学习情境2-半导体三极管及其放大电路.

实用功放电路的组装与调试学习情境22.1三极管的识别、检测与选用2.2三极管电压放大器的组装与调试2.3实用功放电路的组装与调试学习情境22.1三极管的识别、检测与选用2.1.1晶体三极管2.1.2晶体三极管的特性曲线2.1.3晶体三极管的主要参数半导体三极管外型半导体三极管外型及引脚排列EBCEBCEBCBEC第2章半导体三极管双极型半导体三极管3AX813AX13DG43AD10(a)(b)(c)(d)图2-1几种半导体三极管的外形(BipolarJunctionTransistor)2.1.1双极性三极管BJT一、结构、符号和分类NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型分类：按材料分：硅管、锗管按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管按功率分：小功率管500mW中功率管0.51W大功率管1WECBECB结构特点：•发射区的掺杂浓度最高；•集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；•基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图•放大的概念：变化量，能量控制作用。•双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。•若在放大工作状态：发射结加正向电压（正偏），集电结加反向电压（反偏）。二、BJT的电流分配与放大原理现以NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系。基本共射放大电路：基极电流控制集电极电流三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子（以NPN为例）三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1)发射区向基区注入多子电子，形成发射极电流IE。ICN多数向BC结方向扩散形成ICN。IE少数与空穴复合，形成IBN。IBN基区空穴来源基极电源提供(IB)集电区少子漂移(ICBO)ICBOIBIBNIB+ICBO即：IB=IBN–ICBO3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流ICICIC=ICN+ICBO2)电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略)三极管内载流子运动2.三极管的电流分配关系当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB=IBNICBOIC=ICN+ICBOBNCNIICEOBCBOBC)1(IIIIIIE=IC+IB穿透电流CEOBCIIIBCEIIIBCIIBE)1(IICEOBE)1(IIICBOBCBOCIIIIIC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线饱和区放大区三极管的特性截止区uBEUthBEC三极管截止状态等效电路uIuBE+-iB≥IB(sat)BEUBE(sat)CUCE(sat)三极管饱和状态等效电路2.1.2晶体三极管的特性曲线一、输入特性输入回路输出回路常数CE)(BEBuufi0CEu与二极管特性相似RCVCCiBIERB+uBE+uCEVBBCEBiC+++iBRB+uBEVBB+BEuBiO0CEuV1CEu0CEuV1CEu特性基本重合(电流分配关系确定)特性右移(因集电结开始吸引电子)导通电压UBE(on)硅管：(0.60.8)V锗管：(0.20.3)V取0.7V取0.2VVBB+RB二、输出特性常数B)(CECiufiiC/mAuCE/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843211.截止区：IB0IC=ICEO0条件：两个结反偏2.放大区：CEOBCIII3.饱和区：uCEuBEuCB=uCEuBE0条件：两个结正偏特点：ICIB临界饱和时：uCE=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(锗管)放大区截止区饱和区条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔ICEO输出特性第2章半导体三极管三、温度对特性曲线的影响1.温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1C，UBE(22.5)mV。温度每升高10C，ICBO约增大1倍。2.温度升高，输出特性曲线向上移。BEuBiOT1T2iCuCET1iB=0T2iB=0iB=0温度每升高1C，(0.51)%。输出特性曲线间距增大。O2.1.3晶体三极管的主要参数一、电流放大系数共发射极电流放大系数iC/mAuCE/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321—直流电流放大系数（hFE）BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII—交流电流放大系数（hfe)BiiC一般为几十几百Q82A1030A1045.26380108.0A1010A10)65.145.2(63二、极间反向饱和电流CB极间反向饱和电流ICBO，CE极间反向饱和电流ICEO。三、极限参数1.ICM—集电极最大允许电流，超过时值明显降低。U(BR)CBO—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iCuCE。3.U(BR)CEO—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBOU(BR)CEOU(BR)EBO已知:ICM=20mA,PCM=100mW，U(BR)CEO=20V，当UCE=10V时，ICmA当UCE=1V，则ICmA当IC=2mA，则UCEV102020iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区练习：判断三极管的工作状态测量得到三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。放大截止饱和三、晶体三极管的选用1.根据电路工作要求选择高、低频管。2.根据电路工作要求选择PCM、ICM、U(BR)CEO，应保证：PCPCmICMＩCmU(BR)CEOVCC3.一般三极管的值在40~100之间为好，9013、9014等低噪声、高的管子不受此限制。4.穿透电流ICEO越小越好，硅管比锗管的小。附录：半导体器件的命名方式第一部分数字电极数2—二极管3—三极管第二部分第三部分字母(汉拼)材料和极性A—锗材料N型B—锗材料P型C—硅材料N型D—硅材料P型A—锗材料PNPB—锗材料NPNC—硅材料PNPD—硅材料NPN字母(汉拼)器件类型P—普通管W—稳压管Z—整流管K—开关管U—光电管X—低频小功率管G—高频小功率管D—低频大功率管A—高频大功率管第四部分第五部分数字序号字母(汉拼)规格号例如：2CP2AP2CZ2CW3AX313DG12B3DG63CG3DA3AD3DK常用小功率进口三极管90119018第2章半导体三极管半导体三极管使用基本知识一、外型及引脚排列EBCEBCEBCBEC二、万用表检测晶体三极管的方法1.根据外观判断极性；3.用万用表电阻挡测量三极管的好坏，PN结正偏时电阻值较小(几千欧以下)，反偏时电阻值较大(几百千欧以上)。2.插入三极管挡(hFE)，测量值或判断管型及管脚；指针式万用表在R1k挡进行测量。红表笔是(表内)负极，黑表笔是(表内)正极。注意事项：测量时手不要接触引脚。1kBEC1kBEC指针式万用表三步走1、基极判别2、类型判别3、集电极判别三极管的识别与检测数字万用表注意事项：•红表笔是(表内电源)正极；黑表笔是(表内电源)负极。•NPN和PNP管分别按EBC排列插入不同的孔。•需要准确测量值时，应先进行校正。2.插入三极管挡(hFE)，测量值或判断管型及管脚。1.可直接用电阻挡的挡，分别测量判断两个结的好坏。三极管电压放大器的组装与调试任务2.2放大电路的基础知识2.2.1放大电路的组成2.2.2放大电路的主要性能指标概论放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：XiXoAu扩音机是怎样工作的直流供电电源前置放大器功率放大器放大的概念放大器的分类直流放大器音频放大器视频放大器脉冲放大器信号的特征宽带放大器谐振放大器信号的大小小信号放大器大信号放大器（功率放大器）1放大电路的组成一、组成框图直流电源信号源RS+us–RSis放大电路负载RL信号输入第一级第二级第三级信号输出二、多级放大电路三、放大电路的四端网络表示１122+us–放大电路RS+ui–+uo–RLioiius—信号源电压Rs—信号源内阻RL—负载电阻ui—输入电压uo—输出电压ii—输入电流io—输出电流2放大电路的主要性能指标1122+us–放大电路RS+ui–+uo–RLioii电压增益Au(dB)=20lg|Au|一、放大倍数电压放大倍数Au=uo/ui电流放大倍数Ai=io/ii功率放大倍数Ap=po/pi电流增益Ai(dB)=20lg|Ai|功率增益Ap(dB)=10lg|Ap|二、输入电阻１1+us–RS+ui–iiRiiSisiRRRuuRi越大，ui与us越接近iiiiuR例2－1us=20mV，Rs=600，比较不同Ri时的ii、ui。Riiiui60003A18mV60016.7A10mV6030A1.82mV三、输出电阻放大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。计算：0LsoRuiuRi2211usRS+u–放大电路=0Ro测量：LoLotoRRRuuLooto)1(RuuRuot—负载开路时的输出电压；uo—带负载时的输出电压，Ro越小，uot和uo越接近。2211+us–RS+ui–+uo–RLRo+uot–Ri四、通频带电抗元件(主要是电容)使放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同，反映在：Au(f)—幅频特性(f)—相频特性1.幅频特性和相频特性)()()j(ffAfAuufAu(f)OfO)(f2.频带宽度(带宽)BWAum2/muAfLfH下限频率上限频率中频段低频段高频段BW0.7BW0.7=fH–fL(BandWidth)五、最大输出功率和效率效率=最大输出功率Pom直流提供功率PDC2.2三极管电压放大器的组装与调试引言2.3.2交流分析2.3.1直流分析uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极实现电路uiuoRBRCuouiRCRE三极管三种组态放大电路双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见下图放大电路的三种形式引言基本思想非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。一、分析三极管电路的基本思想和方法直流通路(ui=0)分析静态。交流通路(ui0)分析动态，只考虑变化的电压和电流。画交流通路原则：1.固定不变的电压源都视为短路；2.固定不变的电流源都视为开路；3.视电容对交流信号短路0j/1C基本方法图解法：在输入、输出特性图上画交、直流负载线，求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等。解析法：根据发射结导通压降估算“Q”。用小信号等效电路法分析计算电路动态参数。二、电量的符号表示规则AAA大写表示电量与时间无关(直流、平均值、有效值)；A小写表示电量随时间变化(瞬时值)。大写表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值)；小写表示交流分量。总瞬时值直流量交流瞬时值beU交流有效值直流量往往在下标中加注QA—主要符号；A—下标符号。tuOBEuBEUbeubeUuBE=UBE+ube放大的概念讨论放大器必须解决的问题1、设置合适静态工作点－－偏置电路2、输入信号、输出负载、放大器三者之间的连接方式－－耦合方式偏置电路的要求：1、提供放大器所需要的工作点。2、工作点在外部条件变化时保持不变。iCuCEuo可输出的最大不失真信号i