半导体三极管及基本放大电路教案

模拟电子技术基础理论课教案授课教师 上课时间： 周次：教学章节第2章 半导体三极管及基本放大电路2.1 双极型三极管课型理论课对象教学目标1.掌握：双极型三极管的电流分配方程和输入、输出曲线（截止区、放大区、饱和区的特点）；2.理解：双极型三极管的放大条件和放大原理，三极管的直流参数和交流参数；3.了解：双极型三极管的结构和电路符号，特殊三极管。教学重点1.双极型三极管的电流分配方程；2.双极型三极管的输入、输出曲线（截止区、放大区、饱和区）；3.双极型三极管的放大条件和放大原理；4.三极管的直流参数和交流参数。教学难点1.双极型三极管的放大原理；2.双极型三极管输入、输出曲线（截止区、放大区、饱和区）。教学方法多媒体教学，讨论教学课时2学时教学内容2.1 双极型三极管半导体三极管有两大类型，一是双极型三极管，二是单极型场效应管。由于它有空穴和自由电子两种载流子参与导电，故称为双极型。本讲讨论双极型半导体三极管，通常用BJT表示，以下简称三极管。双极型三极管可以分为如下几种类型：（1）按结构分NPN管和PNP管（2）按功率大小分大、中、小功率管（3）按材料分硅管和锗管（4）按频率分高频管和低频管2.1.1 三极管的结构和符号通过工艺的方法,把两个二极管背靠背的连接起来级组成了三极管。按PN结的组合方式有PNP型和NPN型，它们的结构示意图和符号图分别为：如图2.1所示。 （a）NPN管的结构及符号 （b）PNP管的结构及符号图2.1 三极管的结构示意图和符号不管是什麽样的三极管，它们均包含三个区：发射区，基区，集电区，同时相应的引出三个电极：发射极，基极，集电极。同时又在两两交界区形成PN结，分别是发射结和集电结。双极型晶体管的常见外形如图2.2所示。图2.2 三极管的外型和管脚排列2.1.2 三极管的电流分配与放大原理（这一问题是重点）1.三极管的结构特点（1）基区很薄，且掺杂浓度很低；（2）发射区掺杂浓度远大于基区和集电区掺杂浓度；（3）集电结的结面积很大。上述结构特点构成了晶体管具有放大作用的内部条件。2.三极管具有电流放大作用的外部条件三极管具有电流放大作用的外部条件是：发射结正向偏置；集电结反向偏置。即对NPN管，要求UBE0，UBCVBVE ；对PNP管，要求UBE0，即：VCVB1,时这两个PN结的输入特性基本重合。我们用UCE=0和UCE=1,两条曲线表示，如图2.6（a）所示。 （a）输入特性曲线 （b）输出特性曲线图2.6 三极管特性曲线结论：(a) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。(b) 当vCE1V时， vCB= vCE - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下IB减小，特性曲线右移。2.输出特性曲线IC=f（UCE）|IB=常数三极管的输出特性曲线如图2.6（b）所示。输出特性曲线有三个区域:(1)截止区：IBIB ，VB VBE，则:，（一般取IB1 =(510)IB，VB =3V5V）。Q点稳定原理可归纳为：T IC IE VE、VB不变 VBE IB （反馈控制）IC 3.静态分析工作点稳定电路的直流通路如图2.24所示。 图2.24 直流通路4.动态分析阻容耦合共射放大电路的微变等效电路和直接耦合共射放大电路的微变等效电路如图2.25所示。（a）有旁路电容Ce时的微变等效电路（b）无旁路电容Ce时的微变等效电路图2.25 微变等效电路动态参数的估算：（a）有旁路电容Ce时的微变等效电路 （b）无旁路电容Ce时的微变等效电路 2.6 放大电路的三种基本组态放大电路的三种基本接法，也就是三种基本组态，即为共射组态、共集组态和共基组态。共射组态的放大电路我们在前面已经讨论过，现在主要讨论另两种组态的放大电路。2.6.1 共集电极放大电路1.电路组成共集电极放大电路如图2.26所示。输入信号与输出信号的公共端是三极管的集电极，所以属于共集组态。又由于输出信号从发射极引出，故该电路也称为射极输出器。 （a）直接耦合共集放大电路 （b）阻容耦合共集放大电路图2.26 共集放大电路2.静态分析我们现在以阻容耦合共集放大电路为例来进行分析。其直流通路如图2.27（a）所示。 （a）直流通路 （b）微变等效电路图2.27阻容耦合共集放大电路的直流通路和微变等效电路IBQ= (VCC- VBEQ)/Rb+(1+ b) Re ; ICQ=b IBQ ; VCEQ =VCC- IE Q Re VCC- IC Q Re3.动态分析我们现在以阻容耦合共集放大电路为例来进行分析。其微变等效电路如图2.27（b）所示。该共集放大电路的动态参数： , Au小于1又接近1，输出电压与输入电压同相。该电路又叫电压跟随器。4.共集电极电路特点（1）电压增益小于1但接近于1，。只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用。（2）输入电阻大，对电压信号源衰减小。（3）输出电阻小，带载能力强。课后总结本讲重点讲述了工作点稳定电路的静态分析和动态分析，共集电极放大电路的静态分析和动态分析；讲解了工作点稳定电路的工作原理；介绍了工作点稳定电路和共集电极放大电路的电路组成。作业布置教材第46页思考题与习题的第12题、第13题备注模拟电子技术基础理论课教案授课教师 上课时间： 周次：教学章节2.6.2 共基极放大电路2.7 多级放大电路课型理论课对象教学目标1.掌握：三种基本组态的比较，多级放大电路的计算，复合管的组成原则；2.理解：共基极放大电路的特点；共基极放大电路的静态分析和动态分析；3.了解：共基极放大电路的电路组成；多级放大电路的组成。教学重点1.三种基本组态的比较；2.多级放大电路的计算；3.复合管的组成原则；4.共基极放大电路的特点；5.共基极放大电路的静态分析和动态分析；教学难点1.共基极放大电路的静态分析和动态分析；2.多级放大电路的计算3.复合管的组成原则；教学方法多媒体教学，讨论教学课时2学时教学内容2.6 放大电路的三种基本组态2.6.2 共基极放大电路图2.28所示为共基极放大电路的原理图。 （a）直接耦合共基极放大电路 （b）阻容耦合共基极放大电路图2.28 共基极放大电路输入电压加在三极管的发射极与基极之间，输出电压从集电极与基极之间得到，因此输入与输出信号的公共端是基极，故此属于共基组态，称为共基极放大电路。现在我们以图2.28（b）所示的阻容耦合共基极放大电路为例进行分析。1.静态分析共基极放大电路的直流通路如图2.29（a）所示。 （a）直流通路 （b）微变等效电路图2.29 共基极放大电路的直流通路和微变等效电路 ， ，2.动态分析共基极放大电路的微变等效电路如图2.29（b）所示。 ， ， ， ， ，3.共基极放大电路电路特点（1）只能放大电压，不能放大电流，；（2）输入电阻小；（3）频率特性好。4.三种基本组态的比较空载情况下，三种基本组态的异同点如表2.1所示。接法共射共集共基Au大小于1大Ai1Ri中大小RO大小大频带窄中宽2.7 多级放大电路当单级放大电路不能满足多方面的性能要求时，应考虑采用多级放大电路。级间耦合：多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级；级与级之间的连接称之为耦合。多级放大电路有四种基本耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。2.7.1 多级放大电路的组成1. 直接耦合（1）直接耦合的定义将前一级的输出用导线直接连接到后一级的输入端的耦合方式，称之为直接耦合。（2）直接耦合放大电路的优缺点优点：具有良好的低频特性，可以放大缓慢变化的信号；无大电容和电感，容易集成。缺点：静态工作点相互影响，分析、计算、设计较复杂；存在零点漂移。（3）电路组成直接耦合多级放大电路如图2.30所示。图2.30 直接耦合多级放大电路直接耦合放大电路的优缺点：优点：具有良好的低频特性，可以放大缓慢变化的信号；无大电容和电感，容易集成。缺点：静态工作点相互影响，分析、计算、设计较复杂；存在零点漂移。2. 阻容耦合 图2.31 阻容耦合多级放大电路阻容耦合多级放大电路如图2.31所示。（1）阻容耦合的定义将前一级的输出用电容连接到后一级的输入端的耦合方式，称之为阻容耦合。（2）阻容耦合的优缺点优点：阻容耦合放大电路的直流通路是相互独立的，电路的分析、计算和调试比较容易，是分立元件放大电路的主要耦合方式。缺点：低频特性差，不能放大缓慢变化的 信号；由于耦合电容容量较大，所以不便于集成化。3. 变压器耦合 变压器耦合多级放大电路如图2.32所示。图2.32 变压器耦合多级放大电路（1）定义将前一级的输出通过变压器连接到后一级的输入端（或负载上）的耦合方式，称之为变压器耦合。（2）优缺点优点：变压器耦合放大电路的直流通路也是相互独立的，电路的分析、计算和调试比较容易；可以实现阻抗变换，在分立元件功率放大电路中应用广泛。缺点：低频特性差，不能放大缓慢变化的 信号；体积大，而且非常笨重，不能集成化。4.光电耦合 光电耦合：以光信号为媒质来实现电信号的耦合与传递。其电路如图2.33所示。图2.33 光电耦合多级放大电路光电耦合多级放大电路的优缺点：光电耦合放大电路的最大优点：可以实现输入回路和输出回路的电气隔离，从而可有效地抑制电干扰。缺点：但其放大能力较差，可用集成光电耦合放大器解决。2.7.2 多级放大电路的分析计算1.电压放大倍数图2.34 多级放大电路的组成框图电压放大倍数：电压增益：Au (dB) = Au1 (dB) + Au2 (dB) + Aun (dB)2.输入电阻：Ri=Ri13.输出电阻：Ro=Ron总结:（1）多级放大电路的总电压放大倍数是各单级放大倍数的乘积。（2）多级放大电路的输入电阻为第一级放大电路的输入电阻。（3）多级放大电路的输出电阻为末级放大电路的输出电阻。2.8晶体管放大电路的派生电路1.复合管的组成复合管的四种组合方式如图2.35所示。 （a）两个NPN管构成的NPN复合管 （b）两个PNP管构成的PNP复合管 （c）两个异类管构成的PNP复合管 （d）两个异类管构成的NPN复合管图2.35 复合管的四种组合方式2.复合管的组成原则组成原则：（1）在前后两个三极管的连接关系上，应保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的实际方向一致，以便形成适当的电流通路。（2）外加电压的极性应保证前后两个三极管均为发射结正偏，集电结反偏，使两管都工作于放大区。3.复合管的电流放大系数【练习】下面几种复合管中，只有 （ ）连接正确。 图2.36 练习题复合管图课后总结本讲重点讲解了三种基本组态的比较，多级放大电路的计算，复合管的组成原则；讲解了共基极放大电路的特点，共基极放大电路的静态分析和动态分析；介绍了共基极放大电路的电路组成；多级放大电路的组成。电路分析教案 第26页，共26页