模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能第2章--晶體管及其應(yīng)用課件

1、1第2章晶體管放大電路基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo) 知識(shí)目標(biāo)： 掌握晶體管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)，了解晶體管的電流放大特性。 能識(shí)讀和繪制基本共發(fā)射極放大電路的電路圖。 能識(shí)讀分壓式偏置、集電極-基極偏置電路的電路圖。 了解放大器的直流通路和交流通路；了解小信號(hào)放大器的性能指標(biāo)。 技能目標(biāo)： 掌握利用萬用表檢測晶體管極性和質(zhì)量優(yōu)劣方法。 能利用萬用表調(diào)試晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)。 會(huì)組裝與調(diào)試電子聲光防盜報(bào)警器。 會(huì)查閱半導(dǎo)體器件手冊(cè)，能按要求選用晶體管。22.1 晶體管及其應(yīng)用 話題引入 隨著人們生活水平的日益提高，KTV等娛樂行業(yè)近幾年得到了飛速的發(fā)展，極大地豐富了人們的業(yè)余生活。我們?cè)谙硎躃TV良好的音響效果及絢麗燈光

2、等場景時(shí)，是否了解音響效果的形成原理呢？事實(shí)上，聲音通過話筒轉(zhuǎn)換為微弱電信號(hào)，需經(jīng)過若干倍數(shù)放大及音效處理后，方可驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器形成理想的音響效果，即放大器是KTV音響系統(tǒng)的重要組成部分。而晶體管是構(gòu)成各類放大器的主要器件。 在工程技術(shù)中，晶體管的應(yīng)用范圍很廣泛，如家用電器、工業(yè)控制、航天軍工等領(lǐng)域，里面都有晶體管的身影，如圖2-1所示。初學(xué)者學(xué)習(xí)該課程時(shí)，一般要把晶體管的應(yīng)用特性作為首要研究對(duì)象。a）電視機(jī) b）音響系統(tǒng) 圖2-1 晶體管實(shí)例應(yīng)用32.1.1 晶體管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)【晶體管的結(jié)構(gòu)】晶體管也稱為半導(dǎo)體三極管，簡稱三極管，是由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的半導(dǎo)體器件。即在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很

3、近的PN結(jié)，且兩個(gè)PN結(jié)把整個(gè)半導(dǎo)體基片分為三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)。從三個(gè)區(qū)引出相應(yīng)的電極，分別為基極b、發(fā)射極e和集電極c。發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。根據(jù)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的排列方式不同，晶體管可分為NPN型和PNP型，如圖2-2所示，圖中箭頭方向?yàn)榘l(fā)射結(jié)處于正向偏置時(shí)發(fā)射極電流的方向。a）PNP b）NPN圖2-2 晶體管的結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)4【晶體管電路符號(hào)與實(shí)物圖】晶體管的文字符號(hào)為VT，實(shí)物圖如圖2-3所示。a）大功率低頻 b）中功率低頻晶體管 c）小功率高頻晶體管圖2-3 晶體管實(shí)物圖5【晶體管的分類】晶體管的

4、種類繁多，通常按以下方法進(jìn)行分類：（1）按半導(dǎo)體材料分，可分為硅管和鍺管。其中硅管工作穩(wěn)定性優(yōu)于鍺管，因此硅管的應(yīng)用廣泛。（2）按晶體管內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)分，可分為NPN型和PNP型兩大類。目前我國制造的硅管多為NPN型（也有少量PNP型），鍺管多為PNP型。（3）按用途分，可分為普通放大管和開關(guān)管等。（4）按功率大小分，可分為小功率管、中功率管和大功率管。（5）按工作頻率分，可分為超高頻管、高頻管和低頻管。6知識(shí)鏈接 微電子傳奇人物威廉肖克萊 威廉肖克萊（William Shockley），美國物理學(xué)家，美國藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院、電氣與電子工程師協(xié)會(huì)高級(jí)會(huì)員，曾獲利布曼獎(jiǎng)、巴克利獎(jiǎng)、康斯托克獎(jiǎng)、霍利獎(jiǎng)?wù)?/p>

5、。 1910年2月13日，肖克萊出生于英國倫敦。1932年獲加利福尼亞理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位，1936年獲馬薩諸塞州理工學(xué)院博士學(xué)位，19361942年在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作，19421945年在美國海軍反潛作戰(zhàn)研究小組任職，19451954年任貝爾實(shí)驗(yàn)室固體物理研究所主任，19541955年任晶體管物理學(xué)研究主任。19581960年任肖克萊晶體管公司經(jīng)理。19601965年在克萊韋特晶體管公司肖克萊晶體管部任顧問。19651975年任加利福尼亞理工學(xué)院客座教授、斯坦福大學(xué)工程科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)教授。 肖克萊研究的領(lǐng)域包括固體能帶、鐵磁疇、金屬塑性、晶粒邊界理論、半導(dǎo)體理論應(yīng)用和電磁理論等，獲專利90多項(xiàng)。1

6、947年12月，在肖可萊理論的指導(dǎo)下，巴丁、布拉頓發(fā)明世界上第一只點(diǎn)接觸型晶體管。1948年6月貝爾實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了這一發(fā)明，并申請(qǐng)了專利。但是美國專利局認(rèn)為在此研究中，肖克萊并沒有重大作用，就從這項(xiàng)專利的發(fā)明人名單中把他去掉了。面對(duì)這一有關(guān)名利的事情，肖克萊既沒有抱怨，也沒有泄氣，而是以對(duì)科學(xué)執(zhí)著的精神，滿腔熱情地繼續(xù)他的半導(dǎo)體研究工作。1949年肖克萊提出了結(jié)型晶體管理論，1950年貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出了第一只結(jié)型晶體管。與點(diǎn)接觸晶體管相比，它具有更顯著的優(yōu)越性，是晶體管真正的鼻祖。 對(duì)于肖克萊的成功，除了他的天才和廣博的學(xué)識(shí)之外，人們更欽佩他那種對(duì)科學(xué)的執(zhí)著和勇于進(jìn)取的精神。為此，與人曾風(fēng)趣地稱

7、他為“堅(jiān)持者”，這是堅(jiān)持者發(fā)明了晶體管。 因?yàn)榘l(fā)明晶體管的巨大貢獻(xiàn)，肖克萊、巴丁、布拉頓共同獲得了1956年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。72.1.2晶體管的電流分配原則及放大原理課堂演示實(shí)驗(yàn)：晶體管電流放大作用的測試【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹浚?）掌握晶體管三個(gè)電極電流IB、IC、IE的分配關(guān)系。（2）了解晶體管電流放大作用的特點(diǎn)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】（1）按圖2-4所示連接電路，給晶體管兩個(gè)PN結(jié)加上電壓，則三個(gè)電流表分別顯示晶體管各極電流IB、IC、IE。（2）調(diào)節(jié)電位器RP的阻值使基極電流IB分別為表2-1中要求的各個(gè)值。則電流表可測得相應(yīng)的IC、IE的數(shù)值，測得的數(shù)值見表2-1。 a）原理圖 b）實(shí)物示意圖圖2-4

8、晶體管電流放大作用演示實(shí)驗(yàn)89想一想：1晶體管具有兩個(gè)PN結(jié)，二極管具有1個(gè)PN結(jié)，能不能把兩只二極管當(dāng)作一個(gè)晶體管使用？為什么？2若該演示實(shí)驗(yàn)選用PNP型晶體管，實(shí)驗(yàn)電路該怎么連接？為什么？例題解析：【例2-1】在晶體管放大電路中，用直流電壓表測得某晶體管3個(gè)電極的電位分別是：U1=4V，U2=1.2V，U3=1.4V，試判斷該晶體管的類型、制造材料及電極?！窘馕觥烤w管在正常放大狀態(tài)時(shí)，3個(gè)電極的電位有如下特點(diǎn)：（1）NPN管中UCUBUE，PNP管中UCUBUE；由此，可確定晶體管的類型，并知3個(gè)電極的電位中間值為b極（基極）。（2）不同材料的晶體管，正向偏置的發(fā)射結(jié)電壓不同，硅管的UB

9、E0.7V，鍺管的UBE0.2V，由此可確定晶體管的制造材料，并確定管子的e極（發(fā)射極）。本例中U1U3U2，且U3U2=0.2V，故可知該晶體管為鍺材料PNP型晶體管，1腳為c極，3腳為b極，2腳為e極。10【晶體管的伏安特性】1輸入特性曲線指輸出電壓UCE一定時(shí)，反映輸入電流IB與輸入電壓UBE之間關(guān)系的曲線，如圖2-5a所示。由圖2-5a可知，晶體管的輸入特性曲線具有如下特點(diǎn)：（1）晶體管的輸入特性曲線與二極管的正向特性曲線基本相似。（2）通常把晶體管基極電流開始明顯增加的發(fā)射結(jié)電壓稱為導(dǎo)通電壓。在室溫下，硅管的導(dǎo)通電壓約為0.60.7V，鍺管的導(dǎo)通電壓約為0.20.3V。2輸出特性曲線

10、指基極電流IB一定時(shí)，晶體管的集電極電流IC與電壓UCE之間的關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)測得某晶體管的輸出特性曲線如圖2-5b所示。從圖中可見，在不同的基極電流IB下，可以得到不同的曲線。因此改變IB的值，所得到的晶體管輸出特性曲線是一組曲線。11a）輸入特性曲線 b）輸出特性曲線圖2-5 晶體管的伏安特性曲線12（1）截止區(qū)特點(diǎn)：a.發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置；b.若不計(jì)穿透電流ICEO，IB、IC近似為0，晶體管失去電流放大作用；c.晶體管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大，晶體管相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)斷開。（2）放大區(qū)特點(diǎn)：a.發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置；b.基極電流IB微小的變化會(huì)引起集電極電流IC較大的變化

11、，即具有電流放大作用；（3）飽和區(qū)特點(diǎn)：a.發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置；b.集電極電流IC不受基極電流IB的控制，晶體管失去電流放大作用；c.晶體管的集電極和發(fā)射極近似短接，晶體管類似一個(gè)開關(guān)接通。晶體管飽和時(shí)UCE的值稱為飽和壓降，記作UCES，小功率硅管的UCES約為0.3V，鍺管的UCES約為0.1V。13例題解析：【例2-2】在晶體管放大電路中，用直流電壓表測量晶體管三個(gè)電極對(duì)地電位如圖2-6所示，試判斷晶體管的工作狀態(tài)。a） b） c）圖2-6 晶體管對(duì)地電位圖【解析】a）晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，管子工作于放大狀態(tài)。b）晶體管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏，管子工作于截止?fàn)顟B(tài)。c）晶體管

12、發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏，管子工作于飽和狀態(tài)。14152極間反向電流（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。3極限參數(shù)（1) 集電極最大允許電流ICM。 （2) 集電極最大允許耗散功率PCM。（3）反向擊穿電壓。晶體管的反向擊穿電壓有以下幾種。U（BR）EBO集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。U（BR）CBO發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。U（BR）CEO基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓 選用晶體管時(shí)，要保證反向擊穿電壓大于工作電壓的兩倍以上。16晶體管的主要參數(shù)可以通過查詢半導(dǎo)體手冊(cè)和互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)網(wǎng)站獲得。

13、典型網(wǎng)站有：（集成電路查詢網(wǎng)）（中國電子網(wǎng)）http:/（IC資料網(wǎng)）http:/（電子發(fā)燒友）http:/（電子技術(shù)網(wǎng)）17知識(shí)鏈接 晶體管值的標(biāo)識(shí)182.1.3 晶體管的識(shí)別與檢測【晶體管引腳分布規(guī)律和識(shí)別方法】1金屬封裝晶體管電極識(shí)別金屬封裝晶體管封裝形式有多種，如圖2-7所示，圖中電極分布示意圖表示的都是晶體管的底視圖。 a）B型 b）C型號(hào) c）F型圖2-7金屬管殼晶體管電極分布圖19圖(a)所示稱為B型封裝，它的特點(diǎn)是外殼上有一個(gè)突出定位銷并有四根引腳。其識(shí)別方法為：面對(duì)管底，從定位銷開始順時(shí)針方向依次為發(fā)射極e、基極b、集電極c和接地端d，其中d端與金屬外殼相連，在電路中接地，實(shí)

14、現(xiàn)屏蔽作用。圖(b)所示為C型封裝，它的特點(diǎn)是有一個(gè)定位銷，只有三根電極，且三電極呈等腰三角形排列。其識(shí)別方法為：面對(duì)管底，從定位銷開始順時(shí)針方向依次為發(fā)射極e、基極b和集電極c。值得注意的是，若將此類型晶體管定位銷去除，則為D型封裝，電極也呈等腰三角形排列，其識(shí)別方法與圖（b）相同，此處不再贅述。圖(c)所示為大功率晶體管，屬于F型封裝，它只有兩根電極。識(shí)別方法為：面對(duì)管底，使電極均位于左側(cè)，則下面的電極為基極b、上面的電極為發(fā)射極e、管殼為集電極c，管殼上兩個(gè)安裝孔用來固定晶體管。202塑料封裝晶體管電極識(shí)別塑料封裝晶體管是目前最常用的晶體管之一，圖2-8所示為常用塑料封裝晶體管的電極分布

15、圖。a）S-1A型 b）S-1B型 c）S-5型d）S-6型 e）S-7型 f）S-8型圖2-8 金屬封裝晶體管電極分布圖21圖(a)所示為S-1A型，圖(b)所示為S-1B型，它們都有半圓形的平面，識(shí)別方法為：平面朝上，電極朝向自己，從左到右依次為發(fā)射極e、基極b、集電極c。圖(c)所示為S-5型，它的特點(diǎn)是管子中間開了一個(gè)呈三角形的圓孔，識(shí)別方法為：將印有型號(hào)的一面朝向自己，電極朝下，從左向右依次為發(fā)射極e、集電極c、基極b。圖(d)所示為S-6型，它的特點(diǎn)是具有散熱片。識(shí)別方法為：將切面或印有型號(hào)的一面朝向自己，電極朝下，從左向右依次為基極b、集電極c、發(fā)射極e。圖(e)所示為S-7型，

16、它也有散熱片，且比較厚，識(shí)別方法與S-6型相同。圖(f)所示為S-8型，它的特點(diǎn)是比S-6型晶體管尺寸大些，識(shí)別方法與S-6型相同。22【晶體管檢測技巧】晶體管均由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，進(jìn)行檢測時(shí)可將晶體管等效為兩個(gè)半導(dǎo)體二極管，如圖2-9所示。 a）NPN型 b）PNP型圖2-9 晶體管檢測等效圖1中、小功率晶體管檢測技巧（1）管腳判別當(dāng)不能直接通過晶體管型號(hào)或封裝識(shí)別管腳時(shí)，可用萬用表歐姆擋檢測其極間電阻阻值進(jìn)行識(shí)別，具體檢測技巧如下：231）基極的判別利用萬用表判別晶體管基極的方法如圖2-10所示。圖2-10 晶體管基極的判別圖2-10中，將萬用表置于100或1K檔，用黑表筆接晶體管的任意管腳

17、，再用紅表筆分別接另兩個(gè)管腳，測得兩個(gè)阻值，如兩阻值為一大一小，則用黑表筆接其它管腳再測。一直到兩阻值同時(shí)為大或同時(shí)為小為止。判別方法：當(dāng)阻值同時(shí)為大時(shí)，說明黑表筆所接為PNP型晶體管基極。當(dāng)阻值同時(shí)為小時(shí)，黑表筆所接為NPN型晶體管基極。242) 集電極、發(fā)射極的判別在正確判別晶體管基極的基礎(chǔ)上，利用萬用表判別晶體管集電極、發(fā)射極的常用方法有下述三種：方法一：對(duì)于PNP型晶體管，在測定基極的基礎(chǔ)上，紅表筆接待測管基極，黑表筆分別接觸另兩個(gè)管腳，所測得的阻值為一大一小，在阻值小的一次測量中，黑表筆所接管腳為晶體管集電極；另一電極則為發(fā)射極。對(duì)于NPN型晶體管，則將黑表筆接待測管基極，而用紅表筆

18、去接觸另兩個(gè)管腳，在阻值小的一次測量中，紅表筆所接管腳為集電極，另一管腳為發(fā)射極。方法二：將萬用表兩表筆分別接除基極以外的兩管腳，如果是NPN型管，用手指捏住基極與黑表筆所接電極，測得兩組阻值，在阻值小的一次測量中，黑表筆所接為集電極，另一電極為發(fā)射極。如果是PNP型管，則用手指捏住基極與紅表筆所接電極，同樣，電阻小的一次測量中紅表筆對(duì)應(yīng)的是集電極，另一電極則為發(fā)射極。方法三：利用萬用表的hFE擋測量。具體方法是：在測出待測管基極及判別管型（NPN或PNP）的基礎(chǔ)上，將晶體管基極引出線插入hFE基極插孔，另兩電極引出線分別插入另兩個(gè)插孔，可得兩組hFE值。其中數(shù)值較大的一次為正確接法，即插入集

19、電極插孔的管腳為待測管的集電極，插入發(fā)射極插孔的管腳則為發(fā)射極。25（2）晶體管性能好壞判別晶體管性能好壞判別主要通過測量其主要參數(shù)PN結(jié)正、反向電阻、值和穿透電流ICEO判別，具體測量方法如下所示。1）晶體管極間電阻測量通過測量集電結(jié)和發(fā)射結(jié)正、反向電阻，可以判別晶體管的內(nèi)部是否短路、斷路。方法是：將萬用表置于100或1K擋，分別測量兩個(gè)PN結(jié)正、反向電阻。對(duì)于中、小功率貼片晶體管，其正向電阻一般為幾百歐姆至幾千歐姆，反向電阻一般為幾百千歐以上。如果測得的正向電阻近似于，則表明晶體管內(nèi)部斷路；如果測得的反向電阻很小或?yàn)榱銜r(shí)，則說明晶體管已被擊穿或短路。都不能再使用。2）晶體管穿透電流ICEO

20、的測量通常采用萬用表歐姆擋測量晶體管C-E極之間電阻值的方法來間接估計(jì)ICEO的大小，具體方法是：將萬用表置于100或1K擋，對(duì)于NPN型晶體管，萬用表黑表筆接集電極C，紅表筆接發(fā)射極E。測得的阻值要求越大越好（通常大于幾百千歐姆）。C-E間電阻值越大，說明管子的ICEO越小；反之，所測阻值越小，說明管子的ICEO越大。對(duì)于PNP型晶體管，測量方法與NPN型管子相同，只要對(duì)調(diào)萬用表表筆即可。如果測試時(shí)萬用表指針來回?cái)[動(dòng)，則表明管子性能不穩(wěn)定。 利用萬用表間接測量NPN型晶體管穿透電流ICEO的方法如圖2-11所示。26圖2-11晶體管穿透電流ICEO的測量3）值的估測將萬用表置于100或1K擋

21、，對(duì)于NPN型晶體管，將黑表筆接其集電極C，紅表筆接發(fā)射極E，測量C-E間電阻值，并做記錄。然后用手指捏住管子基極和集電極，再測量電阻值。接入人體電阻后的阻值應(yīng)比不接時(shí)要小，即萬用表指針的右偏轉(zhuǎn)角度大，右偏轉(zhuǎn)角度越大說明晶體管的放大能力越好，如果接入人體電阻后萬用表指針依然停留在原位置不動(dòng)，則表明晶體管的放大能力很差，不能再使用。對(duì)于PNP型晶體管，其測量方法與NPN型晶體管相同，只要把萬用表紅表筆接晶體管集電極，黑表筆接發(fā)射極即可。此外，在有些萬用表中，設(shè)有專用值測量擋。此時(shí)只需將待測晶體管管腳引出線按值測量擋管腳標(biāo)志插入即可。值得注意的是，NPN型晶體管和PNP型晶體管不能插錯(cuò)。27（4）

22、在路電壓檢測判別法中、小功率晶體管多直接焊接在印刷電路板上。由于元器件的安裝密度大，拆卸比較麻煩，所以在檢測時(shí)常常通過用萬用表直流電壓擋，去測量被測晶體管各引腳的電壓值，來推斷其工作是否正常，進(jìn)而判斷其好壞。2大功率晶體管檢測技巧大功率晶體管是指集電極耗散功率大于1.5W的晶體管。具有工作電流大、體積大、耐壓高、故障率高等特點(diǎn)，是電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件。實(shí)際檢測時(shí)，利用萬用表判別中、小功率貼片晶體管管腳及性能好壞的各種方法，對(duì)檢測大功率晶體管基本適用。但由于大功率貼片晶體管的工作電流比較大，因而其PN結(jié)的面積也較大，故通常使用R10或R1擋檢測大功率晶體管。注意：1在測試晶體管的正、反向電阻時(shí)，

23、一定要避免人體電阻的介入，以免誤差過大。2 如果彎折引腳，一定要注意彎折點(diǎn)與引腳根部的距離不少于1.5mm，以免引腳根部斷掉。3測試時(shí)應(yīng)去除晶體管電極的氧化層，以防止表筆與電極接觸不良。28知識(shí)鏈接 晶體管的代換原則及方法 【晶體管的代換原則】 (1) 類型相同。在代換晶體管時(shí)，其相關(guān)類型要求相同。主要體現(xiàn)在種類相同，如鍺管換鍺管；硅管換硅管等。(2) 特性相近。特性相近主要指代換管與原晶體管的主要參數(shù)相近。當(dāng)沒有原型號(hào)的代換管時(shí)，應(yīng)選用體積、外形基本一致、主要參數(shù)與原管參數(shù)相近的晶體管進(jìn)行代換。(3) 外形相似。為了方便裝配，要求代換管的主要尺寸與原管的尺寸相似?！揪w管代換方法】(1) 同

24、型號(hào)法。同型號(hào)法是指代換管的主要參數(shù)與原管的主要參數(shù)一致的代換方法。因?yàn)榇鷵Q后對(duì)電路中的其它元器件正常工作無影響，在代換時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮該法。(2) 特性相近的不同型號(hào)法。當(dāng)找不到同型號(hào)代換管時(shí)，可考慮該辦法。建議步驟如下：1) 查出須代換晶體管的主要特性參數(shù)。2) 查找相關(guān)“晶體管代換手冊(cè)”，找出代換管型號(hào)。3) 進(jìn)行代換。292.2 放大電路基礎(chǔ)及應(yīng)用話題引入 能把外界送入的微弱電信號(hào)不失真地放大至所需數(shù)值并送給負(fù)載的電路叫做放大電路（又稱為放大器amplifier），它是應(yīng)用最為廣泛的電子電路之一，也是構(gòu)成許多電子儀器設(shè)備的基本單元電路。例如各種收錄機(jī)、電視機(jī)、電話、電子測量儀器等電子設(shè)備

25、中都有各種放大電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的放大。放大的基本特征是放大后的信號(hào)（即輸出信號(hào)）與放大前的信號(hào)（即輸入信號(hào)）波形一樣，只是信號(hào)的幅度增大了。如放大的是交流信號(hào)，則放大后的信號(hào)與放大前的信號(hào)頻率與周期相同。 本節(jié)將介紹幾種常用的基本放大電路的組成，討論它們的工作原理、性能指標(biāo)和基本分析方法。掌握這些基本放大電路，是學(xué)習(xí)和應(yīng)用復(fù)雜電子電路的基礎(chǔ)。302.2.1 放大電路的組成和工作原理晶體管有3個(gè)電極，它在組成放大電路時(shí)便有3種連接方式，即放大電路的3種組態(tài)：共發(fā)射極、共集電極和共基極組態(tài)放大電路。其中共發(fā)射極放大電路應(yīng)用廣泛，這里就以NPN型共發(fā)射極放大器為例，討論放大電路的組成、工作原理以及分

26、析方法。【電路組成及各元件作用】圖2-12所示為一個(gè)單管共發(fā)射極（以下簡稱單管共射）放大電路。電路中輸入回路與輸出回路的公共端是晶體管的發(fā)射極，所以稱為單管共射放大電路。單管共射放大電路各組成元件的作用見表2-8。 a）原理電路 b）實(shí)物圖圖2-12 單管共射放大電路31【電壓、電流的符號(hào)規(guī)定】由圖2-12可知，電路中既包含輸入信號(hào)所產(chǎn)生的交流量，又包含直流電源所產(chǎn)生的直流量。為了分析的方便，通常做了以下規(guī)定。（1）直流分量：用大寫字母和大寫下標(biāo)表示，如IB表示晶體管基極的直流電流；（2）交流分量：用小寫字母和小寫下標(biāo)表示，如ib表示晶體管基極的交流電流；（3）瞬時(shí)值：用小寫字母和大寫小標(biāo)表示

27、，它為直流分量和交流分量之和，如iB表示晶體管基極的瞬時(shí)電流值，iB=IB+ib；（4）交流有效值：用大寫字母和小寫下標(biāo)表示，如Ib表示晶體管基極交流有效值；（5）交流峰值：用交流有效值符號(hào)再增加小寫m下標(biāo)表示，如Ibm表示晶體管基極交流峰值。32【工作原理】在單管共射極放大電路中，如圖2-13所示，輸入微弱的交流信號(hào)ui通過電容C1的耦合送到晶體管的基極和發(fā)射極，相當(dāng)于基-射極間電壓uBE發(fā)生了變化，于是iB、iC、uCE隨之發(fā)生變化。uCE通過電容C2隔離了直流分量，輸出的只是放大信號(hào)的交流分量uo，且uO與ui反相。圖2-13 放大器工作原理歸納：1在單管共射放大電路中，輸出信號(hào)電壓與輸

28、入信號(hào)電壓頻率相同，相位相反，幅度被放大，所以這種電路具有電壓放大作用和電壓倒相功能。2構(gòu)成任何一個(gè)放大電路，需滿足以下三點(diǎn)：（1）具備為晶體管工作于放大狀態(tài)而提供正確的偏置電壓的直流電源；（2）放大電路與信號(hào)源及負(fù)載間應(yīng)正確連接，以保證信號(hào)能在放大器中正確傳輸；（3）各元件參數(shù)的選擇應(yīng)能保證電路有一個(gè)適合的靜態(tài)工作點(diǎn)Q（詳見本書2.3.1節(jié)）。33 2.2.2 放大電路的主要性能指標(biāo)34352.2.3 放大電路的分析方法放大電路的分析包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作情況分析。靜態(tài)分析主要是確定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q的值，并判定Q點(diǎn)是否處于合適的位置，這是晶體管進(jìn)行不失真放大的前提條件；動(dòng)態(tài)分析主要是確定微弱信

29、號(hào)經(jīng)過放大電路放大了多少倍（如Au），放大器對(duì)交流信號(hào)所呈現(xiàn)的輸入電阻Ri、輸出電阻Ro等?！痉糯箅娐返撵o態(tài)分析】當(dāng)放大電路的輸入電壓ui=0時(shí)，電路中各處的電壓、電流均為固定的直流量，稱此狀態(tài)為放大電路的靜止工作狀態(tài)，簡稱為靜態(tài)，也叫直流工作狀態(tài)。此時(shí)晶體管各極直流電壓、電流在輸入輸出特性曲線上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)（主要由IB、IC、UCE所確定的點(diǎn)），稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q表示。1畫直流通路直流通路是指靜態(tài)（ui=0）時(shí)，電路中直流分量流經(jīng)的路徑。畫直流通路有以下兩個(gè)要點(diǎn)。（1）電容器視為開路。電容具有隔離直流的作用，直流電流無法通過它們，因此對(duì)直流信號(hào)而言，電容器相當(dāng)于開路。（2）電感器視為短路。電感

30、器對(duì)直流電流的阻抗為零，可視為短路。36373839【放大電路的動(dòng)態(tài)分析】當(dāng)放大電路有信號(hào)輸入時(shí)，電路中電壓、電流將隨輸入信號(hào)而變化，這時(shí)的狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。主要用于分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻、電壓放大倍數(shù)等常用指標(biāo)。1畫交流通路交流通路是指動(dòng)態(tài)（ui0）時(shí)，電路中交流分量流經(jīng)的路徑。畫交流通路有以下三個(gè)要點(diǎn)。（1）電容器視為短路。電容器對(duì)于一定頻率的交流信號(hào)，容抗近似為零，可視為短路。（2）電感器視為開路。電感器具有隔離交流的作用，交流電流無法通過它們，因此對(duì)交流信號(hào)而言，電感器相當(dāng)于開路。（3）直流電壓源（內(nèi)阻很小，忽略不計(jì)）視為短路。交流電流通過直流電源Vcc時(shí)，兩端無交流電壓產(chǎn)生，可

31、視為短路。共發(fā)射極放大電路的交流通路如圖2-15b所示。40412.2.4 放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定在實(shí)際工作中，當(dāng)溫度變化、更換晶體管、電路元件老化、電源電壓波動(dòng)時(shí)，都可能導(dǎo)致前述共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定，進(jìn)而影響放大電路的正常工作。在這些因素中，又以溫度變化的影響最大。因此，必須采取措施穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)?！緶囟葘?duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響】晶體管是一個(gè)對(duì)溫度非常敏感的半導(dǎo)體器件，隨溫度的變化，晶體管參數(shù)會(huì)受到影響，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）溫度升高，晶體管的反向電流增大當(dāng)溫度升高時(shí)，反向電流ICBO、ICEO增大。溫度每升高10，ICBO和ICEO就約增大1倍。（2）溫度升高，晶體

32、管的電流放大系數(shù)增大實(shí)驗(yàn)表明，隨溫度升高，上升。溫度每升高1，約增大0.5%1%。（3）溫度升高，UBE減小晶體管的輸入特性具有負(fù)的溫度特性，溫度每升高1，UBE大約減小2.2mV。可見，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，共發(fā)射極基本放大電路以上各參量都會(huì)隨著變化，都會(huì)導(dǎo)致Q點(diǎn)不穩(wěn)定，因此，在實(shí)際應(yīng)用中很少采用。為了能自動(dòng)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，常采用分壓式偏置放大電路。42【分壓式偏置放大電路】分壓式偏置放大電路及實(shí)物圖如圖2-18所示。其中基極下偏置電阻Rb2可以使電源電壓Vcc經(jīng)Rb1與Rb2串聯(lián)分壓后為基極提供穩(wěn)定電壓UB，發(fā)射極電阻Re的作用是穩(wěn)定靜態(tài)電流IE（IC），發(fā)射極旁路電容Ce的作用是提供交流信號(hào)

33、的通路，減少信號(hào)的損耗，使放大器放大能力不會(huì)因?yàn)镽e而降低。a）電路圖 b）實(shí)物圖圖2-18 分壓式偏置放大電路434445技能訓(xùn)練2-2 調(diào)試分壓式偏置放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)【訓(xùn)練目標(biāo)】1熟悉常用電子元器件和各種實(shí)驗(yàn)儀器的使用；2會(huì)搭接分壓式偏置放大電路，會(huì)調(diào)整其靜態(tài)工作點(diǎn)；3會(huì)使用萬用表調(diào)試單管共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；【訓(xùn)練材料】訓(xùn)練材料清單如表2-9所示。表2-9 材料清單表46【實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟】（1）如圖2-20所示，按分壓式偏置放大電路連線圖連接電路，并在印刷電路板上進(jìn)行焊接。圖2-20 分壓式偏置放大電路實(shí)驗(yàn)電路47（2）不加入交流輸入信號(hào)，調(diào)節(jié)電位器RP到最大，將直流電源調(diào)至12

34、V接入電路。調(diào)節(jié)電位器RP使ICQ=2mA，測量此時(shí)RP、IBQ、UCEQ的值，結(jié)果記入表2-10中。（3）調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，使之輸出頻率為f=1kHz，幅值為10mV的正弦交流信號(hào)ui，將ui接到放大電路輸入端，觀察輸出端電壓uo的波形并記入表2-10中。（4）斷開輸入交流信號(hào)，讓電烙鐵靠近晶體管，使其周邊環(huán)境溫度升高，測量IBQ、ICQ、UCEQ的值。將交流輸入信號(hào)ui接到放大電路輸入端，觀察外界溫度升高后輸出端電壓uo的波形，結(jié)果記入表2-10中。（5）斷開輸入交流信號(hào)，調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL的阻值，測量IBQ、ICQ、UCEQ的值。將交流輸入信號(hào)ui接到放大電路輸入端，觀察調(diào)節(jié)負(fù)載電阻RL的阻

35、值后輸出端電壓uo的波形，結(jié)果記入表2-10中。表2-10 訓(xùn)練測量記錄表想一想：1分壓式偏置放大電路與單管共射放大電路相比，在結(jié)構(gòu)和功能上有什么區(qū)別？2為什么當(dāng)外界溫度升高和負(fù)載RL變化，測量IBQ、ICQ、UCEQ的值時(shí)必須斷開交流輸入信號(hào)？482.2.5 共集和共基放大電路492.2.6 多級(jí)放大電路1.電路結(jié)構(gòu)圖2-23 多級(jí)放大電路的組成框圖輸入級(jí)：主要完成與信號(hào)源的銜接并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，一般采用輸入電阻高的放大器，如射極跟隨器；中間級(jí)：主要用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行電壓放大，將微弱的信號(hào)電壓放大到設(shè)計(jì)規(guī)定的幅度，一般采用幾級(jí)共發(fā)射極放大器來完成這個(gè)任務(wù)；輸出級(jí)：主要用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，輸出

36、負(fù)載所需要的功率并完成和負(fù)載的匹配。502.耦合方式（1）阻容耦合特點(diǎn)： 各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響，利于放大器的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修。 低頻特性差，不適合放大直流及緩慢變化的信號(hào)，只能傳遞具有一定頻率的交流信號(hào)。 輸出溫度飄移（詳見本書第3章）比較小。 阻容耦合電路具有體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，在分立元件電路中應(yīng)用較多。在集成電路中，不易制作大容量的電容，因此阻容耦合放大電路，不便于做成集成電路。51（2）直接耦合特點(diǎn)： 各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響。不利于電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修。 頻率特性好，可以放大直流、交流以及緩慢變化的信號(hào)。 輸出存在溫度漂移。 電路中無大的耦合電容，便于集成化。52（3）變壓器耦合特點(diǎn)： 各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響，利于放大器的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修。 低頻特性差，不適合放大直流及緩慢變化的信號(hào)，只能傳遞具有一定頻率的交流信號(hào)。 可以實(shí)現(xiàn)電壓、電流和阻抗的變換，容易獲得較大的輸出功率。 輸出溫度漂移比較小。 變壓器耦合電路體積和重量較大，不便于做成集成電路。533.簡單分析（1）電壓放大倍數(shù)Au ：Au=Au1Au2Au3