三极管及基本放大电路教案

课 题三极管课型理论课课时4教学时间授课班级电子1103班级人数33教学目标知识目标：1理解三极管的结构、分类、符号、特点。2理解三极管的电流放大原理。3、掌握三极管的特性曲线、各工作状态的条件、并能判断。4、理解三极管器件手册的使用和主要参数。能力目标： 掌握三极管的管脚识别与判别。情感目标：培养学生养成良好的学习习惯教学重点与难点教学重点：1. 三极管的工作状态； 2. 三极管的结构特点及电流放大作用教学难点：输入输出特性曲线、电流放大作用。教学方法1、教师讲授与学生练习相结合。 2、板书与多媒体课件相结合。教学过程主 要 内 容 及 步 骤备注导入新课：在半导体器件中，有一种广泛应用于各种电子电路的重要器件，那就是半导体三极管，通常也称为晶体管。新授课：一、半导体三极管的基本结构与分类1结构及符号【结构】3个电极，3个导电区域和2个PN结【结构特点】1.发射区掺杂很多，集电区掺杂较少；2.集电结面积比发射结面积大；3.基区薄且掺杂很少；2分类：（1）按内部基本结构不同：NPN型和PNP型。PNP型和NPN型三极管表示符号的区别是发射极的箭头方向不同， 这个箭头方向表示发射结加正向偏置时的电流方向。（2）按功率分：小功率管、中功率和大功率管。（3）按工作频率分：低频管和高频管。（4）按管芯所用半导体材料分：锗管和硅管。目前国内生产硅管多为NPN型（3D系列）；目前国内生产锗管多为PNP型（3A系列）。（5）按结构工艺分：合金管和平面管。（6）按用途分：放大管和开关管。二、三极管的电流放大作用发射结正向偏置，集电结反向偏置1三极管各电极上的电流分配实验电路【原理】载流子的特殊运动(NPN)：发射区向基区扩散电子；电子在基区的扩散和复合；集电区收集电子【电流放大作用】(1)且;(2)注意：（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集电极的大电流信号，是“以小控大”的作用。（2）要使三极管起放大作用，必须保证发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压。2、三极管的基本连接方式1）共发射极电路（CE）：把三极管的发射极作为公共端子。2）共基极电路（CB）：把三极管的基极作为公共端子。3）共集电极电路（CC）：把三极管的集电极作为公共端子。三、三极管的特性曲线硅NPN型三极管1输入特性曲线输入特性：在且为某定值时，加在三极管基极与发射极之间的电压和它产生的基极电流之间的关系。与二极管的正向伏安特性曲线相似。当大于导通电压时，三极管才出现明显的基极电流。导通电压：硅管0.7 V，锗管0.3 V。2. 输出特性曲线：为某定值，与之间的关系，一簇几乎与横轴平行的直线。 3、三极管的三个区 截止区：= 0以下的区域。a发射结和集电结均反向偏置，三极管截止。b=0，0，即为，穿透电流。c三极管发射结反偏或两端电压为零时，为截止。【应用】C、E作为开关的两个电极，截止时相当于开关断开。 放大区：指输出特性曲线之间间距接近相等，且互相平行的区域。a与几乎无关，而与成一定比例关系，具有电流放大作用b恒流特性：大于1 V左右以后，一定，不随变化，恒定。c发射结正偏，集电结反偏，三极管处于放大状态。d电流放大倍数【应用】C、E间相当于受控制的电流源。 饱和区：指输出特性曲线靠近左边陡直且互相重合的曲线与纵轴之间的区域。a不随的增大而变化，这就是所谓的饱和。b饱和时的值为饱和压降，：硅管为0.3 V，锗管为0.1 V。c发射结、集电结都正偏，三极管处于饱和状态。【应用】C、E两极间的开关接通。【总结】1. 放大模拟信号，VT工作于放大区；2. 放大数字信号，VT工作于截止或饱和状态;四、三极管的主要参数（1）共射极电流放大系数 用 b 表示，选用管子时，b 值应恰当，一般说来，b 值太大的管子工作稳定性差。（2）极间反向饱和电流 集电极-基极反向饱和电流。 集电极-发射极反向饱和电流。两者关系：=（1+b）（3）极限参数 集电极最大允许电流当过大时，电流放大系数 b 将下降。在技术上规定，b 下降到正常值的2/3时的集电极电流称集电极最大允许电流。 反向击穿电压当基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压。当发射极开路时，集电极与基极之间所能承受的最高反向电压。当集电极开路时，发射极与基极之间所能承受的最向反向电压。 集电极最大允许耗散功率在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。五、三极管的简易测试1用万用表判别三极管的管型和管脚（1）万用表置于“R 1 k”挡或“R 100”挡。（2）方法： 黑表笔和三极管任一管脚相连，红表笔分别和另外两个管脚相连测其阻值，若阻值一大一小，则将黑表笔所接的管脚调换重新测量，直至两个阻值接近。如果阻值都很小，则黑表笔所接的为NPN型三极管的基极。若测得的阻值都很大，则黑表笔所接的是PNP型三极管的基极。 若为NPN型三极管，将黑红表笔分别接另两个引脚，用手指捏住基极和假设的集电极，观察表针摆动。再将假设的集电极和发射极互换，按上述方法重测。比较两次表针摆幅，摆幅较大的一次黑表笔所接的管脚为集电极，红表笔所接的管脚为发射极。 若为PNP型三极管，只要将红表笔和黑表笔对换再按上述方法测试即可。判断三极管C脚和E脚示意图如图所示。2判断三极管的好坏（1）万用表：“R 1 k”挡或“R 100”挡。（2）方法：分别测量三极管集电结与发射结的正向电阻和反向电阻，只要有一个PN结的正、反向电阻异常，就可判断三极管已损坏。3判断三极管 b 的大小将两个NPN管接入判断三极管C脚和E脚的测试电路，万用表显示阻值小的，则该管的 b 大。4判断三极管的大小以NPN型为例，用万用表测试C、E间的阻值，阻值越大，表示越小。(3)发射极与集电极的判定； (4)及的估测；【设有三极管专用档的模拟万用表】先调零，管子插入插座，从专用刻度线读得值。【数字式万用表】二极管测试档，找基极，判断类型；三极管专用插座，判断C、E极。六、例题分析：例1、判断以下三极管的状态本课小结：三极管有硅管和锗管两种，硅管和锗管均有NPN型和PNP型两类。为使三极管具有放大作用，必须满足的加电原则。三极管的重要特性就是具有电流放大，主要公式有：（1）（2）（3）三极管的特性曲线是指各电极间电压和电流之间的关系曲线。包括输入和输出特性曲线。三极管的输入特性曲线与普通二极管的伏安特性曲线相似。三极管的输出特性曲线，分为饱和区、放大区和截止区，分别对应三极管的三种状态。要正确理解三极管的主要参数。课后作业电子技术基础同步练习册三极管部分教学反思 三极管之所以是放大电路的关键元件就在于其具有电流放大作用。三极管的三种工作状态是三极管应用的基础，使学生们牢固地掌握这一知识点对于理解三极管在不同场合的应用至关重要。 课 题单管共射放大电路课型理论课课时4教学时间授课班级电子1103班级人数33教学目标知识目标：1 熟悉单管共射放大电路的组成及各部分的作用。2 掌握单管共射放大电路的静态分析及动态分析；3 了解非线性失真；能力目标：会单管共射电路的静动态分析。情感目标：培养学生养成良好的学习习惯教学重点与难点教学重点：单管共射放大电路的静态分析及动态分析教学难点：单管共射放大电路的静态分析及动态分析教学方法1、教师讲授与学生练习相结合。 2、板书与多媒体课件相结合。教学过程主 要 内 容 及 步 骤备注导入新课：1、放大器的基本结构：2、 放大电路的种类：新授课：一、共射极基本放大电路的组成及工作原理1放大电路组成及各元件的作用(a)三极管VT处于放大状态。其作用可以将微小的基极电流转换成较大的集电极电流，它是放大器的核心。 (b)集电极负载电阻RC把电流放大作用转变为电压放大作用，一般在几到几十千欧；(c)直流电源其作用一是为电路提供能源；二是为电路提供工作电压。 (d)基极偏置电阻RB其作用为电路提供静态偏流IBQ，可通过调整RB改变基极电流；(e)耦合电容器C1和C2隔断直流电，传递交流信号；2、放大器中电压、电流符号及正方向的规定（1）电压、电流符号：（2）电压、电流的正方向： 电压用“+”、“-”表示，电流用箭头表示。3、静态工作点的设置（1）静态工作点 静态：ui=0三极管的IB、IC、UBE和UCE值叫静态值。这些静态值分别在输入、输出特性曲线上对应着一点Q，称为静态工作点，或简称Q点。用IBQ、ICQ和UCEQ表示。（UBEQ为常数） （2）静态工作点的作用思考：放大电路为什么要设置静态工作点？设置静态工作点的目的：使放大器能不失真放大交流信号。4、 工作原理（1）静态（ui=0）工作情况 静态：所谓静态指的是放大器在没有交流信号输入（即ui=0）时的工作状态。 只要电路参数能使三级管工作在放大区，且RC足够大，则uo的变化幅度将比ui变化幅度大很多倍。（2） 动态工作情况 从工作波形我们可以看出：1）输出电压uo的幅度比输入电压ui大，说明放大器实现了电压放大。ui、ib、ic三者频率相同，相位相同，而uo与ui相位相反,这叫做共射极放大器的“反相”作用。（2）动态时，uBE、iB、iC、uCE都是直流分量和交流分量的叠加，波形也是两种分量的合成。（3）虽然动态时各部分电压和电流大小随时间变化，但方向却始终保持和静态时一致，所以静态工作点IBQ、ICQ、UCEQ是交流放大的基础。二、共射极放大电路的分析方法1、近似估算法已知电路各元器件的参数，利用公式通过近似计算来分析放大器性能的方法称为近似估算法。 （1）近似估算放大器的静态工作点直流通路指直流信号流通的路径。画法:把电容看作断路（2）近似估算放大器的输入电阻、输出电阻和电压放大倍数 交流通路指交流信号流通的路径。 画法:把电容和直流电源都视为交流短路 例题1：在共射极基本放大电路中，设VCC12V，RB300k，RC2 k，50，RL=2 k。试求静态工作点、输入电阻Ri、输出电阻Ro及空载与带载两种情况下的电压放大倍数。课堂练习：图示的电路中，设三极管 b = 50，其余参数见图。试求：（1）静态工作点；（2）；（3）；（4）；（5）。解（1）求静态工作点= 50 44.4 mA = 2.2 mA=12 V - 2.2 mA 3 kW = 5.4 V（2）（3）求电压放大倍数 （4）求输入电阻（5）求输出电阻= 3 kW2、图解分析法利用三极管的输入、输出特性曲线和电路参数，通过作图来分析放大器性能的方法，称为图解分析法，简称图解法。（1）图解分析放大器的静态工作点例题2：在共射极基本放大电路中，已知VCC=12V，RB=40k，RC=3k，三极管的输出特性曲线下图所示。试利用图解法求电路的静态工作点。课堂练习：某一放大器电路如图（a）所示。三极管的输出特性曲线由（b）给出。试在输出特性曲线上作出直流负载线，并确定静态工作点。若图（a）中改为2.5 kW，其他参数保持不变，直流负载线和静态工作点的情况又如何改变？解画出放大电路的直流通路如图（c）所示。因为令= 0，得，即为M点；令= 0，得= 20 V，即为N点。连接M、N两点，此直线即为直流负载线。确定静态工作点Q在图（b）中找出对应的曲线，此曲线与直流负载线MN的交点即为放大电路的静态工作点Q。在Q处分别作垂线交于横坐标、作水平线交于纵坐标可得，。若，= 20 V，则可得当= 0时，；= 0时，= 20 V。作出直流负载线所示。由于，此时静态工作点为。（2）静态工作点的调整 1） RC、VCC不变，改变RB 2）RB、VCC不变，改变RC 例如： 3）RB、RC不变，改变VCC提示：在实际应用中，一般RC和VCC一定情况下，调整静态工作点是通过改变RB的阻值来实现。（4） 波形失真与静态工作点的关系三、放大器主要性能指标1、放大倍数1）、电压放大倍数AVAVVO/Vi2)、电流放大倍数Ai Ai=Io/Ii3)、功率放大倍数Ap Ap=Po/Pi2、放大器的增益增益G：用分贝表示放大倍数。单位为分贝(dB)。 电压增益 电流增益 功率增益3、输入电阻和输出电阻输入电阻：输入交流电压与输入回路产生的输入电流之比。也可视为从输入端看进去的等效电阻。如图所示。越大，放大器要求信号源提供的电流越小，信号源的负担越小。在电压放大器中希望放大器输入电阻大一些。输出电阻：从放大器输出端(不包括外接负载电阻)看进去的交流等效电阻。如上图所示。表示放大器带负载的能力。输出信号时，自身损耗越小，带负载的能力就越强，所以输出电阻越小越好。4、通频带放大器在放大不同频率的信号时，其放大倍数是不一样的，放大电路在不同频率下的放大倍数如图所示。中频区：在一定频率范围内，放大器的放大倍数高且稳定，这个频率范围为中频区。下限截止频率：信号频率下降到使放大倍数为中频时的0.707所对应的频率。上限频率：信号频率上升到使放大倍数为中频时的0.707所对应的频率。通频带：与之间的频率范围称为通频带。记作BW，即：BW =-。放大器的通频带不能太宽，也不能太窄。太宽干扰信号易进，太窄会丢失信号。本课小结：图解法和估算法是分析放大器的两种基本方法，要重点掌握估算分析法计算放大电路的静态工作点和交流参数。图解法可以直观地了解放大器的工作原理，要熟练掌握直流负载线和交流负载线的画法，并深刻理解静态工作点选择不当会造成饱和失真和截止失真的道理。课后作业电子技术基础同步练习册固定偏置放大电路部分教学反思 通过单管共射放大电路的静态分析和动态分析，使学生掌握应用图解法和微变等效电路法分析放大电路的方法，为今后的学习打好基础。 课 题分压式射极偏置电路课型理论课课时4教学时间授课班级电子1103班级人数33教学目标知识目标：1了解静态工作点不稳定的原因。2掌握分压式偏置放大电路的原理。3、电路参数的计算能力目标： 会分析分压式偏置放大电路。情感目标：培养学生养成良好的学习习惯教学重点与难点教学重点：分压式偏置放大电路的原理教学难点：输入输出特性曲线、电流放大作用。教学方法1、教师讲授与学生练习相结合。 2、板书与多媒体课件相结合。教学过程主 要 内 容 及 步 骤备注导入新课：上面讨论的放大电路是基本共射放大电路，基本共射放大电路也称固定偏置式共射放大电路。这种电路的缺点是静态工作点随温度的变化而变得不稳定。放大电路的静态工作点不稳定是造成放大信号失真的主要原因之一，必须设法克服它。新授课：1、 影响静态工作点稳定的主要因素 思考：怎样才能保证静态工作点不受温度变化的影响？二、分压式射极偏置电路1、电路结构特点 （1）利用上偏置电阻RB1和下偏置电阻RB2组成串联分压器，为基极提供稳定的静态工作电压UBQ。（2）利用发射极电阻RE，自动使静态电流IEQ稳定不变。 2、静态工作点稳定原理3、估算静态工作点直流通路4、估算输入电阻、输出电阻和电压放大倍数 交流通路与共射极基本放大电路的交流通路相似，等效电路也相似，其中RB= RB1/ RB2。输入电阻、输出电阻和电压放大倍数的估算公式完全相同。例题：在分压式射极偏置电路中，若RB1=7.6 k，RB2=2.4k， RC=2 k，RL=2 k，RE=1 k，VCC=12V，三极管的=60。求：（1）放大电路的静态工作点；（2）放大电路的输入电阻Ri、输出电阻Ro及电压放大倍数AuL。课堂练习：1在图所示的两个放大电路中，已知三极管 b = 50，= 0.7 V，电路其他参数所图所示。（1）试求两个电路的静态工作点；（2）若两个三极管的b = 100，则各自的工作点怎样变化？解（1）先计算两个电路的静态工作点。图（a）为固定偏置电路图（b）为分压式偏置电路，有（2）两个三极管 b = 100时可见，b 增大，导致增大，使降低。在图（b）中，b 增大一倍，不变，减小一半。2、在图中，已知三极管 b = 50，=0.7 V，电路其他参数所图所示。试计算：（1）静态工作点；（2）电压放大倍数、输入电阻和输出电压。解（1）计算静态工作点（2）计算、= 2 kW本课小结：通过本节的学习，同学们主要要掌握分压式偏置电路的组成，稳压原理以及电路参数的相关计算。多练习题，记忆解题的步骤，提高计算能力。课后作业电子技术基础同步练习册分压式偏置放大电路部分教学反思 通过讲解这种放大电路，使学生们了解负反馈在放大电路中的作用，并使学生们进一步加深对静态工作点重要性的认识。课 题共集电极放大电路和共基极放大电路课型理论课课时4教学时间授课班级电子1103