电子技术基础(第二章) (1)

掌握三极管的结构及符号，能识别引脚； 了解三极管的特性曲线、主要参数、温度对三极管特性的影响； 能在实践中正确使用三极管； 会用万用表判别三极管的引脚和质量优劣。 2.1.1 三极管的结构与符号 一、三极管的外形 三极管从封装外形来分，一般有硅酮塑料封装、金属封装，以及用于表面 安装的片状三极管，目前常用的90××系列三极管采用TO-92型塑封，它们的 型号一般都标在塑壳上。如图所示。 三极的外形 2.1.1 三极管的结构与符号 二、三极管的结构与符号 三极管有三个电极，分别从三极管 内部引出，三极管的核心是两个互相联 系的PN结，它是根据不同的掺杂工艺在 一个硅片上制造出三个掺杂区域而形成。 在三个掺杂区域中，位于中间的区 域称为基区，引出基极，两边的区域称 为发射区和集电区，分别引出发射极和 集电极；基区和发射区的PN结称为发射 结，基区和集电区的PN结成为集电结。 按两个PN结组合方式不同，三极管可分为PNP型、NPN型两类。如果边 是N区，中间夹着P区，就称为NPN型三极管；反之，则称为PNP型三管。如 图所示。 2.1.2 三极管中的电流分配和放大作用 一、放大的概念 只要给电路中的三极管外加合适 的电源电压，就会产生电流 、 和 ，这时很小的 就可以控制比它大 上百倍的 。显然 不是由三极管 产生的，而是由电源电压在 的控 制下提供的，这就是三极管的能量转 换作用。如图所示。 电流放大示意图 2.1.2 三极管中的电流分配和放大作用 二、三极管的电流放大作用 测试电路如图所示。 实验数据表明 （1）三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信号控制较大 的集电极电流信号，实现“以小控大”的作用。 （2）三极管电流放大作用的实现需要外部提供直流偏置，即必须保证三 极管发射结加正向电压（正偏），集电结加反向电压（反偏）。这时，三电 极电流Ib、Ic 、 Ie方向如图所示，电位关系应为VcVbVe。 PNP型三极管放大工作时，其电源电压VCC极 性与NPN型管相反，这时，管子三个电极的电流方 向也与NPN型管电流方向相反，电位关系则为 VEVBVC。 2.1.3 三极管的特性曲线 一、三极管特性曲线测试 三极管在电路应用时，必定有一个电极作为信号的输入端，一个电极作 为信号的输出端，另一个电极作为输入、输出回路的公共端，由此，三极管 在电路中有三种组态（连接方式）。如图所示。 三极管的三种组态 二、共射输入特性曲线 2.1.3 三极管的特性曲线 如图所示的共射输入特性曲线是 指当 为某一定值时，基极电流 和发射极电压 之间关系。 2.1.3 三极管的特性曲线 三、共射输出特性曲线 共射输出特性曲线是在基 极电流 为一常量的情况下， 集电极电流 和管压降 之间的关系。通常把三极管输 出特性曲线分为截止、饱和和 放大三个区域。如图所示。NPN 型三极管的三种工做状态如表 所示。 三极管输出特性曲线及测量 放大区：电流受控 ，即iC=iB；恒流特 性，只要IB一定，iC基本 不随uCE变化而变化。 Uc电位UB电位时 ，iC基本不随IB变 化而变化 2.1.4 三极管的使用常识 一、三极管器件手册查阅 1.三极管型号命名 2.1.4 三极管的使用常识 一、三极管器件手册查阅 2.常用三极管主要参数查阅 1）电流放大系数 （1）共射极直流电流放大系数 三极管共射接法时，当 为规定值时，集电极直流电流 和基极电流 的比值为，即 （2）共射极交流电流放大系数 三极管共射接法时，当UCE为规定值时，集电极直流电流变化量 和 基极电流变化量 的比值为，即 2.1.4 三极管的使用常识 一、三极管器件手册查阅 2.常用三极管主要参数查阅 2）极间反向电流 和 （1）集-基反向饱和电流 是发射极开路时集电极的反向饱和 电流。 （2）集-射反向饱和电流 是基极开路时集电极和发射极之间 的穿透电流。 例：如图说示是某三极管的输出特性曲线，从曲线上可以大致确定该三极管在 UCE=6.5V，IB=60µA（b点）附近的 和值. 解：在图示的输出特性曲线上作UCE=6.5V 的垂线，与IB=60µA的输出特性曲线交 于 b点，由此可得该点对应的 2.5 1.7 iBiC IB=0 20A 40A 60A 80A 100 A ic/mA UCE/V 31296 1 2 3 4 0 a b 2.1.4 三极管的使用常识 一、三极管器件手册查阅 2.常用三极管主要参数查阅 3）主要极限参数 主要极限参数如图所示 （1）集电极最大允许电流 一般规定三极管电流放大系数下降到额定值的2/3时的集电极电流，称为 集电极最大允许电流。实际使用时，必须使 ，否则将明显下降。 （2）集电极最大允许耗散功率 表示集电极允许损耗功率的最大值。在应用中，必须使三极管的 ，否则会使三极管性能变坏或烧毁。 （3）集-射反向击穿电压 是基极开路时（ ）， 允许加在集-射极之间的最大反向电压。 若集电结反偏电压超过该值，将导致反 向电流剧增，从而使三极管损坏。 2.1.4 三极管的使用常识 一、三极管器件手册查阅 3. 三极管引脚排列 三极管引脚识读如表所示 2.1.4 三极管的使用常识 二、小功率三极管检测 1. 三极管基极和类型判断 万用表置于R×1k挡。用万用表的第一根表笔依次接三极管的一个引脚， 而第二根表笔分别接另两根引脚，以测量三极管三个电极中每两个极之间的正 、反向电阻值。 当第一根表笔接某电极，而第二根表笔先后接触另外两个电极均测得较小 电阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。如果接基极b的第一根表 笔是红表笔，则可判定三极管为PNP型；如果是黑表笔接基极b，则可判定三极 管为NPN型。测量方法如图所示。 类型判断和基极的测量方法 2.1.4 三极管的使用常识 二、小功率三极管检测 2. 三极管引脚的判断和值估测 选择能测 的万用表。将万用表置于R×1k挡，根据被测三极管的管型， 将三极管的基极引脚b插入NPN或PNP对应的插孔，另两个引脚分别插入NPN或PNP 的其他插孔，以测量三极管的 （），然后再将三极管倒过来（基极b位置 不变）再测一遍，两次测量结果明显不同，测得 （）值比较大的一次时， 三极管的三个引脚极性恰好分别对应NPN或PNP插孔上的e、b、c。这时测得的 值，即为该三极管的直流电流系数的估测值。测量方法如图所示。 判断引脚的测量方法 2.1.4 三极管的使用常识 3. 三极管性能简易判断 二、小功率三极管检测 简易判断三极管性能时，可将万用表置于R×1k挡，分别用红、黑表笔 测量三极管各极间阻值，然后将测量结果对照下表大致判断三极管的好坏。 2.1.4 三极管的使用常识 三、三极管选用 1. 三极管使用频率 选用三极管首先要明确电路是工作在低频场合还是在高频场合。工程设 计中一般要求三极管的 高于电路工作频率3倍以上。 2. 三极管工作的安全性 对于工作在大电流场合的三极管，如驱动继电器等，应根据实际工作电 流选用 较大的管子，从而保证集电极工作电流 。 对于工作在大功率场合的三极管，应重点考虑三极管的集电极最大耗散 功率 ，使三极管额定消耗功率 。同时，大功率三极管在使用时， 因功耗较大，应按要求加装一定规格尺寸的散热片。 应用拓展：应用拓展： 光电三极管 以接受光信号并将其变换成电信号为目的而制成之晶体管称为光电三极管。光电三 极管最常用的材料是硅，一般仅引出集电极和发射极，其外形与发光二极管一样(也有引 出基极的光电三极管，它常作温度补偿用)，图（a）、（b）是其常见实物外形和图形符 号。 光电三极管是靠光的照射量来控制集电极电流大小的器件，其功能可等效看作一个 光电二极管与一只晶体三极管的结合，如图（c）所示，所以它具有放大作用。 光电三极管的输出特性曲线与普通三极管相似，只是将基极电流用入射光照度E代替 。无光照时，集电极电流很小，称为暗电流。但有光照时，集电极电流成为光电流，一 般约为零点几毫安到几毫安。 能识读和绘制基本共射放大电路图，理解共射放大电路主要元件的作用； 了解温度对放大电路静态工作点的影响； 能识读分压式偏置放大电路的电路图，了解分压式偏置放大电路的工作原理； 了解共射、共集和共基三种放大电路的电路构成特点； 了解小信号放大电路性能指标（放大倍数、输入电阻、输出电阻）的含义； 了解放大电路的直流通路与交流通路； 会使用公式估算静态工作点、输入电阻、输出电阻和电压放大倍数； 能搭接分压式偏置放大电路，会调整静态工作点； 2.2.1 共射极基本放大电路 一、电路组成 如图所示。 二、元器件的作用 元器件的作用如图所示 2.2.1 共发射极基本放大电路 元器件的作用 2.2.2 静态工作点和放大原理 基极不加偏置电阻时工作波形 为了避免放大电路的 非线性失真，必须设置 合适的静态工作点，才 能保证放大电路不失真 地放大输入信号。波形 如图所示。 一、设置静态工作点的必要性 基本放大电路中交、直流 量共存，电路在没有输入信号 、只有直流电源单独作用下的 直流工作状态，简称为静态。 放大电路在静态时，三极管各 级电压和电流在输入、输出特 性曲线上可以确定坐标点Q,该 Q点称为静态工作点。输入输 出特性曲线如图所示。 二、共射放大电路的工作原理 2.2.2 静态工作点和放大原理 在放大电路中，输入信 号 经过 耦合加至三极管 b、e极后，各极电压、电流 大小均在直流量的基础上， 叠加了一个随 变化而变化 的交流量，这时电路处于交 流状态或动态工作状态，简 称为动态。电路及波形如图 所示。 三、静态工作点对放大电路的影响 2.2.2 静态工作点和放大原理 共射基本放大电路实验示意 在放大电路的输入端送入 =1kHz，幅度适当的正弦信号，输出端用示波 器观察输出电压波形。实验示意如图所示。 观察到的输出波形 如图所示。 一、分压式偏置放大电路构成 电路如图所示。 2.2.3 工作点稳定的三极管放大电路 二、工作原理 2.2.3 工作点稳定的三极管放大电路 为了稳定静态工作点，通常情况下 ，电路参数的选取应满足 因此， 为 当温度升高时，分压式偏置放大电路稳定 工作点的过程可表示为： 一、主要性能指标 2.2.4 放大电路的分析方法 1. 放大倍数 （1）电压放大倍数 是指放大电路输出电压有效值和输入电压有效 值之比，定义为 （2）电流放大倍数 是指放大电路输出电压有效值和输入电压有效 值之比，定义为 （3）功率放大倍数 是指放大电路输出电压有效值和输入电压有效 值之比，定义为 2.2.4 放大电路的分析方法 一、主要性能指标 2. 输入电阻 输入电阻 是从放大电路输入端 看进去的等效电阻，如图所示。对信 号源来说，就是负载。放大电路从信 号源索取电流的大小反映了放大电路 对信号源的影响程度， 定义为输入 电压有效值和输入电流有效值之比， 即 输入输出等效电阻 2.2.4 放大电路的分析方法 一、主要性能指标 3. 输出电阻 输出电阻 是从放大电路输出端 看进去的等效电阻 二、静态分析 2.2.4 放大电路的分析方法 静态分析前，首先需画出电路的直流通路，它是放大电路在 仅 作用下直流电流所流过的路径。如图所示。画直流通路的原则： （1）输入信号 短路。 （2）电容视为开路。 （3）电感视为短路。 2.2.4 放大电路的分析方法 三、动态分析 动态分析前，首先需画出电路的交流通路，它是放大电路在 ， 仅 作用下交流电流所流过的路径。如图所示。画交流通路的原则： （1）由于耦合电容容量大，所有耦合电容视为通路。 （2）电源电压对地短路。 能区分多级放大电路的级间耦合方式； 了解三种耦合方式的优缺点