1、电路分析教案 第 1 页，共 27 页模拟电子技术基础理论课教案授课教师 上课时间： 周次：课型 理论课教学章节第 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、；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
3、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。电路分析教案 第 2 页，共 27 页（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；（
4、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，U BCVBVE ；对 PNP 管，要求UBE0，即：V C1,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，
5、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（U CE）|I B=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：I B=0 时，此时的集电极电流近似为零，管子的集电极电压等于电源电压，发射结和集电结均反偏。(2)饱和区：此时发射结和集电结均处于正向偏置，U CE=0.3V。(3)放大区：此时 IC=IB，I C 基本不随 UCE 变化而变化，此时发射结正偏，集电结反偏。三个区域的特点也是用来判断三极管工作区域的依据。3.三极管的主要参数（1）放大系数它主要是表征管子放大能力。它有共基极的放大系数和共发
6、射极的放大系数。二者的关系是：11（2）极间的反向电流（它们是有少数载流子形成的）a.基电极-基极的反向饱和电流。b.穿透电流 ICEO：它与 ICBO 关系为：I CEO=（1+）I CBO（3）极间反向击穿电压指三极管某一个极开路时，另两个极间的最大允许的反向电压。超过这个电压，管子会击穿。电路分析教案 第 5 页，共 27 页（a）集电极开路时，发射极与基极间的反向击穿电压 VBR(EBO)。（b）基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压 VBR(CEO)。（c）发射极开路，集电极与基极间的反向击穿电压为 VBR(CBO)。（4）集电极最大允许功率损耗 PCM=iCvCE它表示集电结上
7、允许损耗功率的最大值，超过此值就会使管子性能变坏甚至烧毁。2.1.4 特殊三极管简介1. 光电三极管光电三极管依照光照的强度来控制集电极电流的大小，其功能等效于一只光电二极管与一只晶体管相连。其外形与符号如图 2.7 所示。图 2.7 光电三极管外形与符号2.光电耦合器光电耦合：以光信号为媒质来实现电信号的耦合与传递。图 2.8 光电耦合器符号课后总结本讲重点讲解了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） ；讲解了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；简要介绍了双极型三极管的结构和电路符号，特殊三极管。作业布置教材第 46 页思考题与习
8、题的第 1 题（1）（5） ，第 2 题（1） 、 （2）备注电路分析教案 第 6 页，共 27 页模拟电子技术基础理论课教案授课教师 上课时间： 周次：课型 理论课教学章节 2.2 共发射极基本放大电路 对象教学目标1.掌握：放大电路的组成原则；2.理解：放大电路的放大原理，设置静态工作点的必要性；3.了解：放大的基本概念。教学重点1.放大电路的组成原则；2.静态工作点3.放大电路的放大原理。教学难点 放大电路的组成原则，并利用该原则判断电路是否具有放大功能。教学方法 多媒体教学，讨论教学课时 2 学时教学内容2.2 共发射极基本放大电路放大电路是最常见、最典型的模拟电子电路。1.放大的含义
9、在电子技术中，放大包含两个方面的内容：一是能将微弱的电信号增强到人们所需要的数值；二是输出信号的波形与输入信号的波形基本相同，即不失真地放大。放大的实质用来自输入端较小能量的信号源来控制较大能量的直流电源。 现在我们以扩音机为例来理解放大的基本概念。扩音机示意图如图 2.9 所示。图 2.9 扩音机示意图放大的对象变化量放大的本质能量的控制与转换放大的特征功率放大判断电路能否放大的基本出发点放大电路的必备元件有源器件（晶体管或场效应管）放大的基本要求不失真，放大的前提2.性能指标放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种电路分析教案 第 7 页，共 27 页端口特性
10、的等效电路。输入端口特性可以等效为一个输入电阻；输出端口可以等效成电压源或电流源。其示意图如图 2.10 所示。图 2.10 放大电路示意图（1）放大倍数及增益电压放大倍数（无量纲）： ； 电流放大倍数（无量纲）： ；iouUAioiIA电压放大倍数是最常被研究和测试的参数，本章着重讨论电压放大倍数。电压增益= ； 电流增益= ；ulg20 ilg20其单位为 dB，也称放大倍数的分贝表示法。（2）输入电阻和输出电阻输入电阻： ；输出电阻： 。iiIUR LoLoo RUR1（3）通频带衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。如图 2.11 所示。图 2.11 放大电路的频率响应频带（带宽）：
11、，其中 fH上限频率， fL下限频率。LHbwff（4）最大不失真输出电压 Uom：交流有效值。（5）非线性失真：由元器件非线性特性引起的失真。（6）最大输出功率 Pom 与效率 =P om/Pv ，式中，P V 为电源消耗的功率。3.有关符号的规定（1）大写字母、大写下标表示直流量。如 VCE、I C 等。电路分析教案 第 8 页，共 27 页（2）大写字母、小写下标表示交流有效值。如 Vce、I e 等。（3）小写字母、大写下标表示总量（含交、直流） 。如 vCE、i B 等。（4）小写字母、小写下标表示纯交流量。如，v ce、i b 等。（5）上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。如
12、、 等。cebI2.2.1 共发射极放大电路的组成图 2.12 所示为一单管共发射极放大电路。它由直流电源、信号源、三极管和电阻电容组成。电路中输入回路与输出回路的公共端是三极管的发射极，因此称为共发射极放大电路，简称共射放大电路。（ a）基本电路 （b）简化画法图 2.12 共发射极放大电路电阻中各元件的作用：Rb、V BB ：基极电阻和基极电源，提供输入回路的静态工作点。Rc、V CC ：集电极电阻和集电极电源，提供输出回路的静态工作点。同时， Rc 还是集电极负载电阻，V CC 还提供输出所需的能量。晶体管 T：起放大作用的核心元件。Cb1 和 Cb2：耦合电容，一般是大容量的电解电容，
13、起“隔直流通交流 ”的作用。2.2.2 单管共射放大电路的工作原理1.ui=0 静态工作情况ui=0 时电路的工作情况，如图 2.13（a ）所示。2.ui=sint 动态工作情况ui=sint 时电路的工作情况，如图 2.13（b）所示。iB=IBQ+ib ；i C=ICQ+ic ；u CE=UCEQ+uce ；u o=uce 。电路分析教案 第 9 页，共 27 页（a）u i=0 静态工作情况 （b）ui=sin t 动态工作情况图 2.13 单管共射放大电路的工作原理3.静态工作点静态：输入信号为零（v i= 0 或 ii= 0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。动态：输入信号
14、不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。电路处于静态时，三极管三个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为 Q 点。一般用 IB、 IC、和 VCE （或 IBQ、I CQ、和 VCEQ ）表示。4.设置静态工作点的必要性放大的对象是动态信号，但前提是不失真。若去掉直流偏置，容易造成严重的失真，设置静态工作点能解决信号失真的问题。此外，静态工作点的设置，还影响到其它动态参数，必须合理设置静态工作点。5.放大电路的组成原则 （1）根据所用放大管的类型设置合适的静态工作点 Q 。即三极管工作在放大区。（2）必须保证从输入到输出信号的正常流通途径。（3）不失真。要求放大
15、过程中信号不发生失真。（4）对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。6.常见的两种共射放大电路（1）直接耦合共射放大电路直接耦合：电路通过直接连接传递信号的方式。其电路如图 2.14（a）所示。（2）阻容耦合共射放大电路阻容耦合：电路通过电容连接传递信号的方式。起连接作用的电容称之为耦合电容。 耦合电容的容量一般很大，为电解电容，起隔直通交的作用。其电路如图2.14（b）所示。电路分析教案 第 10 页，共 27 页（a）直接耦合共射放大电路 （b）阻容耦合共射放大电路图 2.14 两种常见的共射放大电路课后总结本讲的主要内容有：放大的基本概念；放大电路的基本组成和各部分的作用，以及利用放大电路的组成原则去判断电路是否具有放大作用；放大电路的工作原理。作业布置教材第 47 页思考题与习题的第 3 题备注
