《电工电子技术项目教程 》课件-6.项目6 晶体管及其作用

电工电子技术项目化教程项目6晶体管及其作用任务6.1晶体管任务6.2基本放大电路任务6.1晶体管一、任务引入任务6.1晶体管

日常生活所用的收音机，需要将天线接收到的微弱电信号进行处理、放大到一定程度，驱动扬声器发出声音。如图所示即为收音机的工作原理图。此放大过程是通过放大电路实现的，而放大电路的核心器件就是晶体管。任务6.1晶体管二、教学目标知识目标：

掌握晶体管的结构及电路符号；

掌握晶体管的电流放大作用及伏安特性曲线；

掌握晶体管的特性及主要参数。能力目标：

能够识别和检测晶体管管型；

能够用万用表识别晶体管各引脚。素质目标:

培养学生善于发现、勤于动脑的良好素质；

培养学生仔细观察、认真分析的科学态度。任务6.1晶体管三、相关知识（一）晶体管的基本结构及分类1.结构NPN型

PNP型任务6.1晶体管2.分类按照制造材料的不同，分为硅管和锗管；按照结构类型，分为NPN型和PNP型；按照功率大小差异，分为小功率管、中功率管和大功率管；按照工作频率的高低，分成低频管和高频管；按照工作状态不同分为放大管和开关管。任务6.1晶体管（二）晶体管的电流放大作用1.电流放大的条件内部条件：基区很薄，发射区掺杂浓度最高，基区浓度最低，集电区较大。外部条件：发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压。不同三极管工作时接线如图：NPN型PNP型任务6.1晶体管2.三极管电流分配关系调节RP的阻值，控制三极管基极电压，就能改变基极电流IB的大小，IB的变化引起集电极电流IC的变化。

IE=IC+IB

任务6.1晶体管3.结论（1）IE=IB+IC，其中IE≈IC>>IB，此结果满足基尔霍夫电流定律，即流进管子的电流等于流出管子的电流。（2）IC/IB=定值，比值称为直流电流放大系数：比值称为交流电流放大系数：（3）ΔIC/ΔIB=定值，测量次数电流(mA)12345IB00.010.020.040.06IC0.30.991.973.965.95IE0.31.001.994.006.01晶体管各极电流测试数据任务6.1晶体管（三）晶体管的特性曲线1.输入特性曲线

晶体管的输入特性曲线是指当集-射极电压

为常数时，基极电流

与基-射极电压

之间的关系曲线。死区电压：硅管0.5V，锗管0.2V。

工作压降：硅管UBE0.6~0.7V，锗管UBE0.2~0.3V。任务6.1晶体管2.输出特性曲线

晶体管的输出特性曲线是指当基极电流

一定时，集电极电流

与集-射极电压之间的关系曲线。任务6.1晶体管

通常把输出特性曲线分为三个工作区：

放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且

IC

=

IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCE

UBE

，

IB>IC，UCE

0.3V(3)截止区：此区域中，

IB=0，IC=ICEO，UBE<死区电压，称为截止区。

任务6.1晶体管（四）晶体管的主要参数1.电流放大系数

直流电流放大系数：

交流电流放大系数：2.极间反向饱和电流集电极—基极反向饱和电流ICBO

：ICBO表示发射极开路，C、B之间加上一定反向电压时的反向电流，ICBO的大小标志集电结质量的优劣，越小越好。穿透电流ICEO：基极开路时，集电极直通到发射极的电流。它越小，表明三极管受温度的影响越小，工作越稳定，质量越好。ICEO=(1+β)ICBO。

任务6.1晶体管3.极限参数（1）集电极最大允许电流ICM：是指β值下降到正常的2/3时的集电极电流IC。（2）集电极－发射极反向击穿电压U(BR)CEO：基极开路时集电极和发射极之间的反向击穿电压。（3）集电极最大允许耗散功率PCM：由允许的最高集电结温度决定的最大集电极功耗，工作时的PC必须小于PCM。三极管安全工作区任务6.1晶体管四、知识拓展

场效应晶体管是电压控制型器件，其输入电阻很高，具有噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、耗电少、便于集成等优点，另外，场效应管只有半导体中的多数载流子参与导电，所以又称为单极型晶体管。在现代电子技术，特别是大规模集成电路中，场效应晶体管得到了广泛应用。

根据结构的不同，场效应晶体管可分为结型场效应管(简称)和绝缘栅场效应管(简称)两大类。结型场效应管是利用半导体内的电场效应来控制其电流大小的，也称体内场效应器件；而绝缘栅场效应管是利用半导体表面的电场效应来控制漏极电流的，有时也称表面场效应管。任务6.1晶体管N沟道MOS管

在绝缘栅场效应管中，目前用得最多的是以

作为绝缘介质的金属氧化物半导体管，简称为MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)管，按其导电类型可将场效应晶体管分为N沟道和P沟道两种。任务6.1晶体管五、技能训练1.晶体管管型及管脚的判断

（1）通过查手册判断

一般可根据晶体管的型号在有关晶体管手册中找出它们对应的管脚图，分清三个极的位置。当确定不了管型和管脚时，可用万用表来测试。

（2）用万用表判别晶体管类型

用指针式万用表

档，红表笔接任一管脚（假定接的为基极B），黑表笔分别搭在其余两管脚上，若两次测出阻值都很小（在

以下），则该管为PNP型的晶体管。反之，若两次测出的阻值都很大，则该管为NPN型晶体管，此时与红表笔接触的电极就是基极B，如图（a）所示。如果两次所测得阻值是一大一小，则说明假定的管脚不对，只要轮流假定基极，重复上述的测试方法，即可找到符合上述结果的基极及晶体管管型。任务6.1晶体管（a）晶体管管型的判别（b）晶体管管脚的判别任务6.1晶体管

（3）用万用表判别晶体管管脚

基极判别出来后，其余两个管脚不是发射极E就是集电极C。对于PNP管来说，我们可以假定红表笔接的是集电极C，黑表笔接的是发射极E，用手指捏住B、C两极。但不可使B、C两极直接接触，读出阻值，然后将红黑两表笔对调，进行第二次测试，将读数相比较。若第一次阻值小，则说明假定是正确的，红表笔接的是集电极C，黑表笔接的是发射极E，如图（b）所示。反之，对于NPN管来说，方法同上，但测得阻值小的一次，黑表笔所接的是晶体管的集电极C。任务6.1晶体管2.晶体管性能的判断

任务6.2基本放大电路一、任务引入任务6.2基本放电电路

人们在日常生活中所用的收音机、电视机、扩音器及生产中所用的精密电子测量仪器、仪表的自动控制系统中都含有用晶体管构成的放大电路，其作用是将微弱的电信号放大成幅度足够大且与原来信号变化规律一致的信号，以便人们测量和使用。图中所示为扩音器原理图。当人对着话筒讲话时，声音先经过话筒变成微弱的电信号，再经过放大电路，将微弱的电信号进行放大，然后经过扬声器将放大后的信号输出。任务6.2基本放大电路二、教学目标知识目标：

了解基本放大电路的概念、组成和类型；

掌握共射级基本放大电路的静态和动态分析方法；

掌握分压式放大电路稳定静态工作点的原理。能力目标：

能够运用晶体管的微变等效电路法分析各种不同类型的放大电路；

能够对基本放大电路进行组装和测试。素质目标:

培养学生认真负责的工作态度；

培养学生科学的分析问题和解决问题的能力；

培养学生较强的逻辑思维和推理能力。任务6.2基本放大电路三、相关知识

基本放大电路一般是指由一个晶体管或场效应管组成的放大电路。

放大电路的作用就是将微弱变化的电信号（非电信号可以通过传感器转变成电信号）放大成幅度足够大且与原来信号变化规律一致的信号，以便人们测量和使用。（一）基本放大电路的概念1.放大电路的概念任务6.2基本放大电路2.放大电路的分类

按信号源是交流还是直流分为交流放大器和直流放大器；

按放大的对象来分，有电压、电流和功率放大器；

按放大器的工作频率来分，有低频、中频和高频放大器；

按放大器件的不同可分为晶体管放大器、场效应管放大器、电子管放大器和集成运算放大器等；

按放大器中晶体管的连接方式来分，有共发射极放大器、共基极放大器和共集电极放大器；

按放大电路的级数来分，有单级和多级放大器。任务6.2基本放大电路3.放大电路的主要性能指标电压放大倍数：Au=Uo/Ui

输入电阻：ri=Ui/Ii

输出电阻：内阻ro任务6.2基本放大电路（二）共射极放大电路的结构输入输出参考点-+RB放大元件为晶体管，它工作在放大区，应保证集电结反偏，发射结正偏。iC=iB-+uiuo+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-任务6.2基本放大电路

集电极电源，为电路提供能量，并保证集电结反偏。-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-集电极电源：一般为几伏到几十伏。任务6.2基本放大电路-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。集电极电阻：一般为几千欧到几十千欧。任务6.2基本放大电路作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻。-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-基极电阻：一般为几十千欧到几百千欧。任务6.2基本放大电路-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-作用：隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。耦合电容：常为电解电容，有极性。大小为几

F到几十

F任务6.2基本放大电路-+uiuo+UCCRCC1C2TRses+-RL+-RBRBEB可以省去电路改进：采用单电源供电。任务6.2基本放大电路共发射级放大电路的电压、电流波形任务6.2基本放大电路（三）共射极放大电路的静态分析

所谓静态，是指输入信号为零时（即

）放大电路的工作状态，此时放大电路中只有直流电源作用，各处的电压和电流都是直流量，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。在放大电路中信号的不同分量可以分别在不同的通路中分析。

直流通路：只考虑直流信号的分电路。

交流通路：只考虑交流信号的分电路。静态分析：确定放大电路静态工作点Q。即IBQ、ICQ、UCEQ

。任务6.2基本放大电路1.静态工作点的确定估算电路的静态工作点：IBQ、ICQ、UCEQ

根据直流通路估算IBQIBQUBERB称为偏置电阻，IBQ称为偏置电流。+UCC直流通路RBRC任务6.2基本放大电路

根据直流通路估算UCEQ、ICQICQUCEQ直流通路RBRC+UCC任务6.2基本放大电路例：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k

，

RB=300k，

=37.5。解：请注意电路中IB和IC的数量级。任务6.2基本放大电路2.电路参数对静态工作点的影响

由以上可知，电路参数Rb

、

Rc

和Ucc

的改变，都会影响静态工作点Q

的变化。由于晶体管放大器是非线性器件，如果工作点设置不合适将会使放大后的波形与输入信号波形不一致而引起失真，称为波形失真。这种情况是由晶体管的非线性特性引起，所以这种波形失真又叫非线性失真。

（1）截止失真。当工作点设置过低（

IB过小）时，晶体管的工作状态进入截止区，因而引起iB

、iC

、uCE

的波形失真，称为截止失真。

（2）饱和失真。当工作点设置过高（IB

过大）时，晶体管的工作状态进入饱和区，因而引起

iC、uCE

的波形失真，称为饱和失真。任务6.2基本放大电路（四）共射极放大电路的动态分析

放大电路加了交流输入信号之后的状态称为动态。

动态分析时，因为有交流输入信号，晶体管的各个电流和电压瞬时值都含有直流分量和交流分量，而所谓放大，则放大的是其中的交流分量。动态分析最基本的方法是微变等效电路法。动态分析：主要确定放大电路的各项性能指标。

计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。任务6.2基本放大电路(15-39)

微变等效电路：

将非线性的晶体管进行线性化，从而将由其组成的放大电路等效为一个线性电路。线性化的条件：晶体管工作于小信号（微变量）情况。此时，特性曲线在静态工作点附近的小范围内，可用直线近似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析、计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。任务6.2基本放大电路1.晶体管的微变等效电路

输入回路：iBuBE当输入信号很小时，可将三极管输入特性在Q点附近近似线性化。

uBE

iB对输入的交流小信号而言，晶体管的输入回路可用电阻rbe等效。rbe值约几百欧到几千欧。输入电阻对于小功率三极管：任务6.2基本放大电路(15-41)

输出回路：iCuCE输出端相当于一个受ib控制的电流源。

近似平行等距考虑uCE对iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。iC

uCE任务6.2基本放大电路ubeibuceiccbe晶体管的微变等效电路：rbeibibbce任务6.2基本放大电路2.放大电路的微变等效电路短路短路置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路

交流通路画法：令直流电源为零，电容相当于短路。任务6.2基本放大电路交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL放大电路的微变等效电路：将交流通路中的三极管用微变等效电路代替任务6.2基本放大电路3.放大电路性能指标的估算电压放大倍数的计算：特点：负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRL任务6.2基本放大电路输入电阻的计算：rbeRBRCRL任务6.2基本放大电路rbeRBRCRL

在放大电路的微变等效电路中，去掉负载电阻，令ui=0，并在输出端加电压求电流。输出电阻的计算：任务6.2基本放大电路（五）分压式偏置放大电路

为保证放大电路稳定工作，电路必须具有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化将会严重地影响静态工作点的稳定。对前面分析的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、

和ICEO决定，而这三个参数会随温度而变化，从而导致静态工作点不稳定。

固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致其靠近饱和区或截止区，从而造成非线性失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化，使Q点基本保持稳定。常用的