电子线路基础-第2单元-三极管及放大电路课件

电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础与技能与技能与技能与技能人民邮电出版社人民邮电出版社知识目标：知识目标：知识目标：知识目标：v了解晶体三极管的结构，理解其电流放大特点。v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。v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。v了解共射、共集和共基3 种放大电路的电路构成特点。v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。v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。v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。第第第第2 2 2 2单元单元单元单元 三极管及放大电路三极管及放大电路三极管及放大电路三极管及放大电路技能目标：技能目标：技能目标：技能目标：v学会查阅晶体管手册，能在实践中合理使用晶体三极管。v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。v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。v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。三极管的概况三极管的概况1三种基本放大电路三种基本放大电路2放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定3 放大电路的分析放大电路的分析4多级放大电路多级放大电路5技能实训技能实训6第1 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一、三极管的结构及特点1三极管的结构三极管的结构 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：应用实例：应用实例：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1三极管伏安特性三极管伏安特性（1）输入特性。）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。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三极管的主要参数（1）电流放大系数）电流放大系数。电流放大系数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）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PC PCM 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=UCE IC（3）反向击穿电压）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。特征频率指下降到T 时三极管的工作频率，用fT 表示。通常将fT UBE，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。）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：归纳：归纳：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 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：看一看：看一看：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。实验现象实验现象实验现象实验现象归纳：归纳：归纳：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电路组成电路组成 分压式偏置放大器如图2.16所示。2各元件作用各元件作用标注各元件及作用3稳定工作点原理稳定工作点原理（1）利用）利用RB1 和和RB2 的分压作用固定基极电位的分压作用固定基极电位UB。（2）利用发射极电阻）利用发射极电阻RE 产生反映产生反映IC 变化的变化的UE，再引回到输入回路去控制，再引回到输入回路去控制UBE，实现实现IC 基本不变。基本不变。稳定过程如下：稳定过程如下：TIC IE UE UBE IB IC 二、集电极基极偏置放大器 集电极基极偏置放大器的电路如图2.17 所示，其特点是将它引入了直流电压负反馈实现稳定静态工作点。稳定过程如下：TIC UC UB UBE IB IC 第4 4节 放大电路的分析一、静态参数估算二、动态参数估算一、静态参数估算 静态参数估算要借助直流通路，分压式偏置放大器的直流通路如图2.18 所示，具体估算步骤如下。1求求UB 2求求IE 3求求IB、IC 4求求UCE 二、动态参数估算分压式偏置放大器的交流通路如图2.20 所示。1电压放大倍数电压放大倍数Au 电压放大倍数是放大电路的基本性能指标，定义为：输出电压与输入电压的比。2输入电阻输入电阻Ri 输入电阻是指从放大电路输入端AA（见图2.21）看进去的等效电阻，定义为RiRo分压式偏置放大器的输入电阻估算公式为 Ri=rbe/RB1/RB2 若考虑信号源内阻，如图2.21 所示，则放大电路输入电压Ui 是信号源US 在输入电阻Ri 上的分压，即 由此可见，输入电阻Ri 是衡量信号源传递信号效率的指标。3输出电阻输出电阻Ro 输出电阻是指放大器信号源短路、负载开路，从输出端看进去的等效电阻，定义为 Ro 也不是一个真实存在的电阻。对负载而言，放大电路相当于一个具有内阻的信号源，如图2.21 所示，输出电阻就是这个等效电源的内阻。由于Ro 的存在，使放大电路接上负载后的输出电压为 Uo=Uo IoRo 图2.20 所示的分压式偏置放大器的输出电阻估算公式为知识拓展知识拓展知识拓展知识拓展放大电路输出电阻的测量放大电路输出电阻的测量 在工程实践中，可用实验的方法测出输出电阻。在放大电路输入端加一正弦电压信号，测出负载开路时的输出电压Uo；然后，再测出接入负载RL 时的输出电压Uo，则有式中，Uo、Uo 是用晶体管毫伏表测出的交流电压有效值。第5 5节 多级放大电路一、多级放大电路的构成二、多级放大电路的性能指标一、多级放大电路的构成1电路组成电路组成 一般多级放大电路的组成框图如图2.22 所示。输入级推动级功放级中间级2级间耦合级间耦合（1）阻容耦合。）阻容耦合。阻容耦合是指用较大容量的电容器连接两个单级放大电路的连接方式，如图2.23 所示，其特点是各级静态工作点互不影响，电路调试方便，但信号有损失。（2）直接耦合。）直接耦合。直接耦合是指用导线连接两个单级放大电路的连接方式，如图2.24 所示，其特点是信号无损失，但各级静态工作点相互影响，电路调试麻烦。（3）变压器耦合。）变压器耦合。除阻容耦合和直接耦合外，还有一种耦合方式称变压器耦合，即用变压器将两个单级放大电路连接起来，如图2.25 所示。变压器耦合的特点是各级静态工作点互不影响，电路调试方便，但变压器体积较大的缺陷，使其仅用于谐振放大器和电视机的行激励级等场合。二、多级放大电路的性能指标1电压放大倍数电压放大倍数Au=Au1Au2Aun 多级放大电路总的电压放大倍数等于各级电路电压放大倍数的乘积。在计算单级放大电路电压放大倍数时，把后一级的输入电阻作为本级的负载。当多级放大电路的电压放大倍数很高时，可用增益来衡量放大电路的放大能力。增益的定义为 Gu=20Lg|Au|增益的单位为分贝（dB）。由上式可知：电压放大倍数每增加10 倍，增益增加20dB。2输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻 多级放大电路的输入电阻即为第一级放大电路的输入电阻；多级放大电路的输出电阻即为最后一级（第n 级）放大电路的输出电阻。故：Ri=Ri1 Ro=Ron 3幅频特性幅频特性 幅频特性是指放大电路的电压放大倍数与频率之间的关系。单级阻容耦合放大电路的幅频特性如图2.27（a）所示，图2.27（b）所示为两级阻容耦合放大电路的幅频特性。技能实训技能实训实训实训实训实训1 1 三极管的识别与检测三极管的识别与检测三极管的识别与检测三极管的识别与检测1实训目的实训目的（1）掌握常用三极管的识别与简易检测。（2）掌握光电三极管的简易检测。2器材准备器材准备4内容与步骤内容与步骤（1）常用三极管的识别与检测。根据提供的常用三极管完成表2.10。（2）在提供的三极管中，选出一只NPN 型三极管，参照表2.9 中所述的方法，估测其电流放大系数 值。（3）参照图2.28 所示，检测光电三极管。实训实训实训实训2 2 分压式偏置放大器的安装与调试分压式偏置放大器的安装与调试分压式偏置放大器的安装与调试分压式偏置放大器的安装与调试1实训目的实训目的（1）掌握元件的合理选用。（2）掌握分压式偏置放大器的安装技巧。（3）掌握分压式偏置放大器的调试方法。2器材准备器材准备4内容与步骤内容与步骤（1）根据图2.29 所示的电路绘制出装配电路图，标清楚各元件的位置。（2）根据图2.29 所示电路列出元件清单。备好元件，检查各元件的好坏。（3）根据绘制好的装配图，完成各元件的安装。检查无误后，通电调试。（4）观察静态工作点对输出波形失真的影响。单元小结单元小结单元小结单元小结（1）本单元重点介绍了三极管的识别、检测和使用，基本放大电路的组成、识读和常用的性能指标。（2）三极管有基极（B）、集电极（C）、发射极（E）3 个电极，分为NPN 型和PNP 型两大类，每类又分为低频小功率管、低频大功率管、高频小功率管、高频大功率管、开关管等。（3）三极管的常用参数有电流放大系数、集电极最大允许耗散功率PCM、反向击穿电压U(BR)CEO 等。选择三极管时，不宜太大，PCM 和U(BR)CEO 的值应不低于应用电路中的实际值。（4）三极管有3 种工作状态：放大状态具有电流放大功能，放大实质是小的基极电流控制大的集电极电流；截止状态相当于开关断开；饱和状态相当于开关闭合。（5）放大电路具有3 种组态：共发射极放大电路用于提升信号的幅度；共集电极放大电路用于增强带负载的能力；共基极放大电路用于拓宽通频带。（6）放大电路分析分为静态参数估算和动态参数估算。（7）在实际应用中，通常需要将多级放大电路组合在一起使用。（8）放大电路安装时，应养成先画装配图、后安装的习惯。安装三极管时，应特别注意3 个电极不能装错。