路在 ，仅仅 作用下交流电流所流过的路径。如图所示。画交流通路的原则：作用下交流电流所流过的路径。如图所示。画交流通路的原则：（1 1）由于耦合电容容量大，所有耦合电容视为通路。）由于耦合电容容量大，所有耦合电容视为通路。（2 2）电源电压对地短路。）电源电压对地短路。能区分多级放大电路的级间耦合方式；能区分多级放大电路的级间耦合方式；了解三种耦合方式的优缺点；了解三种耦合方式的优缺点；了解幅频特性指标的重要性；了解幅频特性指标的重要性；了解多级放大电路的增益和输入、输出电阻的概念及工程中的应用。了解多级放大电路的增益和输入、输出电阻的概念及工程中的应用。在实际应用中，需要放大的信号往往很弱，如扩音机从话筒拾取的信在实际应用中，需要放大的信号往往很弱，如扩音机从话筒拾取的信号仅几十毫伏，甚至更低，而推动扩音机扬声器的信号需要几十伏，甚至号仅几十毫伏，甚至更低，而推动扩音机扬声器的信号需要几十伏，甚至更高，这样要求扩音机达到更高，这样要求扩音机达到103103以上的放大倍数，显然，靠单级放大电路是以上的放大倍数，显然，靠单级放大电路是无法实现的，而需要将多个单级放大电路用合适的方法级联起来，以获得无法实现的，而需要将多个单级放大电路用合适的方法级联起来，以获得更高的放大倍数。更高的放大倍数。2.3.1 2.3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 多级放大电路中级与级之间的连接称为耦合，耦合方式就是指连接方式。多级放大电路中级与级之间的连接称为耦合，耦合方式就是指连接方式。常用的耦合方式有阻容、变压器和直接耦合三种。常用的耦合方式有阻容、变压器和直接耦合三种。如表所示。如表所示。常用的耦合方式常用的耦合方式2.3.1 2.3.1 多极放大电路的耦合方式多极放大电路的耦合方式一、电压放大倍数一、电压放大倍数电路如图所示。电路如图所示。前级电压放大倍数为前级电压放大倍数为 后级电压放大倍数为后级电压放大倍数为 级联后的总电压放大倍数为级联后的总电压放大倍数为二、输入和输出电阻二、输入和输出电阻2.3.1 2.3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式1 1.输入电阻输入电阻由于输入级连接着信号源，它的主要任务是从信号源获得输入信号。由于输入级连接着信号源，它的主要任务是从信号源获得输入信号。多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻，即多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻，即 2 2.输出电阻输出电阻多级放大电路的输出级就是电路的最后一级，其作用是推动负载工作。多级放大电路的输出级就是电路的最后一级，其作用是推动负载工作。多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻，即多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻，即三、频率特性三、频率特性 2.3.1 2.3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式1.1.幅频特性基本概念幅频特性基本概念2.2.如图所示。如图所示。幅频特性曲线，反映的是电路电压放大倍数的幅度与频率的关系。幅频特性曲线，反映的是电路电压放大倍数的幅度与频率的关系。2.2.影响通频带的因素影响通频带的因素 引起低频段放大倍数下降的主引起低频段放大倍数下降的主要因素是级间耦合电容和旁路电容要因素是级间耦合电容和旁路电容的容抗作用，它使低频段信号受到的容抗作用，它使低频段信号受到衰减。衰减。