中等職業(yè)教育電子線路教案

1、第1章 晶體二極管和二極管整流電路教學重點1了解半導體的基本知識：本征半導體、摻雜半導體；掌握PN結(jié)的基本特性。2理解半導體二極管的伏安特性和主要參數(shù)。3了解幾種常用的二極管：硅穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、光電二極管等。4掌握單相半波、橋式全波整流電路的電路組成、工作原理與性能特點；了解電容濾波電路的工作原理。5了解硅穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性及穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理。教學難點1PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴?整流電路和濾波電路的工作原理。3硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程。1.1 晶體二極管1.1.1 晶體二極管的單向?qū)щ娞匦?晶體二極管(1) 外形如圖1.1.1(a)所示，晶體二極管由密封的管體和兩條正、負電

2、極引線所組成。管體外殼的標記通常表示正極。圖1.1.1 晶體二極管的外形和符號(2) 圖形、文字符號如圖1.1.1(b)所示，晶體二極管的圖形由三角形和豎杠所組成。其中，三角形表示正極，豎杠表示負極。V為晶體二極管的文字符號。2晶體二極管的單向?qū)щ娦詣赢?晶體二極管的單向?qū)щ娦?1) 正極電位負極電位，二極管導通；圖1.1.3 例1.1.1電路圖(2) 正極電位負極電位，二極管截止。即二極管正偏導通，反偏截止。這一導電特性稱為二極管的單向?qū)щ娦浴＠?.1.1 圖1.1.3所示電路中，當開關(guān)S閉合后，H1、H2兩個指示燈，哪一個可能發(fā)光？解 由電路圖可知，開關(guān)S閉合后，只有二極管V1正極電位高于

3、負極電位，即處于正向?qū)顟B(tài)，所以H1指示燈發(fā)光。1.1.2 PN結(jié)二極管由半導體材料制成。動畫 PN結(jié)1半導體導電能力介于導體與絕緣體之間的一種物質(zhì)。如硅(Si)或鍺(Ge)半導體。半導體中，能夠運載電荷的的粒子有兩種：圖1.1.4 半導體的兩種載流子載流子：在電場的作用下定向移動的自由電子和空穴，統(tǒng)稱載流子。如圖1.1.4所示。2本征半導體不加雜質(zhì)的純凈半導體晶體。如本征硅或本征鍺。本征半導體電導率低，為提高導電性能，需摻雜，形成雜質(zhì)半導體。3雜質(zhì)半導體為了提高半導體的導電性能，在本征半導體(4價)中摻入硼或磷等雜質(zhì)所形成的半導體。根據(jù)摻雜的物質(zhì)不同，可分兩種：(1) P型半導體：本征硅(

4、或鍺)中摻入少量硼元素(3價)所形成的半導體，如P型硅。其中，多數(shù)載流子為空穴，少數(shù)載流子為電子。圖1.1.5 PN結(jié)(2) N型半導體：本征硅(或鍺)中摻入少量磷元素(5價)所形成的半導體，如N型硅。其中，多數(shù)載流子為電子，少數(shù)載流子為空穴。將P型半導體和N型半導體使用特殊工藝連在一起，形成PN結(jié)。4PN結(jié)N型和P型半導體之間的特殊薄層叫做PN結(jié)。PN結(jié)是各種半導體器件的核心。如圖1.1.5所示。PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦浴＜矗篜區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負極，PN結(jié)導通；反之，PN結(jié)截止。圖1.1.6 測試二極管伏安特性電路晶體二極管之所以具有單向?qū)щ娦?，其原因是?nèi)部具有PN結(jié)。其正、負極對應于

5、PN結(jié)的P型和N型半導體，如圖1.1.5所示。1.1.3 二極管的伏安特性動畫 二極管的伏安特性1定義二極管兩端的電壓和流過的電流之間的關(guān)系曲線叫作二極管的伏安特性。2測試電路：如圖1.1.6所示。3伏安特性曲線：如圖1.1.7所示。4特點(1) 正向特性 正向電壓VF小于門坎電壓VT時，二極管V截止，正向電流IF =0；圖1.1.7 二極管伏安特性曲線其中，門檻電壓 VF > VT時，V導通，IF急劇增大。導通后V兩端電壓基本恒定：結(jié)論：正偏時電阻小，具有非線性。(2) 反向特性反向電壓VR < VRM(反向擊穿電壓)時，反向電流IR很小，且近似為常數(shù)，稱為反向飽和電流。VR &

6、gt; VRM時，IR劇增，此現(xiàn)象稱為反向電擊穿。對應的電壓VRM稱為反向擊穿電壓。結(jié)論：反偏電阻大，存在電擊穿現(xiàn)象。1.1.4 二極管的簡單測試用萬用表檢測二極管如圖1.1.8所示。圖1.1.8 萬用表檢測二極管1判別正負極性萬用表測試條件：R ´ 100 W 或R ´ 1 kW；將紅、黑表筆分別接二極管兩端。所測電阻小時，黑表筆接觸處為正極，紅表筆接觸處為負極。2判別好壞萬用表測試條件：R ´ 1 kW。(1) 若正反向電阻均為零，二極管短路；(2) 若正反向電阻非常大，二極管開路。(3) 若正向電阻約幾千歐姆，反向電阻非常大，二極管正常。1.1.5 二極管的

7、分類、型號和參數(shù)1分類(1) 按材料分：硅管、鍺管；(2) 按PN結(jié)面積：點接觸型(電流小，高頻應用)、面接觸型(電流大，用于整流)；(3) 按用途：如圖1.1.9所示，圖1.1.9 二極管圖形符號例如利用單向?qū)щ娦园呀涣麟娮兂芍绷麟姷恼鞫O管；利用反向擊穿特性進行穩(wěn)壓的穩(wěn)壓二極管；利用反向偏壓改變PN結(jié)電容量的變?nèi)荻O管；利用磷化鎵把電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光二極管；將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕墓怆姸O管。2型號舉例如下整流二極管2CZ82B穩(wěn)壓二極管2CW50變?nèi)荻O管2AC1等等。3主要參數(shù)(1) 普通整流二極管 最大整流電流IFM：二極管允許通過的最大正向工作電流平均值。 最高反向工作電壓VRM

8、：二極管允許承受的反向工作電壓峰值。 反向漏電流IR：規(guī)定的反向電壓和環(huán)境溫度下，二極管反向電流值。(2) 穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)：穩(wěn)定電壓VZ、穩(wěn)定電流IZ、最大工作電流IZM、最大耗散功率PZM、動態(tài)電阻rZ等。1.2 晶體二極管整流電路整流：把交流電變成直流電的過程。二極管單相整流電路：把單相交流電變成直流電的電路。整流原理：利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，將交流電變成脈動的直流電。圖1.2.1 單相半波整流電路1.2.1 單相半波整流電路動畫 單相半波整流電路 1 電路如圖1.2.1(a)所示。V：整流二極管，把交流電變成脈動直流電；T：電源變壓器，把v1變成整流電路所需的電壓v2。2 工作原理

9、設(shè)v2為正弦波，波形如圖1.2.1(b)所示。(1) v2正半周時，A點電位高于B點電位，二極管V正偏導通，則vL » v2；(2) v2負半周時，A點電位低于B點電位，二極管V反偏截止，則vL » 0。圖1.2.2 變壓器中心抽頭式全波整流電路由波形可見，v2一周期內(nèi)，負載只有單方向的半個波形，這種大小波動、方向不變的電壓或電流稱為脈動直流電。上述過程說明，利用二極管單向?qū)щ娦钥砂呀涣麟妚2變成脈動直流電vL。由于電路僅利用v2的半個波形，故稱為半波整流電路。3負載和整流二極管上的電壓和電流(1) 負載電壓 VL = 0.45V2 (1.2.1)(2) 負載電流 (1.2

10、.2)(3) 二極管正向電流和負載電流 (1.2.3)(4) 二極管反向峰值電壓 (1.2.4)選管條件：(1) 二極管允許的最大反向電壓應大于承受的反向峰值電壓；(2) 二極管允許的最大整流電流應大于流過二極管的實際工作電流。電路缺點：電源利用率低，紋波成分大。解決辦法：全波整流。1.2.2 單相全波整流電路一、變壓器中心抽頭式單相全波整流電路1電路圖變壓器中心抽頭式單相全波整流電路如圖1.2.2所示。V1、V2為性能相同的整流二極管；T為電源變壓器，作用是產(chǎn)生大小相等而相位相反的v2a和v2b。2工作原理圖1.2.3 橋式整流電路(1) v1正半周時，T次級A點電位高于B點電位，在v2a作

11、用下，V1導通(V2截止)，iV1自上而下流過RL；(2) v1負半周時，T次級A點電位低于B點電位，在v2b的作用下，V2導通(V1截止)，iV2自上而下流過RL；可見，在v1一周期內(nèi)，流過二極管的電流iV1、iV2疊加形成全波脈動直流電流iL，于是RL兩端產(chǎn)生全波脈動直流電壓vL。故電路稱為全波整流電路。圖1.2.4 橋式整流電路工作過程3負載和整流二極管上的電壓和電流(1) 負載電壓 (1.2.5)(2) 負載電流 (1.2.6)圖1.2.5 橋式整流電路工作波形圖(3) 二極管的平均電流 (1.2.7)(4) 二極管承受反向峰值電壓 (1.2.8)缺點：單管承受的反向峰值壓比半波整流高

12、一倍，變壓器T需中心抽頭。二、單相橋式全波整流電路動畫 橋式全波整流電路1電路圖單相橋式全波整流電路如圖1.2.3所示。V1 V4為整流二極管，電路為橋式結(jié)構(gòu)。2工作原理(1) v2正半周時，如圖1.2.4(a)所示，A點電位高于B點電位，則V1、V3導通(V2、V4截止)，i1自上而下流過負載RL；(2) v2負半周時，如圖1.2.4(b)所示，A點電位低于B點電位，則V2、V4導通(V1、V3截止)，i2自上而下流過負載RL；由波形圖1.2.5可見，v2一周期內(nèi)，兩組整流二極管輪流導通產(chǎn)生的單方向電流i1和i2疊加形成了iL。于是負載得到全波脈動直流電壓vL。3負載和整流二極管上的電壓和電

13、流(1) 負載電壓 (1.2.9)(2) 負載電流 (1.2.10)(3) 二極管的平均電流 (1.2.11)(4) 如圖1.2.6所示，二極管承受反向峰值電壓為 (1.2.12)優(yōu)點：輸出電壓高，紋波小，VRM較低，應用廣泛。橋式整流電路簡化畫法如圖1.2.7所示。 圖1.2.6 橋式整流二極管承受的反向峰值電壓 圖1.2.7 橋式整流電路簡化畫法例1.2.1 有一直流負載，需要直流電壓VL = 60 V，直流電流IL = 4 A。若采用橋式整流電路，求電源變壓器次級電壓V2，并選擇整流二極管。解 因為 所以流過二極管的平均電流圖1.2.8 半橋和全橋整流堆二極管承受的反向峰值電壓查晶體管手

14、冊，可選用整流電流為3A，額定反向工作電壓為100 V的整流二極管2CZ12A(3A/100V)四只。整流元件組合件稱為整流堆，常見的有半橋2CQ型，如圖1.2.8(a)所示；全橋QL型，如圖1.2.8(b)所示。優(yōu)點：電路組成簡單、可靠。1.3 濾波器和穩(wěn)壓器1.3.1 濾波器圖1.3.1 電容濾波電路作用：濾除脈動直流電中脈動成分。種類：電容濾波器、電感濾波器、復式濾波器一、電容濾波器動畫 電容濾波電路1電路特點：電容器與負載并聯(lián)。2工作原理利用電容器兩端電壓不能突變原理平滑輸出電壓。圖1.3.2 電容濾波輸出波形在0 t1期間，因v2的作用，V正偏導通，電容C充電，波形如圖1.3.1(b

15、)中OA所示；在t1 t2期間，因v2 < vC，V反偏截止，電容C通過負載放電，波形如圖1.3.1(b)中AB所示；在t2 t3期間，因vC > v2，V正偏導通，電容再次充電，波形如圖1.3.1(b)中BC。圖1.3.3 帶電感濾波器的全波整流電路重復上述過程，可得近于平滑波形。這說明，通過電容的充放電，輸出直流電壓中的脈動成分大為減小。全波整流電容濾波輸出波形如圖1.3.2所示。工作原理與半波整流電路相同，不同點是：v2正、負半周內(nèi)，V1、V2輪流導通，對電容C充電兩次，縮短了電容C向負載的放電時間，從而使輸出電壓更加平滑。輸出電壓的估算公式為VL » 1.2V2應

16、用：小功率電源。二、電感濾波器1電路電感濾波器如圖1.3.3所示。特點：電感與負載串聯(lián)。2工作原理利用流過電感電流不能突變原理平滑輸出電流。當電路電流增加時，電感存儲能量；當電流減小時，電感釋放能量。使負載電流比較平滑，從而得到比較平滑的直流電壓。應用：較大功率電源。缺點：體積大、重量大。三、復式濾波器結(jié)構(gòu)特點：電容與負載并聯(lián)，電感與負載串聯(lián)。性能特點：濾波效果好。1L型濾波器(1) 電路如圖1.3.4所示。(2) 原理：整流輸出的脈動直流經(jīng)過電感L，交流成分被削弱，再經(jīng)過電容C濾波，就可在負載上獲得更加平滑的直流電壓。(3) 應用：較大功率電源中。 圖1.3.4 帶L型濾波器的橋式整流電路

17、圖1.3.5 P 型濾波器橋式整流電路2P 型濾波器(1) 電路如圖1.3.5所示。(2) 原理：整流輸出的脈動直流經(jīng)過電容C1濾波后，再經(jīng)電感L和電容C2濾波，使脈動成分大大降低，在負載上可獲得平滑的直流電壓。(3) 應用：小功率電源中。1.3.2 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓管的伏安特性及符號如圖1.3.6所示。濾波電路：將脈動的直流電變成平滑的直流電。圖1.3.6 硅穩(wěn)壓管的伏安特性及符號穩(wěn)壓電路：抑制電網(wǎng)電壓和整流電路負載的變化引起的輸出電壓變化，將平滑的直流電變成穩(wěn)定的直流電。1硅穩(wěn)壓二極管的特性(1) 穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)。(2) 當工作電流滿足條件時，穩(wěn)壓管兩端電壓幾乎不變。2

18、穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)(1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)壓管在規(guī)定電流下的反向擊穿電壓。(2) 穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)壓管在穩(wěn)定電壓下的工作電流。(3) 最大穩(wěn)定電流IZmax穩(wěn)壓管允許長期通過的最大反向電流。(4) 動態(tài)電阻rZ穩(wěn)壓管兩端電壓變化量與電流變化量的比值，即rZ = DVZ/DIZ。此值越小，管子穩(wěn)壓性能越好。圖1.3.7 硅穩(wěn)壓管整流穩(wěn)壓電路3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理(1) 電路圖穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖1.3.7所示。V為穩(wěn)壓管，起電流調(diào)整作用；R為限流電阻，起電壓調(diào)整作用。(2) 電路的穩(wěn)壓過程：VOIZIRVRVO(3) 應用：小功率場合。本章小結(jié)1半導體中有兩種載流子：電子和空穴。N型半導體中電子是多

19、數(shù)載流子，P型半導體中空穴是多數(shù)載流子。PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦浴?二極管內(nèi)有一個PN結(jié)，因此，具有單向?qū)щ娞匦浴６O管因伏安特性是非線性，所以是非線性器件。二極管的門檻電壓，硅管約0.5 V，鍺管約0.2 V；導通時正向壓降硅管約0.7 V，鍺管約0.3 V。3利用二極管的單向?qū)щ娞匦钥梢越M成把交流電變成直流電的整流電路，常見的有半波整流、變壓器中心抽頭式全波整流和橋式全波整流。4濾波電路的作用是使脈動的直流電壓變換為較平滑的直流電壓。常見的濾波器有電容濾波器、電感濾波器和復式濾波器。5穩(wěn)壓電路的作用是保持輸出電壓的穩(wěn)定，不受電網(wǎng)電壓和負載變化的影響。最簡單的穩(wěn)壓電路是帶有穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電路。第

20、2章 晶體三極管和場效應管教學重點1掌握晶體三極管的結(jié)構(gòu)、工作電壓、基本連接方式和電流分配關(guān)系。2熟練掌握晶體三極管的放大作用；共發(fā)射極電路的輸入、輸出特性曲線；主要參數(shù)及溫度對參數(shù)的影響。3了解MOS管的工作原理、特性曲線和主要參數(shù)。教學難點1晶體三極管的放大作用2輸入、輸出特性曲線及主要參數(shù)2.1 晶體三極管晶體三極管：是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件。特點：管內(nèi)有兩種載流子參與導電。圖2.1.1 三極管外形2.1.1 三極管的結(jié)構(gòu)、分類和符號一、晶體三極管的基本結(jié)構(gòu)1三極管的外形：如圖2.1.1所示。2特點：有三個電極，故稱三極管。3三極管的結(jié)構(gòu)：如圖2.1.2所示。圖2.

21、1.2 三極管的結(jié)構(gòu)圖晶體三極管有三個區(qū)發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)；兩個PN結(jié)發(fā)射結(jié)(BE結(jié))、集電結(jié)(BC結(jié))；三個電極發(fā)射極e(E)、基極b(B)和集電極c(C)；兩種類型PNP型管和NPN型管。工藝要求：發(fā)射區(qū)摻雜濃度較大；基區(qū)很薄且摻雜最少；集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少。二、晶體三極管的符號晶體三極管的符號如圖2.1.3所示。箭頭：表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時的電流方向。圖2.1.3 三極管符號文字符號：V三、晶體三極管的分類1三極管有多種分類方法。按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分：有NPN型和PNP型管；按工作頻率分：有低頻和高頻管；按功率分：有小功率和大功率管；按用途分：有普通管和開關(guān)管；按半導體材料分：有鍺管和

22、硅管等等。2國產(chǎn)三極管命名法：見電子線路P249附錄二。例如：3DG表示高頻小功率NPN型硅三極管；3CG表示高頻小功率PNP型硅三極管；3AK表示PNP型開關(guān)鍺三極管等。2.1.2 三極管的工作電壓和基本連接方式一、晶體三極管的工作電壓三極管的基本作用是放大電信號；工作在放大狀態(tài)的外部條件是發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。圖2.1.4 三極管電源的接法如圖2.1.4所示：V為三極管，GC為集電極電源，GB為基極電源，又稱偏置電源，Rb為基極電阻，Rc為集電極電阻。二、晶體三極管在電路中的基本連接方式如圖2.1.5所示，晶體三極管有三種基本連接方式：共發(fā)射極、共基極和共集電極接法。最常用的

23、是共發(fā)射極接法。圖2.1.5 三極管在電路中的三種基本聯(lián)接方式2.1.3 三極管內(nèi)電流的分配和放大作用圖2.1.6 三極管三個電流的測量一、電流分配關(guān)系動畫 三極管的電流分配關(guān)系測量電路如圖2.1.6所示：調(diào)節(jié)電位器，測得發(fā)射極電流、基極電流和集電極電流的對應數(shù)據(jù)如表2.1.1所示。表2.1.1IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.96由表2.1.1可見，三極管中電流分配關(guān)系如下： (2.1.1)因IB很小，則 IC » IE (2.1

24、.2)說明：圖2.1.7 ICBO和ICEO示意圖1時，IC = - IB = ICBO。ICBO稱為集電極基極反向飽和電流，見圖2.1.7(a)。一般ICBO很小，與溫度有關(guān)。2時，。ICEO稱為集電極發(fā)射極反向電流，又叫穿透電流，見圖2.1.7(b)。ICEO越小，三極管溫度穩(wěn)定性越好。硅管的溫度穩(wěn)定性比鍺管好。二、晶體三極管的電流放大作用動畫 三極管的電流放大作用由表2.1.1得出結(jié)論：1三極管有電流放大作用基極電流微小的變化，引起集電極電流IC較大變化。2交流電流放大系數(shù) b表示三極管放大交流電流的能力 (2.1.3)3直流電流放大系數(shù)表示三極管放大直流電流的能力 (2.1.4)4通常

25、，所以可表示為 (2.1.5)考慮ICEO，則 (2.1.6)2.1.4 三極管的輸入和輸出特性圖2.1.9 共發(fā)射極輸入特性曲線一、共發(fā)射極輸入特性曲線動畫 三極管的輸入特性輸入特性曲線：集射極之間的電壓VCE一定時，發(fā)射結(jié)電壓VBE與基極電流IB之間的關(guān)系曲線，如圖2.1.9所示。由圖可見：1當VCE ³ 2 V時，特性曲線基本重合。2當VBE很小時，IB等于零，三極管處于截止狀態(tài)；3當VBE大于門檻電壓(硅管約0.5 V，鍺管約0.2 V)時，IB逐漸增大，三極管開始導通。4三極管導通后，VBE基本不變。硅管約為0.7 V，鍺管約為0.3 V，稱為三極管的導通電壓。5VBE與I

26、B成非線性關(guān)系。二、晶體三極管的輸出特性曲線動畫 三極管的輸出特性圖2.1.10 三極管的輸出特性曲線輸出特性曲線：基極電流一定時，集、射極之間的電壓與集電極電流的關(guān)系曲線，如圖2.1.10所示。由圖可見：輸出特性曲線可分為三個工作區(qū)。1截止區(qū)條件：發(fā)射結(jié)反偏或兩端電壓為零。特點：。2飽和區(qū)條件：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。特點：。稱為飽和管壓降，小功率硅管約0.3 V，鍺管約為0.1 V。3放大區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。特點：受控制，即。在放大狀態(tài)，當IB一定時，IC不隨VCE變化，即放大狀態(tài)的三極管具有恒流特性。2.1.5 三極管主要參數(shù)三極管的參數(shù)是表征管子的性能和適用范圍的參考數(shù)據(jù)。

27、一、共發(fā)射極電流放大系數(shù)1直流放大系數(shù)。2交流放大系數(shù)。電流放大系數(shù)一般在10 100之間。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不穩(wěn)定。一般取30 80為宜。二、極間反向飽和電流1集電極基極反向飽和電流ICBO。2集電極發(fā)射極反向飽和電流ICEO。 (2.1.7)反向飽和電流隨溫度增加而增加，是管子工作狀態(tài)不穩(wěn)定的主要因素。因此，常把它作為判斷管子性能的重要依據(jù)。硅管反向飽和電流遠小于鍺管，在溫度變化范圍大的工作環(huán)境應選用硅管。三、極限參數(shù)1. 集電極最大允許電流ICM三極管工作時，當集電極電流超過ICM時，管子性能將顯著下降，并有可能燒壞管子。2. 集電極最大允許耗散功率PCM當管子集電結(jié)兩端

28、電壓與通過電流的乘積超過此值時，管子性能變壞或燒毀。3. 集電極發(fā)射極間反向擊穿電壓V(BR)CEO管子基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。當電壓越過此值時，管子將發(fā)生電壓擊穿，若電擊穿導致熱擊穿會損壞管子。2.1.6 三極管的簡單測試一、硅管或鍺管的判別判別電路如圖2.1.11所示。當V = 0.6 0.7 V時，為硅管；當V = 0.1 0.3V時，為鍺管。 圖2.1.11 判別硅管和鍺管的測試電路 圖2.1.12 估測 b 的電路二、估計比較 b 的大小NPN管估測電路如圖2.1.12所示。萬用表設(shè)置在擋，測量并比較開關(guān)S斷開和接通時的電阻值。前后兩個讀數(shù)相差越大，說明管子的

29、b 越高，即電流放大能力越大。圖2.1.13 的估測估測PNP管時，將萬用表兩只表筆對換位置。三、估測ICEONPN管估測電路如圖2.1.13所示。所測阻值越大，說明管子的越小。若阻值無窮大，三極管開路；若阻值為零，三極管短路。測PNP型管時，紅、黑表筆對調(diào)，方法同前。四、NPN管型和PNP管型的判斷圖2.1.14 基極b的判斷將萬用表設(shè)置在R ´ 1 kW 或R ´ 100 W 擋，用黑表筆和任一管腳相接(假設(shè)它是基極b)，紅表筆分別和另外兩個管腳相接，如果測得兩個阻值都很小，則黑表筆所連接的就是基極，而且是NPN型的管子。如圖2.1.14(a)所示。如果按上述方法測得的

30、結(jié)果均為高阻值，則黑表筆所連接的是PNP管的基極。如圖2.1.14(b)所示。五、e、b、c三個管腳的判斷首先確定三極管的基極和管型，然后采用估測 b 值的方法判斷c、e極。方法是先假定一個待定電極為集電極(另一個假定為發(fā)射極)接入電路，記下歐姆表的擺動幅度，然后再把兩個待定電極對調(diào)一下接入電路，并記下歐姆表的擺動幅度。擺動幅度大的一次，黑表筆所連接的管腳是集電極c，紅表筆所連接的管腳為發(fā)射極e，如圖2.1.12所示。測PNP管時，只要把圖2.1.12電路中紅、黑表筆對調(diào)位置，仍照上述方法測試。2.2 場效應管場效應管：是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場效應控制輸出電流的電壓控制型器件。特點：管子內(nèi)部只

31、有一種載流子參與導電，稱為單極型晶體三極管。2.2.1 結(jié)型場效應管一、結(jié)構(gòu)和符號N溝道結(jié)型場效應管的結(jié)構(gòu)、符號如圖2.2.1所示；P溝道結(jié)型場效應管如圖2.2.2所示。特點：由兩個PN結(jié)和一個導電溝道所組成。三個電極分別為源極S、漏極D和柵極G。漏極和源極具有互換性。工作條件：兩個PN結(jié)加反向電壓。 圖2.2.1 .N溝道結(jié)型場效應管 圖2.2.2 P溝道結(jié)型場效應管二、工作原理動畫 結(jié)型場效應管的工作原理以N溝道結(jié)型場效應管為例，原理電路如圖2.2.3所示。工作原理如下：圖2.2.3 N溝道結(jié)型場效應管的工作原理；。在漏源電壓不變條件下，改變柵源電壓，通過PN結(jié)的變化，控制溝道寬窄，即溝道

32、電阻的大小，從而控制漏極電流。結(jié)論：1 結(jié)型場效應管是一個電壓控制電流的電壓控制型器件。2 輸入電阻很大。一般可達107 108 W。三、結(jié)型場效應管的特性曲線和跨導1轉(zhuǎn)移特性曲線反映柵源電壓對漏極電流的控制作用。如圖2.2.5所示，若漏源電壓一定：當柵源電壓時，漏極電流，稱為飽和漏極電流；當柵源電壓向負值方向變化時，漏極電流逐漸減小；當柵源電壓時，漏極電流，稱為夾斷電壓。 圖2.2.5 結(jié)型場效應管的轉(zhuǎn)移特性曲線 圖2.2.6 結(jié)型場效應管的輸出特性曲線2輸出特性曲線表示在柵源電壓一定條件下，漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。如圖2.2.6所示。(1) 可調(diào)電阻區(qū)(圖中區(qū))不變時，隨作線性變化，

33、漏源間呈現(xiàn)電阻性；柵源電壓越負，輸出特性越陡，漏源間的電阻越大。結(jié)論：在區(qū)中，場效應管可看作一個受柵源電壓控制的可變電阻。(2) 飽和區(qū)(圖中區(qū))一定時，的少量變化引起較大變化，即受控制。當不變時，不隨變化，基本上維持恒定值，即對呈飽和狀態(tài)。結(jié)論：在區(qū)中，場效應管具有線性放大作用。(3) 擊穿區(qū)(圖中區(qū))當增至一定數(shù)值后，劇增，出現(xiàn)電擊穿。如果對此不加限制，將損壞管子。因此，管子不允許工作在這個區(qū)域。3跨導(gm)反映在線性放大區(qū)對的控制能力。單位是 mA/V。 (2.2.1)2.2.2 絕緣柵場效應管絕緣柵場效應管是一種柵極與源極、漏極之間有絕緣層的場效應管，簡稱MOS管。特點：輸入電阻高，

34、噪聲小。分類：有P溝道和N溝道兩種類型；每種類型又分為增強型和耗盡型兩種。一、結(jié)構(gòu)和工作原理1N溝道增強型絕緣柵場效應管N溝道增強型絕緣柵場效應管的結(jié)構(gòu)及符號如圖2.2.7所示。 圖2.2.7 N溝道增強型絕緣柵場效應管 圖2.2.8 N溝道增強型絕緣柵場效應管工作原理N溝道增強型絕緣柵場效應管的工作原理如圖2.2.8所示。(1) 當，在漏、源極間加一正向電壓時，漏源極之間的電流。(2) 當，在絕緣層和襯底之間感應出一個反型層，使漏極和源極之間產(chǎn)生導電溝道。在漏、源極間加一正向電壓時，將產(chǎn)生電流ID。開啟電壓：增強型MOS管開始形成反型層的柵源電壓。(3) 在時若，反型層消失，無導電溝道，；若

35、，出現(xiàn)反型層即導電溝道，D、S之間有電流流過；若逐漸增大，導電溝道變寬，也隨之逐漸增大，即控制的變化。2N溝道耗盡型絕緣柵場效應管N溝道耗盡型絕緣柵場效應管圖2.2.9 N溝道耗盡型絕緣柵場效應管結(jié)構(gòu)及符號如圖2.2.9所示。特點：管子本身已形成導電溝道。工作原理：在時，若，導電溝道有電流；當，并逐漸增大時，導致溝道變寬，使ID增大；當，并逐漸增大此負電壓，導致溝道變窄，使減小。實現(xiàn)對的控制。夾斷電壓：使時的柵源電壓。二、絕緣柵場效應管的特性曲線和跨導以N溝道MOS管為例。1轉(zhuǎn)移特性曲線N溝道MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖2.2.10所示。增強型：當時，；當時，。耗盡型：當時，；當為負電壓時減小；

36、當時，。 圖2.2.10 N溝道MOS管轉(zhuǎn)移特性曲線 圖2.2.11 N溝道MOS管輸出特性圖2.2.12 MOS管的圖形符號2輸出特性曲線N溝道MOS管輸出特性曲線如圖2.2.11所示。有三個區(qū)：可調(diào)電阻區(qū)(區(qū))、飽和區(qū)(區(qū))和擊穿區(qū)(區(qū))。其含義與結(jié)型管輸出特性曲線三個區(qū)相同。3跨導三、絕緣柵場效應管的圖形符號符號如圖2.2.12所示。N、P溝道的區(qū)別在于圖中箭頭的指向相反。2.2.3 場效應管的主要參數(shù)和特點一、主要參數(shù)1直流參數(shù)(1) 開啟電壓VT在為定值的條件下，增強型場效應管開始導通(達到某一定值，如10 mA)時，所需加的值。(2) 夾斷電壓VP在為定值的條件下，耗盡型場效應管減

37、小到近于零時的值。(3) 飽和漏極電流耗盡型場效應管工作在飽和區(qū)且時，所對應的漏極電流。(4) 直流輸入電阻柵源電壓與對應的柵極電流之比。場效應管輸入電阻很高，結(jié)型管一般在107 W 以上；絕緣柵管則更高，一般在109 W 以上。3 交流參數(shù)(1) 跨導一定時，漏極電流變化量和引起這個變化的柵源電壓變化量之比。它表示了柵源電壓對漏極電流的控制能力。(2) 極間電容場效應管三個電極之間的等效電容CGS、CGD、CDS。一般為幾個皮法，結(jié)電容小的管子，高頻性能好。4極限參數(shù)(1) 漏極最大允許耗散功率與的乘積不應超過的極限值。(2) 漏極擊穿電壓漏極電流開始劇增時所加的漏源間的電壓。二、場效應管的

38、特點特點列于表2.2.1中，供比較參考。表2.2.1 場效應管與普通三極管比較表項目器件名稱晶體三極管場效應管極型特點雙極型單極型控制方式電流控制電壓控制類型PNP型、NPN型N溝道、P溝道放大參數(shù)b = 50 200gm =1000 5000 A/V輸入電阻102104 W1071015 W噪聲較大較小熱穩(wěn)定性差好抗輻射能力差強制造工藝較復雜簡單、成本低本章小結(jié)1晶體三極管是一種電流控制器件，具有電流放大作用；使用時有三種基本連接方式，最常用的是共發(fā)射極接法；有三種工作狀態(tài)，即截止、飽和和放大狀態(tài)；三個電極的電流關(guān)系是，在放大狀態(tài)時；b 值表示電流放大能力的大小；ICBO、ICEO反映了管子

39、溫度穩(wěn)定性；三極管有NPN型和PNP型兩大基本類型。2場效應管是一種電壓控制器件，用柵極電壓控制漏極電流；具有高輸入電阻和低噪聲的特點；表征管子性能的有轉(zhuǎn)移特性曲線、輸出特性曲線和跨導；有結(jié)型和絕緣柵型場效應管兩大類，每類又有P溝道、N溝道之分；絕緣柵場效應管另有增強型和耗盡型兩種。第3章 單級低頻小信號放大器本章重點1掌握共發(fā)射極放大電路、分壓式偏置電路的工作原理和靜態(tài)工作點估算；2了解溫度對靜態(tài)工作點的影響；3掌握共發(fā)射極放大電路的圖解分析法和估算法。本章難點1共發(fā)射極電路的工作原理。2估算靜態(tài)工作點，電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。3分壓式偏置電路的工作原理。3.1 放大器的基本概念3

40、.1.1 放大器概述放大器：把微弱的電信號放大為較強電信號的電路。基本特征是功率放大。擴音機是一種常見的放大器，如圖3.1.1所示。聲音先經(jīng)過話筒轉(zhuǎn)換成隨聲音強弱變化的電信號；再送入電壓放大器和功率放大器進行放大；最后通過揚聲器把放大的電信號還原成比原來響亮得多的聲音。 圖3.1.1 擴音機框圖 圖3.1.2 放大器的框圖3.1.2 放大器的放大倍數(shù)放大器的框圖如圖3.1.2所示。左邊是輸入端，外接信號源，vi、ii分別為輸入電壓和輸入電流；右邊是輸出端，外接負載，vo、io分別為輸出電壓和輸出電流。 一、放大倍數(shù)的分類1電壓放大倍數(shù) (3.1.1)2電流放大倍數(shù) (3.1.2)3功率放大倍數(shù)

41、 (3.1.3)三者關(guān)系為 (3.1.4)二、放大器的增益增益G：用對數(shù)表示放大倍數(shù)。單位為分貝(dB)。1功率增益 GP = 10lgAP(dB) (3.1.5)2電壓增益 Gv = 20lgAv(dB) (3.1.6)3電流增益 Gi = 20lgAi (dB) (3.1.7)增益為正值時，電路是放大器，增益為負值時，電路是衰減器。例如，放大器的電壓增益為20 dB，則表示信號電壓放大了10倍。又如，放大器的電壓增益為-20 dB，這表示信號電壓衰減到1/10，即放大倍數(shù)為0.1。3.2 單級低頻小信號放大器圖3.2.1 單管共發(fā)射極放大電路單級低頻小信號放大器：工作頻率在20 Hz到20

42、 kHz內(nèi)、電壓和電流都較小的單管放大電路。3.2.1 電路的說明一、電路的組成和電路圖的畫法1電路組成單管共發(fā)射極放大電路如圖3.2.1(a)所示。2元件作用GB基極電源。通過偏置電阻Rb，保證發(fā)射結(jié)正偏。GC集電極電源。通過集電極電阻RC，保證集電結(jié)反偏。Rb偏置電阻。保證由基極電源GB向基極提供一個合適的基極電流。RC集電極電阻。將三極管集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為集電極電壓的變化。C1、C2耦合電容。防止信號源以及負載對放大器直流狀態(tài)的影響；同時保證交流信號順利地傳輸。即“隔直通交”。實際電路通常采用單電源供電，如圖3.2.1(b)所示。3電路圖的畫法如圖3.2.3所示。“”表示接地點，實際

43、使用時，通常與設(shè)備的機殼相連。RL為負載，如揚聲器等。 圖3.2.2 單電源供電放大器的習慣畫法 圖3.2.3 C1、C2非電解電容器的畫法二、電路中電壓和電流符號寫法的規(guī)定1直流分量：用大寫字母和大寫下標的符號，如IB表示基極的直流電流。2交流分量瞬時值：用小寫字母和小寫下標的符號，如ib表示基極的交流電流。3總量瞬時值：是直流分量和交流分量之和，用小寫字母和大寫下標的符號，如iB = IB + ib，即表示基極電流的總瞬時值。圖3.2.4 靜態(tài)工作點3.2.2 放大器的靜態(tài)工作點動畫 放大器的靜態(tài)工作點靜態(tài)：無信號輸入(vi = 0)時電路的工作狀態(tài)。1靜態(tài)工作點Q如圖3.2.4所示，靜態(tài)

44、時晶體管直流電壓VBE、VCE和對應的IB、IC值。分別記作VBEQ、IBQ、VCEQ和ICQ。 (3.2.1) (3.2.2) (3.2.3)VBEQ：硅管一般為0.7 V，鍺管為0.3 V。例3.2.1在圖3.2.4所示單級放大器中，設(shè)，b = 60。求放大器的靜態(tài)工作點。解 從電路可知，晶體管是NPN型，按照約定視為硅管，則VBEQ = 0.7 V，則2靜態(tài)工作點對放大器工作狀態(tài)的影響放大器的靜態(tài)工作點是否合適，對放大器的工作狀態(tài)影響非常大。若把圖3.2.4中的Rb除掉，電路如圖3.2.5所示，則IBQ = 0，當輸入端加正弦信號電壓vi時，在信號正半周，發(fā)射結(jié)正偏而導通，輸入電流ib隨

45、vi變化。在信號負半周，發(fā)射結(jié)反偏而截止，輸入電流ib等于零。即波形產(chǎn)生了失真。 圖3.2.5 除去Rb時放大器工作不正常 圖3.2.6 基極電流的合成如果阻值適當，則IBQ不為零且有合適的數(shù)值。當輸入端有交流信號vi通過C1加到晶體管的發(fā)射結(jié)時，基極電流在直流電流IBQ的基礎(chǔ)上隨vi變化，即交流疊加在直流上，如圖3.2.6所示。如果的值大于的幅值，那么基極的總電流IBQ + ib始終是單方向的電流，即它只有大小的變化，沒有正負極性的變化，這樣就不會使發(fā)射結(jié)反偏而截止，從而避免了輸入電流ib的波形失真。圖3.2.7 放大器各處電壓、電流波形綜上可見，一個放大器的靜態(tài)工作點是否合適，是放大器能否

46、正常工作的重要條件。由電源和偏置電阻Rb組成的電路，就是為了提供合適的偏流而設(shè)置的，稱為偏置電路。3.2.3 共發(fā)射極電路的放大和反相作用1信號放大與反相電路如圖3.2.2所示。交流信號電壓vi 如圖3.2.7(a)所示經(jīng)過電容C1作用在晶體管的發(fā)射結(jié)，引起基極電流的變化，這時基極總電流為iB = IBQ + ib，波形如圖3.2.7(b)所示。由于基極電流對集電極電流的控制作用，集電極電流在靜態(tài)值ICQ的基礎(chǔ)上跟著ib變化，波形如圖3.2.7(c)所示。即iC = ICQ + ic。同樣，集電極與發(fā)射極電壓也是靜態(tài)電壓VCEQ和交流電壓vce兩部分合成，即 vCE = VCEQ + vce

47、(3.2.4)由于集電極電流iC流過電阻Rc時，在Rc上產(chǎn)生電壓降iCRc，則集電極與發(fā)射極間總的電壓應為 (3.2.5)比較式(3.2.5)與式(3.2.4)可得 (3.2.6)式中負號表示增加時將減小，即與反相。故的波形如圖3.2.7(d)所示。經(jīng)耦合電容C2的“隔直通交”，放大器輸出端獲得放大后的輸出電壓，即 (3.2.7)波形如圖3.2.7(e)所示。由圖可見，vo與vi反相。從信號放大過程來看，在共射放大電路中，輸入電壓與輸出電壓頻率相同，相位相反。2直流通路和交流通路畫法(1) 直流通路：電容視為開路，電感視為短路，其它不變。(2) 交流通路：電容和電源視為短路。例：圖3.2.8(a)放大電路的直流通路和交流通路如圖3.2.8(b)、(c)所示。單級放大器的工作特點：(1) 為了不失真地放大信號，放大器必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。(2) 共射極放大器對輸入的信號電壓具有放大和倒相作用。(3) 在交流放大器中同時存在著直流分量和交流分量兩種成分。直流分量反映的是直流通路的情況；交流