電工電子技術(shù)項(xiàng)目化教程項(xiàng)目6晶體管及其作用任務(wù)6.1晶體管任務(wù)6.2基本放大電路任務(wù)6.1晶體管一、任務(wù)引入任務(wù)6.1晶體管

日常生活所用的收音機(jī)，需要將天線接收到的微弱電信號(hào)進(jìn)行處理、放大到一定程度，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。如圖所示即為收音機(jī)的工作原理圖。此放大過(guò)程是通過(guò)放大電路實(shí)現(xiàn)的，而放大電路的核心器件就是晶體管。任務(wù)6.1晶體管二、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：

掌握晶體管的結(jié)構(gòu)及電路符號(hào)；

掌握晶體管的電流放大作用及伏安特性曲線；

掌握晶體管的特性及主要參數(shù)。能力目標(biāo)：

能夠識(shí)別和檢測(cè)晶體管管型；

能夠用萬(wàn)用表識(shí)別晶體管各引腳。素質(zhì)目標(biāo):

培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)、勤于動(dòng)腦的良好素質(zhì)；

培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)觀察、認(rèn)真分析的科學(xué)態(tài)度。任務(wù)6.1晶體管三、相關(guān)知識(shí)（一）晶體管的基本結(jié)構(gòu)及分類1.結(jié)構(gòu)NPN型

PNP型任務(wù)6.1晶體管2.分類按照制造材料的不同，分為硅管和鍺管；按照結(jié)構(gòu)類型，分為NPN型和PNP型；按照功率大小差異，分為小功率管、中功率管和大功率管；按照工作頻率的高低，分成低頻管和高頻管；按照工作狀態(tài)不同分為放大管和開(kāi)關(guān)管。任務(wù)6.1晶體管（二）晶體管的電流放大作用1.電流放大的條件內(nèi)部條件：基區(qū)很薄，發(fā)射區(qū)摻雜濃度最高，基區(qū)濃度最低，集電區(qū)較大。外部條件：發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓，集電結(jié)加反向偏置電壓。不同三極管工作時(shí)接線如圖：NPN型PNP型任務(wù)6.1晶體管2.三極管電流分配關(guān)系調(diào)節(jié)RP的阻值，控制三極管基極電壓，就能改變基極電流IB的大小，IB的變化引起集電極電流IC的變化。

IE=IC+IB

任務(wù)6.1晶體管3.結(jié)論（1）IE=IB+IC，其中IE≈IC>>IB，此結(jié)果滿足基爾霍夫電流定律，即流進(jìn)管子的電流等于流出管子的電流。（2）IC/IB=定值，比值稱為直流電流放大系數(shù)：比值稱為交流電流放大系數(shù)：（3）ΔIC/ΔIB=定值，測(cè)量次數(shù)電流(mA)12345IB00.010.020.040.06IC0.30.991.973.965.95IE0.31.001.994.006.01晶體管各極電流測(cè)試數(shù)據(jù)任務(wù)6.1晶體管（三）晶體管的特性曲線1.輸入特性曲線

晶體管的輸入特性曲線是指當(dāng)集-射極電壓

為常數(shù)時(shí)，基極電流

與基-射極電壓

之間的關(guān)系曲線。死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.2V。

工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V，鍺管UBE0.2~0.3V。任務(wù)6.1晶體管2.輸出特性曲線

晶體管的輸出特性曲線是指當(dāng)基極電流

一定時(shí)，集電極電流

與集-射極電壓之間的關(guān)系曲線。任務(wù)6.1晶體管

通常把輸出特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)：

放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=IB,且

IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCE

UBE

，

IB>IC，UCE

0.3V(3)截止區(qū)：此區(qū)域中，

IB=0，IC=ICEO，UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。

任務(wù)6.1晶體管（四）晶體管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)

直流電流放大系數(shù)：

交流電流放大系數(shù)：2.極間反向飽和電流集電極—基極反向飽和電流ICBO

：ICBO表示發(fā)射極開(kāi)路，C、B之間加上一定反向電壓時(shí)的反向電流，ICBO的大小標(biāo)志集電結(jié)質(zhì)量的優(yōu)劣，越小越好。穿透電流ICEO：基極開(kāi)路時(shí)，集電極直通到發(fā)射極的電流。它越小，表明三極管受溫度的影響越小，工作越穩(wěn)定，質(zhì)量越好。ICEO=(1+β)ICBO。

任務(wù)6.1晶體管3.極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM：是指β值下降到正常的2/3時(shí)的集電極電流IC。（2）集電極－發(fā)射極反向擊穿電壓U(BR)CEO：基極開(kāi)路時(shí)集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。（3）集電極最大允許耗散功率PCM：由允許的最高集電結(jié)溫度決定的最大集電極功耗，工作時(shí)的PC必須小于PCM。三極管安全工作區(qū)任務(wù)6.1晶體管四、知識(shí)拓展

場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電壓控制型器件，其輸入電阻很高，具有噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、耗電少、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，另外，場(chǎng)效應(yīng)管只有半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以又稱為單極型晶體管。在現(xiàn)代電子技術(shù)，特別是大規(guī)模集成電路中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管得到了廣泛應(yīng)用。

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場(chǎng)效應(yīng)晶體管可分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(簡(jiǎn)稱)和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(簡(jiǎn)稱)兩大類。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管是利用半導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制其電流大小的，也稱體內(nèi)場(chǎng)效應(yīng)器件；而絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是利用半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制漏極電流的，有時(shí)也稱表面場(chǎng)效應(yīng)管。任務(wù)6.1晶體管N溝道MOS管

在絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，目前用得最多的是以

作為絕緣介質(zhì)的金屬氧化物半導(dǎo)體管，簡(jiǎn)稱為MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)管，按其導(dǎo)電類型可將場(chǎng)效應(yīng)晶體管分為N溝道和P溝道兩種。任務(wù)6.1晶體管五、技能訓(xùn)練1.晶體管管型及管腳的判斷

（1）通過(guò)查手冊(cè)判斷

一般可根據(jù)晶體管的型號(hào)在有關(guān)晶體管手冊(cè)中找出它們對(duì)應(yīng)的管腳圖，分清三個(gè)極的位置。當(dāng)確定不了管型和管腳時(shí)，可用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)試。

（2）用萬(wàn)用表判別晶體管類型

用指針式萬(wàn)用表

檔，紅表筆接任一管腳（假定接的為基極B），黑表筆分別搭在其余兩管腳上，若兩次測(cè)出阻值都很小（在

以下），則該管為PNP型的晶體管。反之，若兩次測(cè)出的阻值都很大，則該管為NPN型晶體管，此時(shí)與紅表筆接觸的電極就是基極B，如圖（a）所示。如果兩次所測(cè)得阻值是一大一小，則說(shuō)明假定的管腳不對(duì)，只要輪流假定基極，重復(fù)上述的測(cè)試方法，即可找到符合上述結(jié)果的基極及晶體管管型。任務(wù)6.1晶體管（a）晶體管管型的判別（b）晶體管管腳的判別任務(wù)6.1晶體管

（3）用萬(wàn)用表判別晶體管管腳

基極判別出來(lái)后，其余兩個(gè)管腳不是發(fā)射極E就是集電極C。對(duì)于PNP管來(lái)說(shuō)，我們可以假定紅表筆接的是集電極C，黑表筆接的是發(fā)射極E，用手指捏住B、C兩極。但不可使B、C兩極直接接觸，讀出阻值，然后將紅黑兩表筆對(duì)調(diào)，進(jìn)行第二次測(cè)試，將讀數(shù)相比較。若第一次阻值小，則說(shuō)明假定是正確的，紅表筆接的是集電極C，黑表筆接的是發(fā)射極E，如圖（b）所示。反之，對(duì)于NPN管來(lái)說(shuō)，方法同上，但測(cè)得阻值小的一次，黑表筆所接的是晶體管的集電極C。任務(wù)6.1晶體管2.晶體管性能的判斷

任務(wù)6.2基本放大電路一、任務(wù)引入任務(wù)6.2基本放電電路

人們?cè)谌粘Ｉ钪兴玫氖找魴C(jī)、電視機(jī)、擴(kuò)音器及生產(chǎn)中所用的精密電子測(cè)量?jī)x器、儀表的自動(dòng)控制系統(tǒng)中都含有用晶體管構(gòu)成的放大電路，其作用是將微弱的電信號(hào)放大成幅度足夠大且與原來(lái)信號(hào)變化規(guī)律一致的信號(hào)，以便人們測(cè)量和使用。圖中所示為擴(kuò)音器原理圖。當(dāng)人對(duì)著話筒講話時(shí)，聲音先經(jīng)過(guò)話筒變成微弱的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)放大電路，將微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大，然后經(jīng)過(guò)揚(yáng)聲器將放大后的信號(hào)輸出。任務(wù)6.2基本放大電路二、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：

了解基本放大電路的概念、組成和類型；

掌握共射級(jí)基本放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析方法；

掌握分壓式放大電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理。能力目標(biāo)：

能夠運(yùn)用晶體管的微變等效電路法分析各種不同類型的放大電路；

能夠?qū)痉糯箅娐愤M(jìn)行組裝和測(cè)試。素質(zhì)目標(biāo):

培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度；

培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；

培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的邏輯思維和推理能力。任務(wù)6.2基本放大電路三、相關(guān)知識(shí)

基本放大電路一般是指由一個(gè)晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路。

放大電路的作用就是將微弱變化的電信號(hào)（非電信號(hào)可以通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)變成電信號(hào)）放大成幅度足夠大且與原來(lái)信號(hào)變化規(guī)律一致的信號(hào)，以便人們測(cè)量和使用。（一）基本放大電路的概念1.放大電路的概念任務(wù)6.2基本放大電路2.放大電路的分類

按信號(hào)源是交流還是直流分為交流放大器和直流放大器；

按放大的對(duì)象來(lái)分，有電壓、電流和功率放大器；

按放大器的工作頻率來(lái)分，有低頻、中頻和高頻放大器；

按放大器件的不同可分為晶體管放大器、場(chǎng)效應(yīng)管放大器、電子管放大器和集成運(yùn)算放大器等；

按放大器中晶體管的連接方式來(lái)分，有共發(fā)射極放大器、共基極放大器和共集電極放大器；

按放大電路的級(jí)數(shù)來(lái)分，有單級(jí)和多級(jí)放大器。任務(wù)6.2基本放大電路3.放大電路的主要性能指標(biāo)電壓放大倍數(shù)：Au=Uo/Ui

輸入電阻：ri=Ui/Ii

輸出電阻：內(nèi)阻ro任務(wù)6.2基本放大電路（二）共射極放大電路的結(jié)構(gòu)輸入輸出參考點(diǎn)-+RB放大元件為晶體管，它工作在放大區(qū)，應(yīng)保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。iC=iB-+uiuo+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-任務(wù)6.2基本放大電路

集電極電源，為電路提供能量，并保證集電結(jié)反偏。-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-集電極電源：一般為幾伏到幾十伏。任務(wù)6.2基本放大電路-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸＜姌O電阻：一般為幾千歐到幾十千歐。任務(wù)6.2基本放大電路作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)。基極電源與基極電阻。-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-基極電阻：一般為幾十千歐到幾百千歐。任務(wù)6.2基本放大電路-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-作用：隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時(shí)能使信號(hào)順利輸入輸出。耦合電容：常為電解電容，有極性。大小為幾

F到幾十

F任務(wù)6.2基本放大電路-+uiuo+UCCRCC1C2TRses+-RL+-RBRBEB可以省去電路改進(jìn)：采用單電源供電。任務(wù)6.2基本放大電路共發(fā)射級(jí)放大電路的電壓、電流波形任務(wù)6.2基本放大電路（三）共射極放大電路的靜態(tài)分析

所謂靜態(tài)，是指輸入信號(hào)為零時(shí)（即

）放大電路的工作狀態(tài)，此時(shí)放大電路中只有直流電源作用，各處的電壓和電流都是直流量，稱為直流工作狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，簡(jiǎn)稱靜態(tài)。在放大電路中信號(hào)的不同分量可以分別在不同的通路中分析。

直流通路：只考慮直流信號(hào)的分電路。

交流通路：只考慮交流信號(hào)的分電路。靜態(tài)分析：確定放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)Q。即IBQ、ICQ、UCEQ

。任務(wù)6.2基本放大電路1.靜態(tài)工作點(diǎn)的確定估算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)：IBQ、ICQ、UCEQ

根據(jù)直流通路估算IBQIBQUBERB稱為偏置電阻，IBQ稱為偏置電流。+UCC直流通路RBRC任務(wù)6.2基本放大電路

根據(jù)直流通路估算UCEQ、ICQICQUCEQ直流通路RBRC+UCC任務(wù)6.2基本放大電路例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：UCC=12V，RC=4k

，

RB=300k，

=37.5。解：請(qǐng)注意電路中IB和IC的數(shù)量級(jí)。任務(wù)6.2基本放大電路2.電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

由以上可知，電路參數(shù)Rb

、

Rc

和Ucc

的改變，都會(huì)影響靜態(tài)工作點(diǎn)Q

的變化。由于晶體管放大器是非線性器件，如果工作點(diǎn)設(shè)置不合適將會(huì)使放大后的波形與輸入信號(hào)波形不一致而引起失真，稱為波形失真。這種情況是由晶體管的非線性特性引起，所以這種波形失真又叫非線性失真。

（1）截止失真。當(dāng)工作點(diǎn)設(shè)置過(guò)低（

IB過(guò)小）時(shí)，晶體管的工作狀態(tài)進(jìn)入截止區(qū)，因而引起iB

、iC

、uCE

的波形失真，稱為截止失真。

（2）飽和失真。當(dāng)工作點(diǎn)設(shè)置過(guò)高（IB

過(guò)大）時(shí)，晶體管的工作狀態(tài)進(jìn)入飽和區(qū)，因而引起

iC、uCE

的波形失真，稱為飽和失真。任務(wù)6.2基本放大電路（四）共射極放大電路的動(dòng)態(tài)分析

放大電路加了交流輸入信號(hào)之后的狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。

動(dòng)態(tài)分析時(shí)，因?yàn)橛薪涣鬏斎胄盘?hào)，晶體管的各個(gè)電流和電壓瞬時(shí)值都含有直流分量和交流分量，而所謂放大，則放大的是其中的交流分量。動(dòng)態(tài)分析最基本的方法是微變等效電路法。動(dòng)態(tài)分析：主要確定放大電路的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。任務(wù)6.2基本放大電路(15-39)

微變等效電路：

將非線性的晶體管進(jìn)行線性化，從而將由其組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路。線性化的條件：晶體管工作于小信號(hào)（微變量）情況。此時(shí)，特性曲線在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)，可用直線近似代替。微變等效電路法：利用放大電路的微變等效電路分析、計(jì)算放大電路電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。任務(wù)6.2基本放大電路1.晶體管的微變等效電路

輸入回路：iBuBE當(dāng)輸入信號(hào)很小時(shí)，可將三極管輸入特性在Q點(diǎn)附近近似線性化。

uBE

iB對(duì)輸入的交流小信號(hào)而言，晶體管的輸入回路可用電阻rbe等效。rbe值約幾百歐到幾千歐。輸入電阻對(duì)于小功率三極管：任務(wù)6.2基本放大電路(15-41)

輸出回路：iCuCE輸出端相當(dāng)于一個(gè)受ib控制的電流源。

近似平行等距考慮uCE對(duì)iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個(gè)大電阻rce。iC

uCE任務(wù)6.2基本放大電路ubeibuceiccbe晶體管的微變等效電路：rbeibibbce任務(wù)6.2基本放大電路2.放大電路的微變等效電路短路短路置零RB+UCCRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路

交流通路畫(huà)法：令直流電源為零，電容相當(dāng)于短路。任務(wù)6.2基本放大電路交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL放大電路的微變等效電路：將交流通路中的三極管用微變等效電路代替任務(wù)6.2基本放大電路3.放大電路性能指標(biāo)的估算電壓放大倍數(shù)的計(jì)算：特點(diǎn)：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRBRCRL任務(wù)6.2基本放大電路輸入電阻的計(jì)算：rbeRBRCRL任務(wù)6.2基本放大電路rbeRBRCRL

在放大電路的微變等效電路中，去掉負(fù)載電阻，令ui=0，并在輸出端加電壓求電流。輸出電阻的計(jì)算：任務(wù)6.2基本放大電路（五）分壓式偏置放大電路

為保證放大電路穩(wěn)定工作，電路必須具有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。但是，溫度的變化將會(huì)嚴(yán)重地影響靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。對(duì)前面分析的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、

和ICEO決定，而這三個(gè)參數(shù)會(huì)隨溫度而變化，從而導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定。

固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。Q點(diǎn)不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致其靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而造成非線性失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、IC增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少I(mǎi)B，從而抑制Q點(diǎn)的變化，使Q點(diǎn)基本保持穩(wěn)定。常用的