晶体三极管及基本放大电路

,Powerpoint Designed by,Chen Zhenyuan,电子,技术基础,教学演示文稿,中等职业教育国家规划教材,第二章 晶体三极管及基本放大电路,*,back,陈振源主编,HEP,电子,技术基础,陈振源主编,高等教育出版社,Powerpoint Design by,Chen Zhenyuan,*,电子,技术基础,陈振源主编,高等教育出版社,Powerpoint Design by,Chen Zhenyuan,*,晶体三极管及基本放大电路,晶体三极管,三极管基本放大电路,静态工作点稳定的放大电路,10911P16,晶体三极管是具有放大作用的半导体器件，由三极管组成的放大电路广泛应用于各种电子设备中，例如收音机、扩音机、测量仪器及自动控制装置等。本章介绍三极管应用的必备知识及由它构成的基本放大电路的工作原理和一般分析方法。,晶体三极管,晶体三极管是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件，它由两个,PN,结构成，在电路中主要作为放大和开关元件使用。,一、结构与分类,1,外形,近年来生产的小、中功率管多采用硅酮塑料封装；大功率三极管多采用金属封装，通常做成扁平形状并有螺钉安装孔，有的大功率管制成螺栓形状。,塑料封装小功率管 塑料封装中功率管 金属封装小功率管 金属封装大功率管,2,2.,结构,三极管的核心是两个互相联系的,PN,结，按两个,PN,结的组合方式不同，可分为,NPN,型和,PNP,型两类,。,PNP,型三极管,NPN,型三极管,三极管内部有发射区、基区和集电区，引出电极分别为,发射极,e,、,基极,b,、,集电极,c,。发射区与基区之间的,PN,结称为发射结，集电区与基区之间的,PN,结称为集电结。,3,3.,分类,三极管的种类很多，通常按以下方法进行分类：,按半导体制造材料可分为：,硅管和锗管。硅管受温度影响较小、工作稳定，因此在自动控制设备中常用硅管。,按三极管内部基本结构可分为：,NPN,型和,PNP,型两类。目前我国制造的硅管多为,NPN,型,(,也有少量,PNP,型,),，锗管多为,PNP,型。,按工作频率可分为：,高频管和低频管。工作频率高于,3MHz,为高频管，工作频率在,3MHz,以下为低频管。,按功率可分为：,小功率管和大功率管。耗散功率小于,1W,为小功率管，耗散功率大于,1W,为大功率管。,按用途可分为：,普通放大三极管和开关三极管等。,4,二、三极管的电流放大作用,1,三极管放大条件,要使三极管能够正常放大信号，发射结应加正向电压，集电结应加反向电压。,NPN,管偏置电路,PNP,管偏置电路,电源,V,CC,通过偏置电阻,R,b,为发射结提供正向偏置，,R,C,阻值小于,R,b,阻值，所以集电结处于反向偏置。,5,2,三极管的电流放大作用,三极管各电极电流关系的测量电路,三极管电流分配关系：,I,E,=,I,C,+,I,B,三极管电流放大倍数：,=,I,C,/,I,B,当,I,B,有一微小变化，就能引起,I,C,较大的变化，这种现象称为三极管的电流放大作用。,6,在实际放大电路中，除了共发射极联接方式外，还有共集电极和共基极联接方式。,共发射极接法 共基极接法 共集电极接法,7,三、三极管的特性曲线,1,输人特性曲线,输人特性曲线是反映三极管输人回路电压和电流关系的曲线，它是在输出电压,V,CE,为定值时，,i,B,与,v,BE,对应关系的曲线。,当输入电压,v,BE,较小时，基极电流,i,B,很小，通常近似为零。,当,v,BE,大于三极管的死区电压,v,th,后，,i,C,开始上升。,三极管正常导通时，硅管,V,BE,约为,0.7V,，锗管约为,0.3V,，此时的,V,BE,值称为三极管工作时的发射结正向压降。,输人特性曲线,8,2,输出特性曲线,输出特性曲线是反映三极管输出回路电压与电流关系的曲线，是指基极电流,I,B,为某一定值时，集电极电流,I,C,与集电极电压,V,CE,对应关系的曲线。,截止区,习惯把,I,B,=0,曲线以下的区域称为截止区，三极管处于截止状态，相当于三极管内部各极开路。在截止区，三极管发射结反偏或零偏，集电结反偏。,放大区,它是三极管发射结正偏、集电结反偏时的工作区域。最主要特点是,I,C,受,I,B,控制，具有电流放大作用。,饱和区,当,V,CE,小于,V,BE,时，三极管的发射结和集电结都处于正偏，此时,I,C,已不再受,I,B,控制。此时管子的集电极,发射极间呈现低电阻，相当于开关闭合。,输出特性曲线,9,3,三极管的主要参数,（,1,）直流参数,反映三极管在直流状态下的特性。,直流电流放大系数,h,FE,用于表征管子,I,C,与,I,B,的分配比例。,集,基反向饱和电流,I,CBO,它是指三极管发射极开路时，流过集电结的反向漏电电流。,I,CBO,大的三极管工作的稳定性较差。,I,CBO,测量电路,I,CEO,测量电路,集,射反向饱和电流,I,CEO,它是指三极管的基极开路，集电极与发射极之间加上一定电压时的集电极电流。,I,CEO,是,I,CBO,的,(1+,),倍，所以它受温度影响不可忽视。,10,（,2,）交流参数,是反映三极管交流特性的主要指标。,交流电流放大倍数,h,fe,通常也写为,，用于表征管子对交流信号的电流放大能力。,共发射极特征频率,f,T,三极管的,值下降到,1,时，所对应的信号频率称为共发射极特征频率，它是表征三极管高频特性的重要参数。,（,3,）极限参数,三极管有使用极限值，如果超出范围则无法保证管子正常工作。,集电极最大允许电流,I,CM,若三极管的工作电流超过,I,CM,，其,值将下降到正常值的,2/3,以下。,集电极最大允许耗散功率,P,CM,它是三极管的最大允许平均功率。,集,射反向击穿电压,V,（,BR,）,CEO,它是基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。若管子的,V,CE,超过,V,（,BR,）,CEO,，会引起电击穿导致管子损坏。,11,三极管基本放大电路,一、基本放大电路的构成,1.,电路元件作用,共发射极基本放大电路由三极管、电阻和电容所组成。,V,晶体三极管，起电流放大作用,+,V,CC,直流供电电源,R,b,基极偏置电阻,C,1,输入耦合电容,C,2,输出耦合电容,R,C,集电极负载电阻,2.,放大电路的电压、电流符号规定,共发射极基本放大电路,直流分量,用大写字母和大写下标表示，如,I,B,、,I,C,、,I,E,、,V,BE,、,V,CE,。,交流信号,用小写字母和小写下标表示，如,i,b,、,i,c,、,i,e,、,v,be,、,v,ce,。,交流和直流叠加信号,用小写字母和大写下标表示，如,i,B,、,i,C,、,i,E,、,v,BE,、,v,CE,。,12,3,三种基本放大电路的比较,共集电极放大电路 共基极放大电路,（,1,）共发射极放大电路的电压、电流、功率放大倍数都较大，所以应用在多级放大器的中间级。,（,2,）共集电极放大电路只有电流放大作用，无电压放大作用，它的输入电阻大，输出电阻小，常用作实现阻抗匹配或作为缓冲电路来使用，也可作为多级放大器的输入级和输出级。,（,3,）共基极放大,电路主要是频率特性好，所以多用作高频放大器、高频振荡器及宽频带放大器。,13,四、放大波形的失真与消除,放大电路的静态工作点设置不合适，将导致放大输出的波形产生失真。,1.,饱和失真,若偏置电阻,R,b,偏小，基极电流,I,BQ,就较大，由示波器观察到的输出电压,v,o,波形就会产生饱和失真。,（,a,）实验电路,（,b,）饱和失真波形 （,c,）图解分析,产生饱和失真的原因是：,I,BQ,偏大时，静态工作点偏高，当输入信号正半周幅度较大时管子进入饱和区，,i,B,增大无法使,i,C,相应增大，于是会出现饱和失真。,14,2,截止失真,若偏置电阻,R,b,偏大，此时基极电流,I,BQ,很小，由示波器观察到的输出电压,v,o,波形将出现截止失真。,（,a,）实验电路,（,b,）截止失真波形 （,c,）图解分析,截止失真波形的观测,产生截止失真的原因是：,I,BQ,偏小时，静态工作点偏低。在输入电压,v,i,的负半周时，三极管的发射结将在一段时间内处于反向偏置，造成,i,c,负半周、,v,o,的正半周相应的波顶被削去。,15,3.,静态工作点的测量与调整,选取一只定值电阻和一只电位器，串联后接入电路用以代替偏流电阻,R,b,。,将万用表置于电流挡，然后串接在集电极回路。,接通调试电路电源，缓慢地调节电位器，直至万用表指示的,I,C,电流达到要求。,选一个阻值与之相当的固定电阻去代替,R,b,和,R,P,。,调测放大器静态工作点的方法,16,工作点稳定放大电路,一、放大电路静态工作点不稳定的原因,（,1,）温度影响 （,2,）电源电压波动 （,3,）元件参数改变,二、分压式偏置放大电路,1,电路组成,R,b1,是上偏置电阻，,R,b2,是下偏置电阻。电源电压经,R,b1,、,R,b2,串联分压后为三极管提供基极电压,V,BQ,。,R,e,起到稳定静态电流的作用，,C,e,是,R,e,的交流信号旁路电容,。,分压式偏置放大电路,17,2,稳定静态工作点,3.,电路参数估算,（,1,）静态工作点的估算,分压式偏置放大电路的直流通路图所示，可推导出下列静态工作点的估算公式。,V,CEQ,V,CC,-,I,CQ,（,R,c,+,R,e,）,分压式偏置放大电路的直流通路,18,（,2,）交流参数估算,电压放大倍数,输入电阻,r,i,=,R,b1,/,R,b2,/,r,be,输出电阻,r,o,R,c,分压式偏置放大电路的交流通路,要确保分压偏置电路的静态工作点稳定，应满足两个条件：,I,2,I,BQ,（实际可取,I,2,=10,I,BQ,）；,V,BQ,V,BEQ,，（实际可取,V,BQ,= 3,V,BEQ,）。,要改变分压偏置电路的静态工作点，通常的方法是调整上偏置电阻,R,b1,的阻值。,若该电路的静态工作点正常，而放大倍数严重下降，应重点检查射极旁路电容,C,e,是否开路或失效。,用,工,程,应,19,三、集电极,基极偏置放大电路,1,电路组成,电路的组成特点,：,R,b,跨接在放大管的,c,极和,b,极之间。,集电极,基极偏置放大电路,2,稳定静态工作点的原理,20,