任務(wù)2-1 研究三極管電流放大電路

四川省達(dá)縣職業(yè)高級(jí)中學(xué)校企無縫對(duì)接教學(xué)模式電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)電子技術(shù)技能與實(shí)訓(xùn)任務(wù)教學(xué)教案教師備課時(shí)間上課時(shí)間單位四川省達(dá)縣職業(yè)高級(jí)中學(xué)專業(yè)電子技術(shù)應(yīng)用教材電子技術(shù)技能與實(shí)訓(xùn)班級(jí)電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)級(jí)班課型新課課時(shí)課題研究三極管電流放大電路教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)目標(biāo)】1、理解放大電路及放大器的常用指標(biāo)。2、掌握共射放大電路的組成，靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置及估算和工作原理。3、掌握分壓式偏置電路結(jié)構(gòu)和工作原理。4、掌握多級(jí)放大器的耦合方式與特點(diǎn)?！炯寄苣繕?biāo)】1、具有對(duì)電路的功能及參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算的能力；2、具有對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行焊接、制作、測(cè)量、調(diào)試、故障排除的能力；3、具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單電路的能力。【情感目標(biāo)】1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決問題的能力。2、通過本課題的教學(xué)，使學(xué)生具備用實(shí)踐檢驗(yàn)真理的習(xí)慣和能力。3、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)造思維，以達(dá)到知識(shí)探索、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高、協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。4、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)和勇于探索的精神。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：1、掌握共發(fā)射極基本放大器的組成、原理及性能特點(diǎn)2、掌握共集電極基本放大器的組成及性能特點(diǎn)難點(diǎn)：1、能熟練畫出分壓式偏置放大電路圖，并能對(duì)其自動(dòng)穩(wěn)定工作點(diǎn)的原理進(jìn)行分析2、能準(zhǔn)確分析放大電路中各元件參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響，并正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)關(guān)鍵分組進(jìn)行教具計(jì)算機(jī)投影儀MF47型萬用表元器件若干采用教法任務(wù)教學(xué)法作業(yè)布置完成任務(wù)測(cè)評(píng)內(nèi)容教學(xué)后記1．通過學(xué)生自主活動(dòng)及教師實(shí)物演示，增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性，達(dá)到良好的教學(xué)效果，從而增強(qiáng)了學(xué)生的自信心。2．遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，堅(jiān)決貫徹“學(xué)做合一”或“做、學(xué)、做”的雙向程序模式，學(xué)生學(xué)會(huì)在活動(dòng)過程中獲取新知識(shí)的樂趣和能力。3．透過活動(dòng)項(xiàng)目過程，表明教學(xué)效果良好，同學(xué)們加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和記憶，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力顯著提高。部分學(xué)生自主活動(dòng)能力還是有所欠缺，通過教師引導(dǎo)和講解能夠有較大的提高，另一個(gè)問題是學(xué)生對(duì)活動(dòng)內(nèi)容的熟練程度不夠，應(yīng)該增加練習(xí)的時(shí)間。教學(xué)過程環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)備注1、明確任務(wù)1、強(qiáng)調(diào)安全用電，器材安全使用，實(shí)訓(xùn)規(guī)范操作。2、根據(jù)訓(xùn)練學(xué)生的人數(shù)分組，指定工位，明確小組成員職責(zé)。（三人一組）3、動(dòng)員學(xué)生進(jìn)入角色。1、明確安全操作規(guī)程加強(qiáng)安全意識(shí)。2、組建團(tuán)隊(duì)，清點(diǎn)人數(shù)明確小組成員分工。3、儲(chǔ)備知識(shí)，準(zhǔn)備工具。（預(yù)習(xí)本堂課內(nèi)容）2、制定計(jì)劃1、布置學(xué)生查找三極管電流放大電路在家用電器上的應(yīng)用。2、學(xué)習(xí)三極管電流放大電路的作用、符號(hào)、分類等知識(shí)。3、識(shí)別常見的三極管電流放大電路。4、應(yīng)用MF47型萬用表檢測(cè)三極管電流放大電路1、查找三極管電流放大電路在家用電器上的應(yīng)用2、熟悉三極管電流放大電路的作用、符號(hào)、分類等知識(shí)。3、動(dòng)手識(shí)別常見的三極管電流放大電路4、應(yīng)用MF47型萬用表檢測(cè)三極管電流放大電路的技能。3、操作訓(xùn)練一、安排學(xué)生閱讀常見的三極管電流放大電路組成、元件作用、特性參數(shù)、連接方式等知識(shí)。二、布置任務(wù)，要求學(xué)生運(yùn)用Prtel2004制作共發(fā)射極放大電路的原理圖并仿真故障。要求學(xué)生完成想一想所提出的問題，并展開討論。安排學(xué)生對(duì)給定三極管電流放大電路進(jìn)行識(shí)別，讓學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間完成三極管電流放大電路的直觀識(shí)別與檢測(cè)記錄表1。序號(hào)元件型號(hào)作用管型材料

教師現(xiàn)場(chǎng)示范或利用多媒體展示三極管電流放大電路質(zhì)量檢測(cè)的正確操作方法與步驟，并要求學(xué)生把測(cè)量的結(jié)果填寫到規(guī)定的技訓(xùn)表2中。序號(hào)型號(hào)正向電阻反向電阻萬用表檔位質(zhì)量判斷結(jié)果七、教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)用萬用表進(jìn)行三極管電流放大電路質(zhì)量檢測(cè)的操作步驟、注意事項(xiàng)及收獲與體會(huì)，并檢查任務(wù)完成情況、儀器儀表的使用情況、安全文明操作以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。讀一讀2.1.1三極管的電流放大作用一、三極管的電流放大作用當(dāng)發(fā)射極和集電極之間的電壓處于在放大區(qū)內(nèi)時(shí)，較小的基極電流的變化引起集電極電流成比例的較大變化，這就是三極管最基本的作用——電流放大作用。即：Ie=Ic+Ib=(1+β)IbIc=βIb三極管的放大工作條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏三、三極管的三種連接方式：圖2.1.1四、三極管的特性曲線（以下均以NPN型三極管共發(fā)射極電路為例）圖2.1.21、輸入特性：當(dāng)ＵＣＥ不變時(shí),輸入回路中的電流ＩＢ與電壓ＵＢＥ之間的關(guān)系曲線稱為輸入特性。圖2.1.3其特點(diǎn)是：（1）當(dāng)Uce在0-2伏范圍內(nèi)，曲線位置和形狀與Uce有關(guān)，但當(dāng)Uce高于2伏后，曲線Uce基本無關(guān)通常輸入特性由兩條曲線（Ⅰ和Ⅱ）表示即可。（2）當(dāng)Ube＜UbeR時(shí)，Ib≈O稱（0～UbeR)的區(qū)段為“死區(qū)”當(dāng)Ube＞UbeR時(shí)，Ib隨Ube增加而增加，放大時(shí)，三極管工作在較直線的區(qū)段。2、輸出特性：當(dāng)ＩＢ不變時(shí),輸出回路中的電流ＩＣ與電壓ＵＣＥ之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性。圖2.1.4所示的輸出特性可見，它分為三個(gè)區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)當(dāng)Ube＜0時(shí)，則Ib≈0，發(fā)射區(qū)沒有電子注入基區(qū)，但由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，集電集仍有小量電流通過，即Ic=Iceo稱為穿透電流，常溫時(shí)Iceo約為幾微安，鍺管約為幾十微安至幾百微安，它與集電極反向電流Icbo的關(guān)系是：Icbo=(1+β)Icbo常溫時(shí)硅管的Icbo小于1微安，鍺管的Icbo約為10微安，對(duì)于鍺管，溫度每升高12℃，Icbo數(shù)值增加一倍，而對(duì)于硅管溫度每升高8℃，Icbo數(shù)值增大一倍，雖然硅管的Icbo隨溫度變化更劇烈，但由于鍺管的Icbo值本身比硅管大，所以鍺管仍然受溫度影響較嚴(yán)重的管。放大區(qū)當(dāng)晶體三極管發(fā)射結(jié)處于正偏而集電結(jié)于反偏工作時(shí)，Ic隨Ib近似線性變化，放大區(qū)是三極管工作在放大狀態(tài)的區(qū)域。飽和區(qū)當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正偏狀態(tài)時(shí)，Ic基本上不隨Ib而變化，失去了放大功能。根據(jù)三極管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)偏置情況，可能判別其工作狀態(tài)。要點(diǎn)：截止區(qū)和飽和區(qū)是三極管工作在開關(guān)狀態(tài)的區(qū)域，三極管和導(dǎo)通時(shí)，工作點(diǎn)落在飽和區(qū)，三極管截止時(shí)，工作點(diǎn)落在截止區(qū)。五、三極管的主要參數(shù)1、共射極電流放大系數(shù)用表示，選用管子時(shí)，值應(yīng)恰當(dāng)，一般說來，值太大的管子工作穩(wěn)定性差。2、極間反向飽和電流①集電極-基極反向飽和電流。②集電極-發(fā)射極反向飽和電流。兩者關(guān)系：=（1+）3、極限參數(shù)①集電極最大允許電流當(dāng)過大時(shí)，電流放大系數(shù)將下降。在技術(shù)上規(guī)定，下降到正常值的2/3時(shí)的集電極電流稱集電極最大允許電流。②反向擊穿電壓當(dāng)基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間所能承受的最高反向電壓——。當(dāng)發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極之間所能承受的最高反向電壓——。當(dāng)集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極之間所能承受的最向反向電壓——。③集電極最大允許耗散功率在三極管因溫度升高而引起的參數(shù)變化不超過允許值時(shí)，集電極所消耗的最大功率稱集電極最大允許耗散功率。認(rèn)一認(rèn)下列元件的管腳或參數(shù)：圖.2共發(fā)射極基本放大電路基本放大電路一般是指由一個(gè)三極管與相應(yīng)元件組成的三種基本組態(tài)放大電路。圖2.1.6共發(fā)射極放大電路一、各器件的作用1.晶體管（T）晶體管是放大電路的核心元件。利用其基極小電流控制集電極較大電流的作用，使輸入的微弱電信號(hào)通過直流電源Ucc提供能量，獲得一個(gè)能量較強(qiáng)的輸出電信號(hào)。2.集電極電源（Vcc）實(shí)用中通常采用單電源供電方式，在這個(gè)電路中，直流電源常用Ucc表示。Ucc的作用有兩個(gè)：一是為放大電路提供能量，二是保證晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。交流信號(hào)下的Ucc呈交流接地狀態(tài)，Ucc的數(shù)值一般為幾伏至幾十伏。3.集電極電阻（Rc）Rc的阻值一般為幾千歐至幾十千歐。其作用是將集電極的電流變化轉(zhuǎn)換成晶體管集、射極間的電壓變化，以實(shí)現(xiàn)由放大電路負(fù)載上獲得電壓放大的目的。4.固定偏置電阻（RB）RB的阻值一般為幾十千歐至幾百千歐。主要作用是保證發(fā)射結(jié)正向偏置，并提供一定的基極電流Ib，使放大電路獲得一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。5.耦合電容（C1和C2）C1和C2在電路中的作用是“隔離直流通過交流”。電容器的容抗Xc與頻率f為反比關(guān)系，因此在直流情況下，電容相當(dāng)于開路，使放大電路與信號(hào)源之間可靠隔離；在電容量足夠大的情況下，耦合電容對(duì)規(guī)定頻率范圍內(nèi)的交流輸入信號(hào)呈現(xiàn)的容抗極小，可近似視為短路，從而讓交流信號(hào)無衰減地通過。二、直流通道和交流通道A、畫出直流通路電容對(duì)直流電相當(dāng)于開路，因此畫直流通路時(shí)把電容支路斷開即可。B、畫交流通路把容量較大的電容及直流電源簡(jiǎn)化為一條短路線。直流通道直流通路交流通道圖2.1.7三、放大原理輸入交流信號(hào)vi通過電容C1的耦合送到三極管的基極和發(fā)射極。交流信號(hào)vi與直流偏壓VBEQ疊加的vBE波形如圖（b），基極電流iB產(chǎn)生相應(yīng)的變化，波形如圖（c）所示。電流iB經(jīng)放大后獲得對(duì)應(yīng)的集電極電流iC，如圖（d）所示。集—射極電壓vCE波形與輸出電流iC變化情況相反，如圖（e）所示。vCE經(jīng)耦合電容C2隔離直流成分，輸出的只是放大信號(hào)的交流成分vo，波形如圖（f）所示。圖2.1.8uo比ui幅度放大且相位相反四、電路分析1、由放大電路的直流通路確定靜態(tài)工作點(diǎn)將耦合電容C1、C2視為開路，畫出共發(fā)射極放大電路的直流通路，由電路得：2、由放大電路的交流通路確定交流參數(shù)三極管輸入電阻

(2)放大器輸入電阻ri=Rb//rbe≈rbe

(3)放大器輸出電阻ro=Rc//rce≈Rc

(4)電壓放大倍數(shù)vi=ii（Rb//rbe）≈ibrbe

vo=-ic（RC//RL）

Av=vo/vi=-β(RC//RL)/rbe五、放大波形的失真與消除放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置不合適，將導(dǎo)致放大輸出的波形產(chǎn)生失真。1.飽和失真若偏置電阻Rb偏小，基極電流IBQ就較大，由示波器觀察到的輸出電壓vo波形就會(huì)產(chǎn)生飽和失真。圖2.1.9產(chǎn)生飽和失真的原因是：IBQ偏大時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)偏高，當(dāng)輸入信號(hào)正半周幅度較大時(shí)管子進(jìn)入飽和區(qū)，iB增大無法使iC相應(yīng)增大，于是會(huì)出現(xiàn)飽和失真。2．截止失真

若偏置電阻Rb偏大，此時(shí)基極電流IBQ很小，由示波器觀察到的輸出電壓vo波形將出現(xiàn)截止失真。圖2.1.10產(chǎn)生截止失真的原因是：IBQ偏小時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)偏低。在輸入電壓vi的負(fù)半周時(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)將在一段時(shí)間內(nèi)處于反向偏置，造成ic負(fù)半周、vo的正半周相應(yīng)的波頂被削去。做一做利用Protel2OO4制作共發(fā)射極放大電路的原理圖并仿真故障現(xiàn)象。想一想放大器能把微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大，變成較強(qiáng)的電信號(hào)，其輸出的電信號(hào)能力增加了，該增加的能量是從哪里來？讀一讀2.1.3共集電極放大電路一、圖為共集電極及交直流通路。原理圖直流通路交流通路圖2.1.11被放大的信號(hào)從發(fā)射極輸出，所以又稱射極輸出器。二、電路特點(diǎn)1、輸出電壓與輸入電壓同相且略小于輸入電壓射極輸出器的輸出信號(hào)電壓近似等于輸入信號(hào)電壓，即電壓放大倍數(shù)約等于1，好似輸出電壓等值地跟隨輸入電壓而變化，故又稱射極跟隨器。2、輸入電阻大3、輸出電阻小不變，幾乎不變。由以上三個(gè)特點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用在電路的輸入級(jí)、多級(jí)放大器的輸出級(jí)或用于兩級(jí)共射放大電路之間的隔離級(jí)。三、靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算想一想1、共集電極放大器又稱為，它的特點(diǎn)是電壓放大倍數(shù)小于且接近與。2、三極管具有放大作用外部電壓條件是發(fā)射結(jié)__________，集電結(jié)__________。3、當(dāng)溫度升高時(shí)，晶體三極管集電極電流Ic__________，發(fā)射結(jié)壓降__________。讀一讀2.1.4靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大器溫度變化會(huì)引起放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生偏移，從而影響放大電路的正常工作。為了提高靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定，在放大電路中通常采用分壓式偏置放大電路來提高靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性。一、電路組成圖2.1.12RB1：上偏置電阻RB2：下偏置電阻VCC：電源電壓經(jīng)RB1、RB2串聯(lián)分壓后為三極管提供基極電壓VBQRE：發(fā)射極電阻，起到穩(wěn)定靜態(tài)電流的作用CE：RE的交流信號(hào)旁路電容二、工作原理溫度變化時(shí)，三極管的參數(shù)、、將發(fā)生變化，導(dǎo)致工作點(diǎn)偏移。分壓式偏置電路穩(wěn)定工作點(diǎn)的過程可表示為：三、電路參數(shù)估算1、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算2、交流參數(shù)估算

電壓放大倍數(shù)

輸入電阻ri=RB1//RB2//rbe輸出電阻ro≈Rc想一想為什么說穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，關(guān)鍵在于穩(wěn)定三極管集電極電流ICQ?2.1.5多級(jí)電壓放大器在放大信號(hào)時(shí)，僅用單極放大器的放大能力是有限的，往往不足以推動(dòng)負(fù)載（如揚(yáng)聲器等）工作，除了末極常用功率放大器外，往往還需要兩級(jí)或兩級(jí)以上的放大器組成的多級(jí)放大器，各級(jí)之間的連接方式稱為耦合。一、多級(jí)電壓放大器的耦合方式(a)阻容耦合(b)直接耦合(c)變壓器耦合圖2.1.13二、電路特點(diǎn)：1、直接耦合或電阻耦合使各放大級(jí)的工作點(diǎn)互相影響；2、阻容耦合使前后級(jí)相對(duì)獨(dú)立，靜態(tài)工作點(diǎn)Q互不影響，可抑制溫漂；3、變壓器耦合可實(shí)現(xiàn)阻抗變換。三、多級(jí)放大電路的放大倍數(shù)：AV=AV1﹒AV2﹒AV3…4、過程檢測(cè)1、布置學(xué)生根據(jù)要求填寫任務(wù)單上相關(guān)參數(shù)并自行核查2、小組長(zhǎng)檢查各組員任務(wù)完成情況3、教師抽查學(xué)生對(duì)測(cè)試的掌握情況。學(xué)生自查各小組內(nèi)互查學(xué)生準(zhǔn)備回答以下問題5、結(jié)果評(píng)價(jià)對(duì)學(xué)生完成任務(wù)的整個(gè)過程及表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)用到的知識(shí)進(jìn)行考核。對(duì)教師的教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行反思。學(xué)生自評(píng)各小組內(nèi)互評(píng)小組間互評(píng)附件1：任務(wù)測(cè)評(píng)知識(shí)1、基本放大電路的三種組態(tài)分別是：放大電路、放大電路和放大電路。2、放大電路應(yīng)遵循的基本原則是：結(jié)正偏；結(jié)反偏。3、射極輸出器具有恒小于1、接近于1，和同相，并具有高和低的特點(diǎn)。5、共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置較低，造成截止失真，其輸出波形為削頂。若采用分壓式偏置