晶体管应用电路(上半部分8学时)模拟电子技术及应用课件.ppt

1、第第3 3章章 晶体管应用电路晶体管应用电路 (共共2020学时学时)学习目标学习目标:晶体管晶体管(即半导体三极管即半导体三极管)是具有放大作用的半导体是具有放大作用的半导体器件，它是各种类型放大电路中的重要组成部分。器件，它是各种类型放大电路中的重要组成部分。通过本章学习，主要要掌握以下内容：通过本章学习，主要要掌握以下内容：上半部分（上半部分（8学时）：学时）：1.晶体管的基本特性及性能检测；晶体管的基本特性及性能检测；2.晶体管放大电路的分析方法；晶体管放大电路的分析方法；3.共射、共集、共基三种放大器性能特点；共射、共集、共基三种放大器性能特点；下半部分（下半部分（12学时）：学时）

2、：4.多级放大器的分析；多级放大器的分析；5.差分放大器原理；差分放大器原理；6.功率放大器结构与原理；功率放大器结构与原理；7.场效应管放大器的结构与原理。场效应管放大器的结构与原理。本章内容本章内容3.1 三极管工作原理三极管工作原理(4学时学时)3.2 三极管共射放大器三极管共射放大器(2学时学时)3.3 三极管共集与共基放大器三极管共集与共基放大器(2学时学时)3.4 多级放大器多级放大器(2学时学时)3.5 放大器主要性能参数的测试放大器主要性能参数的测试(2学时学时)3.6 差分放大器差分放大器(2学时学时)3.7 低频功率放大器低频功率放大器(2学时学时)3.8 场效应管放大器场

3、效应管放大器(4学时学时)3.9 项目设计项目设计(放大电路的设计放大电路的设计)本章小结本章小结3.1 三极管工作原理三极管工作原理3.1.1 结构类型与电流关系结构类型与电流关系 晶体管由两个晶体管由两个PN结构成，根据结构成，根据PN结连接方法的不同，结连接方法的不同，晶体三极管分为晶体三极管分为PNP型和型和NPN型两种。型两种。(a)PNP型结构与符号型结构与符号 (b)NPN型结构与符号型结构与符号 晶体三极管在实际应用时，总要将它的三个极组成一个晶体三极管在实际应用时，总要将它的三个极组成一个输入端和一个输出端，其中一个极为输入、输出回路的输入端和一个输出端，其中一个极为输入、输

4、出回路的公共端。公共端。晶体管的各极电流关系：晶体管的各极电流关系：IEIBIC 图图3-4 晶体管输入特性与输出特性的测试电路晶体管输入特性与输出特性的测试电路 3.1.2 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线 V2V1+uCEuBE+mARP2AUBBUCCRCRP1RBiBiCBCEVBBVCC当晶体三极管工作在放大状态时，集电极电流当晶体三极管工作在放大状态时，集电极电流IC是基极电流是基极电流IB的的倍，即倍，即 1.输入特性与转移特性输入特性与转移特性晶体管的输入特性是指以集晶体管的输入特性是指以集-射电压射电压uCE为参变量时，基极电为参变量时，基极电流流iB和发射结偏压和发射结偏压

5、uBE之间的关系，即输入特性函数为之间的关系，即输入特性函数为 iBf(uBE)|uCE常数常数 晶体三极管的转移特性指以集晶体三极管的转移特性指以集-射电压射电压uCE为参变量时，集电为参变量时，集电极电流极电流iC和发射结偏压和发射结偏压uBE之间的关系。之间的关系。2.输出特性输出特性晶体三极管的输出特性是指以基极电流晶体三极管的输出特性是指以基极电流iB(或发射结偏压或发射结偏压uBE)为为参变量时，集电极电流参变量时，集电极电流iC和集和集-射电压射电压uCE之间的关系。之间的关系。输出特性曲线可分为三个不同的工作区域：截输出特性曲线可分为三个不同的工作区域：截止区、放大区和饱和区。

6、止区、放大区和饱和区。例例3-1如图如图3-7a所示电路，晶体三极管所示电路，晶体三极管V为硅管，为硅管，40，VCC6V，RC3k，RB62k。输入电压。输入电压uI为方波脉冲：为方波脉冲：低电平低电平UIL0V，高电平，高电平UIH4V。画出输入电压为高、低电。画出输入电压为高、低电平时的等效电路，并求相应的输出电压平时的等效电路，并求相应的输出电压uO。图图3-7例例3-1(a)题图题图(b)晶体三极管截止时等效电路晶体三极管截止时等效电路(c)晶体三极管饱和时等效电路晶体三极管饱和时等效电路RBRCV+VCC(a)uOuIiCiBCEB0V3V+VCCRCCEBRBuI 4V(c)uO

7、UCE(sat)0.3VUBE(on)=0.7VIC(sat)iC 0+VCCRCCEBRBuI V(b)uO例例3-2 如图所示电路，晶体三如图所示电路，晶体三极管极管V为硅管，为硅管，50，VCC12V，RC3k，RE1k。判。判断在下列情况下晶体三极管所断在下列情况下晶体三极管所处的工作状态：处的工作状态：RB10k、150k、300k；并求出相应的；并求出相应的开路电压开路电压Uo。图2-.8 例2-2RBRC+VCCIBIEREBCE+UoIC例例3-2 如图所示电路，晶体三如图所示电路，晶体三极管极管V为硅管，为硅管，50，VCC12V，RC3k，RE1k。判。判断在下列情况下晶体

8、三极管所断在下列情况下晶体三极管所处的工作状态：处的工作状态：RB10k、150k、300k；并求出相应的；并求出相应的开路电压开路电压Uo。图2-.8 例2-2RBRC+VCCIBIEREBCE+UoIC3.1.3 晶体管的主要参数晶体管的主要参数1.电流放大系数电流放大系数在放大区内在放大区内,直流电流放大系数与交流电流放大系数基本相同直流电流放大系数与交流电流放大系数基本相同.2.极间反向电流极间反向电流1)反向饱和电流反向饱和电流ICBO，2)穿透电流穿透电流ICEO(1)ICBO。AE开路VBBRBICBOAE开路VBBRBICBOCCBBAE开路VCCRCICEOCBAE开路VCC

9、RCICEOCB(a)(b)(c)(d)图图3-9 晶体三极管的极间反向电流晶体三极管的极间反向电流(a)NPN管的管的ICBO(b)PNP管的管的ICBO(c)NPN管的管的ICEO(d)PNP管的管的ICEO3.极限参数极限参数极限参数是表征晶体三极管能够安全工作的临界条件，也是选极限参数是表征晶体三极管能够安全工作的临界条件，也是选择管子的依据。择管子的依据。(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM(3)反向击穿电压反向击穿电压U(BR)CEO、U(BR)CBO、U(BR)EBO根据三个极限参数可以确定晶体三极管的安全工作区。根据三

10、个极限参数可以确定晶体三极管的安全工作区。图2-10 晶体三极管的安全工作区ICMiC/mAuCE/ViB=020406080100102051525安全区过耗区PCM AU（BR）CEOo10 20 30 40 50几种常见晶体管的外形几种常见晶体管的外形 3.1.4 晶体管的性能检测晶体管的性能检测一、管脚一、管脚(B、C、E)的判别的判别 1.基极（基极（B）和类型的判别）和类型的判别将指针式万用表置于将指针式万用表置于R1K档，黑表笔（为万用表内部直档，黑表笔（为万用表内部直流电源的正极）接到某一假设的三极管流电源的正极）接到某一假设的三极管“基极基极”管脚上，管脚上，红表笔（为万用表

11、内部直流电源的负极）先后接到另外两红表笔（为万用表内部直流电源的负极）先后接到另外两个管脚，如果两次测得电阻值都很大（或都很小），而且个管脚，如果两次测得电阻值都很大（或都很小），而且对换表笔后两个电阻值又都很小（或都很大），则可确定对换表笔后两个电阻值又都很小（或都很大），则可确定假设的假设的“基极基极”是正确的，若以上步骤所测得电阻值一大是正确的，若以上步骤所测得电阻值一大一小，则假设的一小，则假设的“基极基极”是错误的，此时，要重新假设一是错误的，此时，要重新假设一个管脚为个管脚为“基极基极”，重复上述过程。，重复上述过程。基极（基极（B）确定后，以黑表笔接基极，红表笔接另外两极，）确定

12、后，以黑表笔接基极，红表笔接另外两极，如果测得电阻值都很小，则三极管为如果测得电阻值都很小，则三极管为NPN型，反之为型，反之为PNP型。型。2.集电极（集电极（C）和发射极（）和发射极（E）的判别）的判别 以以NPN型三极管为例，在基极以外的两个电极中任意假型三极管为例，在基极以外的两个电极中任意假设一个为设一个为“集电极集电极”，并在已确定的基极和假设的，并在已确定的基极和假设的“集电集电极极”中接入一个大电阻中接入一个大电阻R如图如图28所示，（实测中也可用所示，（实测中也可用大姆指和食指接触两极，用人体电阻替代电阻大姆指和食指接触两极，用人体电阻替代电阻R），将万），将万用表的黑表笔搭

13、接在假设的用表的黑表笔搭接在假设的“集电极集电极”上，红表笔搭接在上，红表笔搭接在假设的假设的“发射极发射极”上，如果万用表指针有较大偏转，则以上，如果万用表指针有较大偏转，则以上假设正确，如果指针偏转较小，则假设不正确。上假设正确，如果指针偏转较小，则假设不正确。二、二、值的测量值的测量1.估测估测值值 将万用表欧姆档置于将万用表欧姆档置于R1K档，黑、红表笔分别档，黑、红表笔分别与与NPN型三极管的集电极（型三极管的集电极（C）、发射极（）、发射极（E）相接，）相接，当在基极（当在基极（B）和集电极（）和集电极（C）之间接入电阻后，万）之间接入电阻后，万用表指针会右偏，即用表指针会右偏，即

14、C、E间电阻变小，如果偏转角间电阻变小，如果偏转角度大，说明三极管的电流放大能力强，度大，说明三极管的电流放大能力强，值大；若右值大；若右偏角度小，说明放大能力低，偏角度小，说明放大能力低，值小。值小。2.定量测量定量测量值值三极管电流放大系数三极管电流放大系数，可通过图，可通过图2-17所示电路测量。调节电源所示电路测量。调节电源VBB使使IB为某一定值，然后改变为某一定值，然后改变VCC读出读出UCE和和IC的对应数据，当的对应数据，当取定若干个不同的取定若干个不同的IB值时值时,就可得到一组与之对应的就可得到一组与之对应的UCE和和IC值，值，再将测试结果用逐点描图法画在直角坐标系（再将

15、测试结果用逐点描图法画在直角坐标系（iCuCE）中，即）中，即得输出特性曲线。在输出特性曲线的放大区域内，选取得输出特性曲线。在输出特性曲线的放大区域内，选取IB值并值并找出对应的找出对应的IC值代入公式值代入公式 IC/IB），就可得到电流放大系数。），就可得到电流放大系数。3.2 三极管共射放大器三极管共射放大器3.2.1 信号的输入与输出信号的输入与输出3.2.2 电路的组成电路的组成1.直流通路直流通路 是指放大器中直流电源单独作用时，直流电流所能是指放大器中直流电源单独作用时，直流电流所能通过的路径。画出直流通路的基本原则是：将电容元件视为通过的路径。画出直流通路的基本原则是：将电容

16、元件视为开开路路、交流信号源、交流信号源短路短路，如果有电感元件，则视其，如果有电感元件，则视其短路短路。2.交流通路交流通路 是指交流信号单独作用时，交流电流所通过的路径。是指交流信号单独作用时，交流电流所通过的路径。画出交流通路的基本原则是画出交流通路的基本原则是：将电容元件视为将电容元件视为短路短路、直流电压、直流电压源源短路短路接地，如果有电感元件，则视其接地，如果有电感元件，则视其开路开路。3.微变等效电路微变等效电路 是指放大器在低频小信号作用下的交流等效电是指放大器在低频小信号作用下的交流等效电路。即从三极管的路。即从三极管的B-E极看去可等效为一个电阻极看去可等效为一个电阻rb

17、e(“基基-射极等射极等效电阻效电阻”)，其数值大小与三极管静态参数，其数值大小与三极管静态参数IEQ和和值等有关，可值等有关，可按下式估算按下式估算3.2.3 电路的分析方法电路的分析方法(a)直流通路直流通路 (b)交流通路交流通路 (c)交流通路的习惯画法交流通路的习惯画法 (d)微变等效电路微变等效电路4.静态工作点分析静态工作点分析(1)图解法图解法 是指在三极管特性曲线上，用作图的方法求得放大是指在三极管特性曲线上，用作图的方法求得放大器中三极管的静态参数。器中三极管的静态参数。(2)估算法估算法 是指用近似计算的方法得到静态工作点参数是指用近似计算的方法得到静态工作点参数。5.动

18、态工作点分析动态工作点分析利用微变等效电路，可以求出放大器利用微变等效电路，可以求出放大器的动态性能指标，如电压放大器倍数的动态性能指标，如电压放大器倍数Au、输入等效电阻、输入等效电阻Ri和输出等效电阻和输出等效电阻Ro。5.动态工作点分析动态工作点分析利用微变等效电路，可以求出放大器利用微变等效电路，可以求出放大器的动态性能指标，如电压放大器倍数的动态性能指标，如电压放大器倍数Au、输入等效电阻、输入等效电阻Ri和输出等效电阻和输出等效电阻Ro。例例3-3 如图如图(a)所示固偏式共射放大器，已知三极管为硅管，所示固偏式共射放大器，已知三极管为硅管，50，求：（求：（1）静态工作点）静态工

19、作点Q（参数）；（参数）；（2）电压放大器数）电压放大器数Au及输入、及输入、输出电阻输出电阻Ri、Ro。例例3-4 如图如图a所示分压偏置共射放大器，所示分压偏置共射放大器，RB1=75k、RB2=18k、RC=4k、RE1k、RL4k、VCC9V，三极管为硅管，三极管为硅管50，（1）试求静态工作点）试求静态工作点Q；（；（2）若更换管子使）若更换管子使变为变为100，确定此，确定此时的静态工作点；（时的静态工作点；（3）求）求Au，Ri，Ro（100时）。时）。共射放大器特点小结共射放大器特点小结1.1.电压放大倍数较大，输出电压与输电压放大倍数较大，输出电压与输入电压反相；既有电压放大

20、作用，入电压反相；既有电压放大作用，又有电流放大作用；又有电流放大作用；2.2.输入电阻大小适中，一般为几输入电阻大小适中，一般为几k；3.3.输出电阻大小适中，一般为几输出电阻大小适中，一般为几k。又称电压跟随器或射极跟随器（射随器）又称电压跟随器或射极跟随器（射随器）+VCCRBRERLRSC2C1+_+_u0uSui+_+3.3 共集与共基放大器共集与共基放大器3.3.1 共集电极放大器共集电极放大器.直流通路与静态工作点直流通路与静态工作点+VCCRBRERLRSC2C1+_+_u0uSui+_+ICQIEQIBQUCEQBECIBQ=EBBEQCCRRUV)1(ICQ=IBQIEQ=

21、(1+)IBQUCEQVCCREIEQRBRERLRS+_+_u0uSui+_2.交流通路与主交流通路与主要性能参数要性能参数(1)电压放大倍数：电压放大倍数：)/)(1()/)(1(LEbeLEuRRrRRA(2)输入电阻：输入电阻：RiRB/rbe+(1+)(RE/RL)rbe+(1+)(RE/RL)（高）（高）(3)输出电阻：输出电阻：其中其中：EQbbbeImVrr26)1(一般满足：Au1R0RE/1/BSbeRRr1/BSbeRRr（低）（低）共集放大器特点小结共集放大器特点小结1.1.电压放大倍数约等于，但具有电流电压放大倍数约等于，但具有电流放大作用，输出电压与输入电压同相；放

22、大作用，输出电压与输入电压同相；2.2.输入电阻高，一般为几十输入电阻高，一般为几十k；3.3.输出电阻低，一般为十几至几十输出电阻低，一般为十几至几十；4.4.共集放大器又叫做电压跟随器，简称共集放大器又叫做电压跟随器，简称为射随器。为射随器。三极管共基极放大器三极管共基极放大器+_+_uSRSuiC1C2C3RERLRB2RB1RC+_u0+VCC+3.3.2 共基极放大器共基极放大器.直流通路与静态工作点直流通路与静态工作点+_+_uSRSuiC1C2C3RERLRB2RB1RC+_u0+VCC+VCCRB1RB2RERCVICQIEQI1I2IBQUCEQBECUBEQ0.3V(Ge管

23、)UBEQ0.7V(Si管)UBQ=CCBBBVRRR212IEQ=EBEQBQRUUIBQ=1EQIICQ=IEQIBQ静态工作点参数的估算公式静态工作点参数的估算公式+_+_uSRSuiRERLRC+_u02.交流通路与主要性能参数交流通路与主要性能参数(1)电压放大倍数：电压放大倍数：beLCurRRA)/(2)输入电阻：输入电阻：(3)输出电阻：输出电阻：其中其中：EQbbbeImVrr26)1(RiRE/rbe(低)R0RC(较高)共基放大器特点小结共基放大器特点小结1.1.电压放大倍数较大，电压放大倍数较大，输出电压与输入输出电压与输入电压同相；不具有电流放大作用；电压同相；不具有电流放大作用；2.2.输入电阻很小，一般为十几至几十输入电阻很小，一般为十几至几十；3.3.输出电阻适中，一般为几输出电阻适中，一般为几kk。第第3章章 上半部分完上半部分完