三级管的放大原理

实验二实验二 三级管及其基本放大实验三级管及其基本放大实验 实验目的实验目的 1.学会用万用表判别三极管的学会用万用表判别三极管的 类别和管脚；类别和管脚； 2.掌握测试三极管输出特性掌握测试三极管输出特性 曲线的方法；曲线的方法； 3.掌握共射基本放大电路的静掌握共射基本放大电路的静 态工作点及放大倍数的测量方态工作点及放大倍数的测量方 法；法； 4.观察放大电路中，有关参数的变化对放大电路性观察放大电路中，有关参数的变化对放大电路性能的影响，能的影响， 5.学会测量放大电路的输入、输出电阻。学会测量放大电路的输入、输出电阻。 e e发射极发射极集电结集电结N+NPb b基极基极c c集电极集电极发射结发射结一、实验原理和电路一、实验原理和电路 半导体三极管和二极管一样是非线性器件，是一种半导体三极管和二极管一样是非线性器件，是一种电流控制器件，即通过基极电流或射极电流去控制电流控制器件，即通过基极电流或射极电流去控制集电极电流。所谓放大作用，实质上就是一种控制集电极电流。所谓放大作用，实质上就是一种控制作用，但要注意的是三极管的发射结必须正向偏置，作用，但要注意的是三极管的发射结必须正向偏置，而集电结必须反向偏置。而集电结必须反向偏置。 三极管的品种较多，从制造材料不同可分为锗管和三极管的品种较多，从制造材料不同可分为锗管和硅管；从导电类型可分为硅管；从导电类型可分为NPN型和型和PNP型；从耗散型；从耗散功率可分为小功率、中功率和大功率管。在使用前功率可分为小功率、中功率和大功率管。在使用前或检查其性能时，应进行必要的测量，尤其是新、或检查其性能时，应进行必要的测量，尤其是新、旧型号并存，国内、国外器件同时使用，器件上型旧型号并存，国内、国外器件同时使用，器件上型号不清时，更应作某些基本测量号不清时，更应作某些基本测量 三级管的工作原理三级管的工作原理1. 1. 载流子的传输过程：载流子的传输过程： 将将NPN BJTNPN BJT接成共射极型：以射极为输入和输出回路的公共端接成共射极型：以射极为输入和输出回路的公共端即：即： V VBEBEVVT T, , 发射结正偏发射结正偏 易于易于E E区多子扩散区多子扩散 V VCBCB0 0， 集中结反偏集中结反偏 易于易于B B区少子漂移区少子漂移bceiEiBiCicpiEPVBBVCCiB1 iBRCRbiEiCiEnicn1icn2CebNPN 1.三极管的类型及管脚判别三极管的类型及管脚判别 (1)管型和基极管型和基极b的测试的测试 三极管可以看成是两个背靠背的三极管可以看成是两个背靠背的PN结结结构，如图结构，如图121所示。对所示。对NPN型三型三极管来说，基极是两个结的公共阳极；极管来说，基极是两个结的公共阳极；而对而对PNP型三极管来说，基极是两个结型三极管来说，基极是两个结的公共阴极。因此，判别公共极是阳极的公共阴极。因此，判别公共极是阳极还是阴极，即可知道该管是还是阴极，即可知道该管是NPN型还是型还是PNP型三极管。型三极管。 用万用表测试三极管的用万用表测试三极管的PN结，其方法结，其方法同实验一。同实验一。(2)发射极e和集电极c的判别 在三极管的类型和基极确定后，即可分清三极管的另外两个极(脚)。如图123(a)所示，若把已判明了的PNP型三极管基极b与三极管的另外两个极(脚)串接个电阻(20k100k)，若集电极与发射极间加的是正常放大所需极性的电源电压，则IcIB;反之， 若电源电压极性相反，则 Icr几乎为0，即IcIcr.因此，当我们用万用表接人NPN型三极管的c和e端时，若黑表棒接c端，而红表棒接e端(万用表内部电源(见图123(b)正好使三极管的c、e端正偏)时，表指针偏转角大(电阻值小)。若将两表棒对调，则三极管的c、e端反偏，表指针偏转角小(电阻值大)，这样就可判NPN型三极管的发射极e和集电极c，如图1.2.3(c)所示。 对于PNP型三极管的c和e极判断，其方法相同，如图1.2.3(d)所示。 2三极管输出特性曲线测试三极管输出特性曲线测试 图是图是NPN三极管的共射极输入、输出三极管的共射极输入、输出特性曲线。由图特性曲线。由图(a)可知，输入电压可知，输入电压VBE较小时，基极电流很小，通常可较小时，基极电流很小，通常可近似认为零。当近似认为零。当VBE大于死区电压后，大于死区电压后，IB开始上升，并基本上按指数规律变开始上升，并基本上按指数规律变化。死区电压的数值，硅管约为化。死区电压的数值，硅管约为0.50.7V，锗管约为，锗管约为0. 10.3V。二二 三级管共射伏安特性曲线三级管共射伏安特性曲线iB=iB2iB=iB3vCE饱和区饱和区击穿区击穿区截止区截止区临界饱和线临界饱和线i iC CV（BR）CEOiB=-ICBOiB=0iB=iB1iB=iB4iB=iB5V（BR）EBOICBOICEOiB(A)0110VBEBEv+CEv_iBiEiCVBEV（BR）EBOICBOICEOiB(A)0110VCE（V）2 2、 三级管共射的输入特性曲线三级管共射的输入特性曲线VBEV（BR）EBOICBOICEOiB(A)0110VCE（V）（1）正正向向特特性性：与与 二二 极极 管管 正正 向向 特特 性性 相相 似似 VCE曲曲线线右右移移当当VCE1V后后输输入入特特性性曲曲线线基基本本重重合合，可可以以用用一一条条代代表表右右移移的的原原因因是是由由于于基基区区宽宽度度调调制制效效应应( (Early) )VA BCCEiiv，复合复合集电极吸收能力集电极吸收能力基极有效宽度基极有效宽度集电结宽度集电结宽度 其中：VA成为：earl 电压2 2、 三级管共射的输入特性曲线三级管共射的输入特性曲线VBEV（BR）EBOICBOICEOiB(A)0110VCE（V）（2 2）反向特性：）反向特性： EB 结结反反偏偏，CB 结结反反偏偏 IB（ICBOICEO）（3 3）击击穿穿特特性性： 当当发发射射结结上上的的反反向向偏偏压压VBEV(BR)BEO时时发发射射结结击击穿穿，一一般般为为齐齐纳纳击穿。 即： |VBE|V(BR)BEO 饱饱合合区区：集集电电结结正正偏偏，发发射射结结正正偏偏 放放大大区区：集集电电结结反反偏偏，发发射射结结正正偏偏1 1 共射输出特性曲线：共射输出特性曲线： iB=iB2iB=iB3vCE饱和区饱和区击穿区击穿区截止区截止区临界饱和线临界饱和线i iC CV（BR）CEOiB=-ICBOiB=0iB=iB1iB=iB4iB=iB5当当 iB为为某某一一常常数数时时，可可相相应应地地测测出出一一条条输输出出特特性性曲曲线线。 ic=f (iB,vCE) ic=f (vCE)|iB=常数。 故故 NPN、BJT 的的输输出出特特性性曲曲线线为为一一簇簇曲曲线线。 截截至至区区：集集电电结结和和发发射射结结都都反反偏偏。 击击穿穿区区：vCE V（BR）CEO 一般将一般将IBo的区域称为截止区，此时相应的的区域称为截止区，此时相应的Ic也近似为零，三极管处于截止状态；在放也近似为零，三极管处于截止状态；在放大区内，每条曲线近似为水子的直线，即当大区内，每条曲线近似为水子的直线，即当IB一定时，一定时，Ic基本上不随基本上不随VCE的变化而变化，的变化而变化，为一恒定值。为一恒定值。Ic的数值主要取决于的数值主要取决于IB，而且，而且当当IB有一微小的变化量时，相应的有一微小的变化量时，相应的IC变化量变化量要大要大 倍，即倍，即 IcIB，这就体现了三极管，这就体现了三极管的放大作用；饱和区在靠近纵坐标的附近，的放大作用；饱和区在靠近纵坐标的附近，当当Ic改变时，改变时，Ic基本上不随之改变，不受基本上不随之改变，不受IB的的控制，这时三极管已失去了放大作用。控制，这时三极管已失去了放大作用。 测试输出特性曲线的实验线路图见图测试输出特性曲线的实验线路图见图125所示。测量时，固定所示。测量时，固定IB为某一数值，为某一数值，改变改变VCE，测出几组，测出几组VCE和和Ic的数值，就可的数值，就可描绘一条输出特性曲线；将描绘一条输出特性曲线；将IB固定为不同数固定为不同数值，则可测得输出特性曲线簇。值，则可测得输出特性曲线簇。 3基本放大电路基本放大电路 基本共射放大电路如图基本共射放大电路如图1.2.6所示。要使三极所示。要使三极管起到放大作用，外加电源的极性必须使管起到放大作用，外加电源的极性必须使 三极管的发射结处于正向偏置状态，而集电三极管的发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态，即结处于反向偏置状态，即VBE0，VBCIB, I1=(5-10)IB 而而： Si: VBE=0.6-0.7 （V） Ge:VBE=0.2-0.3 （V） 2b2b1bccBRRRVV B B： cBeBEBEEcIIRVVIII C C： eCCCCeECCCCCERRIVRIRIVV 1 1 直直流流通通道道（直直流流等等效效电电路路） ( (3 3) ) 等等 效效 电电 源源 法法 ：A A：利利用用戴戴文文宁宁定定律律简简化化基基极极偏偏置置电电路路其其中中：221bbbCCBBRRRVV Rb=Rb1/Rb2B B：列列出出输输入入回回路路偏偏置置方方程程：VBBIBRb+VBE+(IB+IC)Re ebBEBBBR1RVVI (ICIB) ，VBE : : s s i i : :0.6-0.7v Ge:0.2vC: Ic=IB 输输出出回回路路偏偏置置方方程程： VCE=Vcc-IcRC-IEReVcc-Ic(Rc+RE) ( (I Ic c= =I IE EI IE E) )电压放大倍数电压放大倍数(增益增益) 当当RL 时，时，V0V； 当当RL5.1kn时，时，V0=V 计算出电压放大倍数计算出电压放大倍数(增益增益)：AvV0/Vi。 a)保证上述静态工保证上述静态工作点不变作点不变Vi=5mV，f1kHz，输出波形，输出波形不失真。不失真。 放大器接输入信号放大器接输入信号Vi5mV，f=1kHz,输出输出接示波器。在波形不失真的情况下，分别接示波器。在波形不失真的情况下，分别测量下面两种情况下的输出电压测量下面两种情况下的输出电压Vo： 观察工作点对输观察工作点对输出波形的影响出波形的影响: b)按表按表1.2.2，分别调节，分别调节Rw1、 Rw2，记录六种情况下的输出波形的形状，并记录六种情况下的输出波形的形状，并测量测量VCEQ值。值。五、预习要求五、预习要求 1.认真复习教材有关三极管的电流放认真复习教材有关三极管的电流放大概念、型号及其类型。大概念、型号及其类型。 2.复习三极管输入、输出特性曲线。复习三极管输入、输出特性曲线。 3.掌握基本放大电路的基本组成形式，掌握基本放大电路的基本组成形式，了解电路哪些参数的变化对放大电路了解电路哪些参数的变化对放大电路的性能会影响？的性能会影响？ 4.阅读阅读MES系列模拟电子电路实验系系列模拟电子电路实验系统使用说明，以及本实验中的实验原统使用说明，以及本实验中的实验原理和电路这一章节。理和电路这一章节。六、实验报告六、实验报告 1.整理实验数据，计算出三极管的整理实验数据，计算出三极管的 值。值。 2.画出画出NPN型或型或PNP型三极管的输出特型三极管的输出特性曲线。性曲线。 3.计算出放大电路的静态工作点计算出放大电路的静态工作点,并同实并同实测值进行比较。测值进行比较。 4.画出在放大电路参数改变的情况下，画出在放大电路参数改变的情况下，输出波形失真图形，并分析其失真的原输出波形失真图形，并分析其失真的原因。因。 结束本实验结束本实验