电工与电子技术基础第8章半导体三极管及放大电路电子教案课件.ppt
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1、完整版课件ppt1电工与电子技术基础(第电工与电子技术基础(第2 2版)版)电子教案电子教案主主 编编 刘莲青刘莲青 王连起王连起中等职业学校教学用书(电子技术专业)中等职业学校教学用书(电子技术专业)完整版课件ppt2第8章 半导体三极管及放大电路8.1 半导体三极管半导体三极管8.2 三极管放大电路的组成三极管放大电路的组成8.3 共发射极放大电路共发射极放大电路8.4 共集电极放大电路共集电极放大电路8.5 功率放大电路功率放大电路 8.6 单管放大电路实验单管放大电路实验 8.7 功率放大器实验功率放大器实验完整版课件ppt38.1 半导体三极管8.1.1 三极管结构与类型三极管结构与
2、类型8.1.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用8.1.3 三极管的输入特性与输出特性三极管的输入特性与输出特性8.1.4 三极管的主要参数三极管的主要参数完整版课件ppt48.1.1 三极管结构与类型(1)三极管结构三极管结构 如图示,它是由三层不同性质的半导体组合而成的。按半导体的组合方式不同,可将其分为NPN型管和PNP型管。1.三极管的结构与电路符号三极管的结构与电路符号NPN集电结发射结集电区基区发射区bcePNP集电结发射结集电区基区发射区bceNPN型PNP型(a)完整版课件ppt5VcbeVcbePNP型NPN型(b)(2)电路符号电路符号符号中的箭头方向表示发射结正向
3、偏符号中的箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向置时的电流方向。完整版课件ppt6(3)三个区、三个极、二个结三个区、三个极、二个结 无论是NPN型管还是PNP型管,它们内部均含有三个区三个区:发射区、基区、集电区。发射区、基区、集电区。从三个区各引出一个金属电极分别称为 发射极(发射极(e)、基极()、基极(b)和集电极(集电极(c)。)。在三个区的两个交界处形成两个两个PN结结,发射区与基区之间形成的PN结称为发射结发射结,集电区与基区之间形成的PN结称为集电结集电结。完整版课件ppt72.三极管的分类三极管的分类三极管的种类很多,有下列5种分类形式:(1)按其结构类型分按其结构类型分 N
4、PN管和PNP管(2)按其制作材料分按其制作材料分 硅管硅管和锗管锗管(3)按工作频率分按工作频率分 高频管高频管和低频管低频管(4)按功率分按功率分 大功率管大功率管和小功率管小功率管(5)按功能分按功能分 放大管、开关管、微波管放大管、开关管、微波管等。完整版课件ppt83.三极管的外形结构三极管的外形结构小功率管塑封管硅铜塑封三极管 常见三极管的外形结构如图示。完整版课件ppt98.1.2 三极管的电流放大作用1.三极管放大的条件三极管放大的条件三极管实现放大作用的外部条件是发射结正向偏置发射结正向偏置,集集电结反向偏置电结反向偏置。图(a)为NPN管的偏置电路。RbUBBIEIBICU
5、CCRc(a)VRbUBBIEIBICUCCRc(b)V完整版课件ppt10(1)三极管各极之间的电流分配关系三极管各极之间的电流分配关系 IE=IC+IB 且 IEIC IB2.电流分配与放大电流分配与放大完整版课件ppt11(3)三极管交流放大系数三极管交流放大系数当IB有微小变化时,IC即有较大的变化。例如,当IB由10A变到20A时,集电极电流IC则由1.04mA变为2.03mA。这时基极电流IB的变化量为:IB=0.02-0.01=0.01mA 而集电极电流的变化量为:IC=2.03-1.04=0.99 mA(2)三极管直流电流放大系数三极管直流电流放大系数基极电流IB增大时,集电极
6、电流IC也随之增大。将IC与IB的比值叫做三极管的直流电流放大系数直流电流放大系数,用表示,即 或 IC=IB 它体现了三极管的电流放大能力。它体现了三极管的电流放大能力。BCII完整版课件ppt12 这种用基极电流的微小变化来使集电极电流作较大变化的控制作用,就叫做三极管的电流放大作用。我们把集电极电流变化量IC和基极电流变化量IB的比值,叫做三极管交流放大系数三极管交流放大系数,用表示,即 =IC /IB在工程计算时可认为 。完整版课件ppt138.1.3 三极管的输入特性与输出特性1.输入特性曲线输入特性曲线三极管的输入特性曲线表示iB与uBE的关系,如图示。25020406080100
7、0.20.40.60.8 uBE/ViB/AuCE0uCE1 V(a)当uCE时 从输入端看进去,相当于两个结并联且正向偏置,此时的特性曲线类似于二极管的正向伏安特性曲线。2)当uCE1时 从图中可见,uCE的曲线比uCEV时的曲线稍向右移。完整版课件ppt142.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线如图示,该曲线是指当iB一定时,输出回路中的iC与与uCE之间的关系之间的关系曲线。固定一个iB值,可得到一条输出特性曲线,改变iB值,可得到一族输出特性曲线。在输出特性曲线上可划分三个区:放大区、截放大区、截止区、饱和区止区、饱和区。完整版课件ppt15(1)放大区)放大区:当uCE1V以后,三
8、极管的iC与iB成正比而与uCE关系不大。所以输出特性曲线几乎与横轴平行,当iB一定时,iC的值基本不随uCE变化,具有恒流特性。这个区域的工作特点是发射结正向偏置,发射结正向偏置,集电结反向偏置集电结反向偏置,iCiB。在这一区域的三极管具有三极管具有放大作用放大作用,故称为放大区。(2)截止区:)截止区:当iB=0时,iC=ICEO,穿透电流穿透电流CEO很小,输出特性曲线是一条几乎与横轴重合的直线。(3)饱和区:)饱和区:当uCEuBE时,iC与iB不成比例,iC随uCE的增大而迅速上升,这一区域称为饱和区,uCE=uBE称为临界饱和临界饱和。完整版课件ppt168.1.4 三极管的主要
9、参数 电流放大系数的大小反映了三极管放大能力的能力。为集电极电流变化量与基极电流变化量之比。1.电流放大系数电流放大系数三极管的参数是表征管子性能和正确使用及合理选择三极管的依据。(1)ICBO为发射极开路时,集电极基极间的反向电流,称为集电极反向饱和电流反向饱和电流。(2)ICEO 为基极开路时,集电极发射极间的反向电流,称为集电极穿透电流穿透电流。2.极间反向电流极间反向电流完整版课件ppt173.极限参数极限参数(1)击穿电压击穿电压 U(BR)CBO 指发射极开路时,集电极基极间的 反向击穿电压。U(BR)CEO指基极开路时,集电极发射极间的 反向击穿电压。U(BR)CEOU(BR)C
10、BO。U(BR)EBO指集电极开路时,发射极基极间的 反向击穿电压。普通晶体管该电压值比较小,只有几伏。完整版课件ppt188.2 三极管放大电路的三种组态8.2.1 三极管放大时的三种组态三极管放大时的三种组态8.2.2 放大器的组成放大器的组成8.2.3 放大器的放大倍数及增益放大器的放大倍数及增益完整版课件ppt198.2.1 三极管放大时的三种组态1.放大器的三种组态放大器的三种组态 共发射极、共集电极和共基极放大器。becuiuobecuiuo(a)(b)becuiuo(c)放大电路中三极管的三种连接方法(a)共发射极电路;(b)共集电极电路;(c)共基极电路完整版课件ppt20(1
11、)共发射极放大电路共发射极放大电路信号由基极输入、集电极输出,发射极为公共端。+_+_+VCCuSu0ui+_RSRB1RB2RERCC1C2CEVRL+完整版课件ppt21+VCCRBRERLRSC2C1+_+_u0uSui+_+(2)共集电极放大电路共集电极放大电路信号由基极输入、发射极输出,集电极为公共端。完整版课件ppt22+_+_uSRSuiC1C2C3RERLRB2RB1RC+_u0+VCC+(3)共基极放大电路共基极放大电路信号由发射极输入、集电极输出,基极为公共端。完整版课件ppt232.放大电路的组成原则放大电路的组成原则(1)直流电源VCC 通过电阻RB 1、RB2、RC、
12、RE 提供三极管合适的静态偏置,保证保证J JE E正偏、正偏、J JC C反偏反偏。(2)输入回路应保证输入信号输入信号ui能送到三极管能送到三极管BE结结两端两端,产生变化的产生变化的ib。(3)输出回路应使放大后的使放大后的iC尽可能多的送到负载尽可能多的送到负载 RL上,减小其它支路的分流。(4)设置合理的静态工作点合理的静态工作点,即在没有外加信号时,三极管 不仅处于放大状态,而且有一个合适的工作电压和电流。完整版课件ppt248.2.2 放大电路中变量符号放大电路中变量符号1 直流分量直流分量 用大写字母和大写下标大写字母和大写下标表示。如IB表示基极的直流电流。2 交流分量交流分
13、量用小写字母和小写下标小写字母和小写下标表示。如ib表示基极的交流电流。3 总变化量总变化量是直流分量和交流分量之和,即交流叠加在直流上,用小小写字母和大写下标写字母和大写下标表示。如iB表示基极电流总的瞬时值,其数值为iB=IB+ib。4 交流有效值交流有效值用大写字母和小写下标大写字母和小写下标表示。如Ib表示基极的正弦交流电流的有效值。完整版课件ppt258.2.3 放大器的放大倍数及增益1.电压放大倍数电压放大倍数Au及电压增益及电压增益GuiouUUA|Ui 和和Uo 分别是输入和输出电分别是输入和输出电压的有效值。压的有效值。2.电流放大倍数电流放大倍数Ai及电流增益及电流增益Gi
14、ioiIIA|Ii 和和Io 分别是输入和输出电流分别是输入和输出电流的有效值。的有效值。Gu=20lgAu(db)Gi=20lgAi(db)完整版课件ppt263.功率放大倍数功率放大倍数AP及功率增益及功率增益GPiuioPAAPPA|GP=20lgAP(db)Pi 和和Po 分别是输入和输分别是输入和输出平均功率。出平均功率。完整版课件ppt278.3 共发射极放大电路8.3.1 电路的构成电路的构成8.3.2 电路的静态分析电路的静态分析8.3.3 电路的动态分析电路的动态分析8.3.4 共发射极放大电路的特点与应用共发射极放大电路的特点与应用完整版课件ppt288.3.1 电路的构成
15、图示最常见的一种单管共射极放大电路。它由以下三个基本组成部分:(1)放大器件:BJT是放大电路的核心器件。完整版课件ppt29(2)供电电源与直流偏置电路:供电电源VCC是放大器中的能源,同时它与由偏置电阻RB1,RB2,RC及RE,组成的偏置电路共同作用,使BJT较稳定地工作在放大状态。(3)耦合电路:信号源通过输入端耦合电容CB与放大器相连,再由输出端耦合电容CC将放大后的信号送至负载RL。CB,CC在电路中的作用是“传送交流,隔离直流”。完整版课件ppt30当放大电路没有输人信号(ui0)时,电路中各处的电压、电流都是不变的直流,称为直流工作状态或静止状态,简称静态。静态时BJT各电极的
16、直流电压和电流数值称为静态工作点,它对应着管子特性曲线上的一点Q点。8.3.2 电路的静态分析完整版课件ppt311.Q点的估算 分析放大电路的静态工作情况时,可将电路中的电容元件视作开路,电感元件视为短路,之后所得到的电路称为直流通路。图(a)所示电路即为直流通路。直流通路可用于分析放大器的静态。完整版课件ppt32Q点的估算方法UB=VCCRB2/(RB1+RB2)IEQ=(UB-UBEQ)/RE(硅管取UBEQ0 7 V,锗管取UBEQ0 3 V;)ICCIB IBIEICQ IEQ IBQ=ICQ/UCEQVCC -ICQ(RC+RE)完整版课件ppt332Q点与直流负载线 根据前面的
17、分析,静态时BJT两端的电压UCE和电流IC,之间有如下关系:UCEVCC IC(RCRE)在BJT的输出特J性曲线上找两个特殊点M和N:N点:UCE0 IC=VCC/(RCRE)M点:IC0 UCEVCC 连接MN的直线称做直流负载线,如图示。放大器直流通路中任何一个元件或电源数值的改变,都会影响Q点,但Q点的位置始终在直流负载线上。完整版课件ppt348.3.3 电路的动态分析放大器接入交流信号(u0)后,电路中各处的电压、电流同时存在直流分量与交流分量两种成分,称电路工作在动态。动态分析是利用放大器的输入、输出特性对放大器的放大能力进行定性和定量的分析与估算。1交流通路与交流负载线 交流
18、通路决定了电路中交流电流和电压的变化,将放大电路中的电容及电源均视为短路得到的就是交流通路,图示为交流通路。完整版课件ppt35 由交流通路可知 uceicRL 其中 RL RcRL 在BjT的输出特性曲线上,作一条过Q点且斜率为1/RL的直线MN,称为交流负载线,如图示。交流负载线用于电路动态图解分析。完整版课件ppt36 2动态的图解分析(1)共射电路的反相放大作用。完整版课件ppt37(2)Q点与波形失真关系。静态工作点Q选择不当,会使放大器工作时产生信号波形失真如图示,若Q点在交流负载线上的位置过高(QA),则输人信号的正半周可能进人饱和区,造成输出电压波形负半周被部分消除,出现平顶,
19、产生“饱和失真”。反之,若Q点位置过低(QS),则输人信号负半周可能进人截止区,造成输出电压波形正半周出现平顶,产生“截止失真”。为了获得幅度大而不失真的信号,Q点应尽量选在交流负载线的中间部分,例如Q点。完整版课件ppt383,动态的估算分析 图解分析法比较直观,但准确性较差,常用于分析大信号电路。当放大器在小信号工作条件下,即交流电流、电压的变化范围不大时,具有非线性特性的BJT可以用一个线性电路等效,近似计算分析放大器的放大倍数、输人及输出电阻等动态指标。(1)BJT的微变等效电路。其中其中:EQbbbeImVrr26)1(rbb=300完整版课件ppt39(2)动态估算。将放大器交流通
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