《项目二三极管》PPT课件.ppt

项目二半导体三极管认知及应用 电子组高湘锋 常采用金属 玻璃或塑料封装 外形如图 1 外形及封装形式 任务一 半导体三极管的认知 又称晶体三极管 简称晶体管 一 半导体三极管的基本知识 2 结构及符号 三极 发射极E 基极B 集电极C 三区 发射区 基区 集电区 箭头方向表示发射结正向电流的方向 两结 发射结 Je 集电结 Jc 结构特点 发射区掺杂浓度较高 体积较小 集电区掺杂浓度较低 体积较大 基区很薄 掺杂浓度最低 按导体类型不同 NPN型和PNP型 按工作时消耗的功率不同 小功率管和大功率管 按工作频率不同 低频管和高频管 按管芯所用半导体材料不同 锗管和硅管 按工艺特点不同 合金管和平面管 按用途不同 放大管和开关管 3 分类 二 电流放大作用 1 各电极上的电流分配 实验电路如图 IE IB IC 发射极电流等于基极电流和集电极电流之和 结论 电流分配规律 节点电流定律 流入管子的电流之和等于流出管子的电流之和 2 电流放大作用 交流电流放大系数 从实验表数据可以看出 当基极电流IB由0 03mA变到0 04mA时 集电极电流IC由1 74mA变到2 33mA 上面两个变化量之比为 电流放大作用 基极电流的微小变化控制了集电极电流的较大的变化 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去控制集电极的大电流信号 是 以小控大 的作用 而不是能量的放大 2 三极管的放大作用 需要一定的外部条件 发射结正偏 集电结反偏 指在UCE一定时 放大电路输入端基极电流IB和基 射极电压UBE的关系曲线 如图 1 输入特性曲线 三 三极管的特性曲线 测试电路如图 特点 1 当UCE 0V时 输入特性曲线与二极管伏安特性曲线形状相似 当UCE 1V时 特性曲线向右移动一段距离 2 存在一段死区 IB 0 处于截止状态 3 三极管正常工作时 可认为UBE是定值 正向管压降 死电区压 当基极电流IB为某一定值时 输出端集电极电流IC与集 射极电压UCE间的关系曲线 2 输出特性曲线 测试电路如图 输出特性曲线如图 1 截止区 区域 IB 以下的区域 发射结 集电极结均处于零偏或反偏状态 3 放大区 2 饱和区 发射结和集电结均为正向偏置 管子失去放大作用 出现饱和现象 存在饱和压降UCES 硅管约0 3V 锗管约为0 1V 此时相当于开关的 闭合 IB 0 IC 0 只有很小的ICEO 相当于开关的 断开 无电流放大作用 条件 特点 UCE 1V时 IC随UCE增大接近直线上升部分的左侧 区域 条件 特点 区域 介于截止区和饱和区之间的区域 发射结正向偏置 集电结反向偏置 条件 四 主要参数 3 集 射反向穿透电流ICEO 越小越好 2 集 基反向饱和电流ICBO 越小越好 1 交流电流放大系数 1 直流电流放大系数 特点 IC受IB控制 即IC IB 为受控特性 在放大状态 当IB一定时 IC不随UCE变化 即放大状态的三极管具有恒流特性 结论 三极管具有 放大 和 开关 功能 直流参数 交流参数 2 共发射极特征频率fT 1 极限参数 集 射极间反向击穿电压U BR CEO 集电极最大允许电流ICM 集电极最大允许耗散功率PCM 决定安全工作范围 将万用表拨到欧姆挡R 100 或R 1K 挡 用黑表笔接假设基极 红表笔分别接其他两极 若两次阻值均很小 则假设正确 与黑表笔所接为NPN型三极管的基极 若阻值一大一小 则假设错误 应把黑表笔所接电极调换一个 再按上述方法测试 确定基极后 假定其余两电极中一个是集电极 用黑表笔接此电极 红表笔接假定发射极 用手指把假设集电极和已测出的基极捏在一起 但不要相碰 记下此时阻值 做相反假设和同样测试 比较两次读数大小 阻值小的一次正确 黑表笔所接为集电极 红表笔所接为发射极 若PNP型调换红 黑表笔即可 五 简易测试 1 方框图 一 三极管的基本连接方式 任务2共射基本放大电路的探究 放大电路简称放大器 是把微弱的电信号放大到负载所需的额定值 他是电子设备中最基本 最重要的单元电路 2 三种基本连接方式 输入端 基极 输出端 集电极 公共端 发射极 输入端 基极 输出端 发射极 公共端 集电极 输入端 发射极 输出端 集电极 公共端 基极 c b V 放大管 起电流放大作用 Rb 向基极提供偏置电流IB 同时也为发射结提供正向偏压 UCC 为电路提供能源 为各极提供工作电压和电流 Rc 电源UCC经RC为集电结提供反偏电压 将三极管的电流放大作用转化为电压放大作用 二 共射基本放大电路 1 电路组成 C1 C2 起隔断直流 传递交流的作用 4 交流分量的有效值大写字母带小写下标表示 Ib Ic Ie Ube Uce 放大器工作时 既有直流信号 又有交流信号 是交直流信号共存的电路 它们相互叠加 2 放大电路的电压 电流信号符号规定 1 直流分量大写字母带大写下标表示 IB IC IE UCE UBE 2 交流分量小写字母带小写下标表示 ib ic ie uce ube 3 交直流叠加瞬时值小写字母带大写下标表示 iB iC iE uCE uBE 静态 指无交流信号输入时的工作状态 各极的电流 电压均保持不变 静态工作点 Q 指放大电路在静态时管子各极电压和电流值在三极管特性曲线上所确定的点 一般用IBQ ICQ UBEQ和UCEQ表示 3 放大器的静态工作点 动态 指有交流信号输入时的工作状态 各极的电流 电压均随时间变化 非线性失真 截止失真和饱和失真称为非线性失真 影响 输入信号ui经电容C1的耦合加在发射结上 形成基极电流ib 经三极管放大后形成较大的电流ic ib ic流经Rc产生变化的电压uc icRc 而输出电压uo uce Ucc icRc 所以输出电压uo与ic的变化趋势相反 经C2隔断直流后 uo icRc 4 放大器的放大原理 波形如图 输出电压uo和输入电压ui频率相同 相位相反 幅度增大 所以单管共发射放大电路又称反相 倒相 放大器 结论 1 放大器的性能指标 电流放大倍数Ai 电压放大倍数Au 功率放大倍数Ap 4 放大电路的分析 放大倍数 分析方法 图解法 估算法 微变等效电路法 输入电阻ri 输出电阻ro 越大越好 越小越好 一个放大器的静态工作点的设置是否合适 是放大器能否正常工作的重要条件 UBEQ 硅管一般为0 7V 锗管为0 3V 2 静态工作点的估算 直流通路 指放大器中直流电流的流通路径 画法 把电容视为开路 其余保持不变 如图 估算公式 注意 把电容 直流电源视为短路 其余元件按原来的连接关系画出 如图 交流通路 指放大器中交流电流的流通路径 3 交流性能指标的估算 画法 估算公式 一 分压式偏置放大电路 1 电路组成 任务3分压式偏置电路及其它电路的学习 Ce 发射极旁路电容 作用为交流信号提供通路 减少信号损失 使放大器的交流信号放大能力不因而降低 Re 发射极电阻 作用是稳定静态工作点 Rb2 下偏置电阻 Rb1 上偏置电阻 2 静态工作点的稳定过程 温度变化时 三极管的参数将发生变化 导致工作点偏移 ICEO 的变化都导致ICQ变化 ICQ基本不变 先计算UBQ 再算ICQ 后算IBQ 最后算UCEQ 3 静态工作点的估算 4 交流指标的估算 二 共集电极放大电路 1 电路结构 被放大的信号从发射极输出 所以又称为射极输出器 射随器 2 电路特点 它广泛应用在电路的输入级 多级放大器的输出级或用于两级共射放大电路之间的隔离级 1 输出电压与输入电压同相且略小于输入电压 uo ui电压瞬时极性相同 且大小近似相等 又称射极跟随器 2 输入电阻大 3 输出电阻小 AU 1 无电压放大能力 但有电流放大能力 3 静态工作点计算 三 共基极放大电路 Ai 1 无电流放大能力 但有电压放大能力 方框图如图 四 多级放大电路 1 级间耦合的条件 失真要小 损耗要小 各级放大电路的静态工作点彼此独立互不影响 2 耦合方式特点 阻容耦合 电路简单 但不能传输变化缓慢的直流信号 低频特性差 不以集成 多级放大器总电压放大倍数等于各单级电压放大倍数的乘积 变压器耦合 易于实现阻抗匹配 前后级静态工作点彼此独立 互不影响 但因为变压器笨重 体积大 耗电量大 频率特性差 难于集成 直接耦合 光电耦合 能放大传输变化缓慢的直流信号 易于集成 但前后级静态工作点相互影响 易产生零点漂移 既可传输交流信号又可传输直流信号 既可实现前后级的电隔离 又便于集成化 3 性能分析 AU AU1 AU2 AUn 注意 前级是后级的信号源 后级是前级的负载 总增益是各级增益的代数和