1、模块2 晶体管开关电路的设计制作与调试,1.1 三极管的结构,课题 半导体三极管,三极管的外形结构常见三极管的外形结构如图2.2所示。,常见三极管的外形结构,三极管具有电流放大作用的内部条件是：, 基区做得很薄，而且掺杂浓度低。, 发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。, 集电区比发射区体积大，且掺杂浓度低。,1.2 三极管的电流放大作用,课题 半导体三极管,1.3 三极管的工作原理,三极管具有电流放大作用的外部条件是：,1、发射结加正向电压；,2、集电结加反向电压。,课题 半导体三极管,1.3 三极管的工作原理,课题 半导体三极管,2电流分配关系,3共射极直流电流放大系数,4共射极交流电流放
2、大系数,5三极管共基极电流放大系数,1.3 三极管的工作原理,课题 半导体三极管,1.4 三极管的特性曲线,三极管的特性曲线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。,课题 半导体三极管,1.4 三极管的特性曲线,1输入特性曲线,课题 半导体三极管,2. 输出特性曲线,1.4 三极管的特性曲线,课题 半导体三极管,由输出特性曲线可以分为三个区域：, 放大区,1.4 三极管的特性曲线, 截止区, 饱和区,发射结反偏，发射区不能发射电子，各极电流为零。,发射结正偏，集电结正偏。随 增大而增大。 不成立,课题 半导体三极管,1.4 三极管的主要参数,1电流放大系数,2极间反向电流,3极限
3、参数,课题 半导体三极管,1.5 三极管的判别及手册的查阅方法 要准确地了解一只三极管类型、 性能与参数, 可用专门的测量仪器进行测试, 但一般粗略判别三极管的类型和管脚, 可直接通过三极管的型号简单判断, 也可利用万用表测量方法判断.下面具体介绍其型号的意义及利用万用表的简单测量方法。 1三极管型号的意义三极管的型号一般由五大部分组成,如3AX31A、3DG12B、3CG14G等。下面以3DG110B为例说明各部分的命名含义。,课题 半导体三极管,(1)第一部分由数字组成，表示电极数。“3”代表三极管。 (2)第二部分由字母组成，表示三极管的材料与类型。如A表示PNP型锗管，B表示NPN型锗
4、管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。(3)第三部分由字母组成，表示管子的类型，即表明管子的功能 。(4)第四部分由数字组成,表示三极管的序号。 ,课题 半导体三极管,(5) 第五部分由字母组成,表示三极管的规格号。2三极管手册的查阅方法1）三极管手册的基本内容(1)三极管的型号;(2)电参数符号说明;(3)主要用途;(4)主要参数。2）三极管手册的查阅方法（1）已知三极管的型号查阅其性能参数和使用范围。（2）根据使用要求选择三极管。,课题 半导体三极管,3判别三极管的管型和管脚(1）根据三极管外壳上的型号,初判其类型。(2）根据三极管的外形特点,初判其管脚 (3）用万用表判别三极管的管
5、脚及管型。基极的判别。,课题 半导体三极管,图2.10 典型三极管的管脚排列图,课题 半导体三极管,图2.11 三极管基极的测试,课题 半导体三极管,集电极和发射极的判别。 具体测试方法如图2.12所示,图（a）、（b）为PNP管的测试图,图（c）为NPN管的测试图。根据硅管的发射结正向压降大于锗管的正向压降的特点,来判断其材料。一般常温下,锗管正向压降为0.20.3V,硅管的正向压降为0.60.7V。根据图2.13电路进行测量,由电压表的读数大小确定是硅管还是锗管。,课题 半导体三极管,图2.12 三极管集电极、发射极的判别,课题 半导体三极管,图2.13 判断硅管和锗管的电路,课题 半导体
6、三极管,4 三极管的质量粗判及代换方法1） 判别三极管的质量好坏2） 三极管的代换方法通过上述方法的判断, 如果发现电路中的三极管已损坏, 更换时一般应遵循下列原则: （1） 更换时, 尽量更换相同型号的三极管。 （2）无相同型号更换时, 新换三极管的极限参数应等于或大于原三极管的极限参数, 如参数ICM、PCM、U（BR）CEO等。 （3）性能好的三极管可代替性能差的三极管。 如穿透电流ICEO小的三极管可代换ICEO大的, 电流放大系数高的可代替低的。,课题 半导体三极管,（ 4）在集电极耗散功率允许的情况下, 可用高频管代替低频管， 如3DG型可代替3DX型。 （5）开关三极管可代替普通
7、三极管, 如3DK型代替3DG型, 3AK型代替3AG型管。2.1.6 特殊三极管简介 1光电三极管光电三极管也称光敏三极管，其等效电路和电路符号如图2.14所示。 ,课题 半导体三极管,图 2.14 光电三极管的等效电路与电路符号(a)等效电路;(b)电路符号,课题 半导体三极管,图2.15 光电耦合器电路符号 (a)LED+光敏电阻； (b)LED+光电二极管(c)LED+光电三极管; (d)LED+光电池,课题 半导体三极管,2光电耦合器光电耦合器是将发光二极管和光敏元件（光敏电阻、光电二极管、光电三极管、光电池等）组装在一起而形成的二端口器件,其电路符号如图2.15所示。它的工作原理是
8、以光信号作为媒体将输入的电信号传送给外加负载,实现了电光电的传递与转换。光电耦合器主要用作高压开关、信号隔离器、电平匹配等电路中,起信号的传输和隔离作用。,课题 半导体三极管,课题2 晶体管的基本放大电路,2.1 放大电路的概述,保证放大电路能不失真地放大信号。,所谓放大,从表面上看是将信号由小变大,实质上,放大的过程是实现能量转换的过程。,1 . 基本概念,2. 放大电路的主要性能指标分析放大器的性能时, 必须了解放大器有哪些性能指标。 衡量放大器性能的指标很多，现介绍输入、输出电阻，增益，频率失真和非线性失真等基本指标。,课题2 晶体管的基本放大电路,1). 输入、 输出电阻对于输入信号源
9、， 可把放大器当作它的负载，用ri表示， 称为放大器的输入电阻。其定义的放大器输入端信号电压对电流的比值，即ri= （2.1.4）对于输出负载RL，可把放大器当作它的信号源，用相应的电压源或电流源等效电路表示，如图2.1.4（a）和（b）所示。 图中Ui是将RL移去， Us或者Is在放大器输出端产生的开路电压。In是将RL短接，Us或者Is在放大器输出端产生的短路电流。 ro是等效电流源或电压源的内阻，也就是放大器的输出电阻。,课题2 晶体管的基本放大电路,它是在放大器中的独立电压源短路或独立电流源开路、 保留受控源的情况下， 从RL两端向放大器看进去所呈现的电阻。因此假如在放大器输出端外加信
10、号电压U， 计算出由U产生的电流I，则ro=U/I, 如图2.1.4（c）。 ro，ri只是等效意义上的电阻。如在放大器内部有电抗元件， ro，ri应为复数值。2). 增益增益，又称为放大倍数，用来衡量放大器放大信号的能力。有电压增益、电流增益、功率增益等。 (1) 电流、 电压增益电压增益用Au表示，定义为放大器输出信号电压与输入信号电压的比值。 即 ,课题2 晶体管的基本放大电路,课题2 晶体管的基本放大电路,又,所以,同样, 电流增益Ai和源电流增益Ais分别定义为,又,课题2 晶体管的基本放大电路,所以,(2) 功率增益功率增益表示放大器放大信号功率的能力， 定义为,一个信号源能够提供
11、的最大功率，就是信号源加到匹配负载上的功率，我们定义为信号源额定功率, 它是度量信号源功率容量大小的参数。负载能否得到这么大的功率，取决于负载是否与信号源内阻匹配。额定功率与负载大小无关，而实际得到的功率则与负载大小有关。,课题2 晶体管的基本放大电路,放大器的额定功率增益是指放大器输出额定功率PAo与输入信号源额定功率PAs的比值。在图2.1.4中，令ri=rs，那么输入信号源的额定功率为放大器的输出额定功率为 则放大器的额定功率增益为,课题2 晶体管的基本放大电路,式中，Auso=Ut/Us是负载RL断开时放大器的源电压增益。 由上可知，GPA与放大器输出端所接负载大小无关，但和输入端是否
12、与信号源内阻匹配有关。输入端匹配时，放大器输入端得到的功率最大。 相应的输出额定功率PAo最大，这时， GPA最大。 3). 频率失真因放大电路一般含有电抗元件，所以对于不同频率的输入信号, 放大器具有不同的放大能力。相应的增益是频率的复函数。即,上式中， A()是增益的幅值，A()是增益的相角， 都是频率的函数。我们将幅值随变化的特性称为放大器的幅频特性，其相应的曲线称为幅频特性曲线; 相角随变化的特性称为放大器的相频特性，其相应的曲线称为相频特性曲线。 它们分别如图2.1.5（a）和（b）所示。 在工程上，一个实际输入信号包含许多频率分量， 放大器不能对所有频率分量进行等增益放大，那么合成
13、的输出信号波形就与输入信号不同。这种波形失真称为放大器的频率失真。要把这种失真限制在允许值范围内，则放大器频率响应曲线中平坦部分的带宽应大于输入信号的频率宽度。 ,课题2 晶体管的基本放大电路,课题2 晶体管的基本放大电路,4). 非线性失真非线性失真主要由晶体三极管伏安特性曲线的非线性产生。 假如输入信号为正弦信号电压Ug=Ugmsint时，由于非线性失真， 输出集电极电流波形就将是非正弦的，该波形可分解为众多频率分量。基波分量为不失真分量，假设它的振幅为Ic1m；二次及其以上各次谐波分量为失真分量，假设他们的振幅分别为Ickm（k=2， 3， 4， ），则衡量放大器非线性失真大小的非线性失
14、真系数定义为THD，即,课题2 晶体管的基本放大电路,共射极基本放大电路 (a) 双电源供电共射极放大电路； (b) 单电源供电共射极放大电路,1电路组成,2.2 共发射极放大电路,课题2 晶体管的基本放大电路,2共射放大电路各元件的作用,晶体管起放大作用,电源提供能量,基极电阻提供偏置电流,电容起隔直通交作用,集电极电阻将电流变化转换成电压变化,课题2 晶体管的基本放大电路,3基本工作原理,直流量用大写字母表示,交流量用小写字母表示,交直流共存量用小写字母加大写字母作脚标表示,课题2 晶体管的基本放大电路,前面我们对放大电路进行了定性分析，本节将介绍对放大电路进行定量分析计算的方法。对一个放
15、大电路进行定量分析， 不外乎做两方面工作：第一，确定静态工作点； 第二，计算放大电路在有信号输入时的放大倍数、输入阻抗、输出阻抗等。 常用的分析方法有两种：图解法和微变等效电路法。 在分析放大电路时，为了简便起见，往往把直流分量和交流分量分开处理， 这就需要分别画出它们的直流通路和交流通路。分析静态时用直流通路，分析动态时用交流通路。,4. 放大电路分析方法,课题2 晶体管的基本放大电路,在画直流通路和交流通路时， 应遵循下列原则：（1）对直流通路， 电感可视为短路， 电容可视为开路；(2) 对交流通路， 若直流电源内阻很小， 则其上交流压降 很小，可把它看成短路；若电容在交流通过时，交流压降
16、很 小，可把它看成短路。,1静态分析,课题2 晶体管的基本放大电路,例2-1 估算如图所示放大电路的静态工作点。,解:,，,，,。,课题2 晶体管的基本放大电路,1 放大电路的静态图解分析, 由基极回路求出, 找出 的输出特性曲线，它与直流负载线的交点即为所求静态工作点。, 作出直流负载线：,课题2 晶体管的基本放大电路,1交流通路与交流负载线,2. 放大电路的图解分析法,2. 放大电路的动态图解分析,(1) 电容器对交流量可视为短路,(2) 直流电源作短路处理,课题2 晶体管的基本放大电路,1)交流通路与交流负载线,交流负载线与直流负载线相交于Q点,(2) 交流负载线斜率为 ：,2放大电路的
17、非线性失真,截止失真,饱和失真,课题2 晶体管的基本放大电路,例2-2对如图所示电路，用图解法确定静态工作点；作出交流负载线，并估算最大不失真电压幅度Uom 。,解：（1）求静态工作点,通过作直流负载线，得：,课题2 晶体管的基本放大电路,作交流负载线：,得最大不失真电压：,(1). 三极管的微变等效电路,3. 微变等效电路分析法,三极管的微变等效电路,课题2 晶体管的基本放大电路,三极管的微变等效电路,对于小功率管：,课题2 晶体管的基本放大电路,(2)放大电路的微变等效电路,课题2 晶体管的基本放大电路,故,用微变等效电路求动态指标静态值仍由直流通路确定，而动态指标可用微变等效电路求得。1
18、.电压放大倍数设在图中输入为正弦信号，因为,式中,课题2 晶体管的基本放大电路,2. 输入电阻ri ri是指电路的动态输入电阻，由图中可看出,当负载开路时,3. 输出电阻ro ro 是由输出端向放大电路内部看到的动态电阻，因rce远大于Rc，所以,例.3 在图.（a）所示电路中，UBE.，试求：(1)静态工作点参数IBQ、ICQ、UCEQ、Uo值； (2)计算动态指标u、ri、ro的值。,课题2 晶体管的基本放大电路,图. 用微变等效电路求动态指标 （a）原理图; （b）微变等效电路,图. 用微变等效电路求动态指标 （a）原理图; （b）微变等效电路,解 ()求静态工作点参数,画出微变等效电路如图.1（b）所示。,(2) 计算动态指标,接有发射极电阻的单管放大电路,
