了解晶體管的結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)的意義及晶體管的伏安特性。掌握晶體管的檢測(cè)方法。能正確描述晶體管的基本放大電路的組成、工作原理和性能指標(biāo)的意義。

掌握晶體管組成的開關(guān)電路的工作原理。了解集成運(yùn)算放大器基本概念。能正確描述集成運(yùn)算放大器的線性和非線性電路。0熟悉晶體管和集成運(yùn)算放大器在汽車中的應(yīng)用?！?/p>

0學(xué)習(xí)目標(biāo)1.

晶體管簡(jiǎn)介發(fā)射極箭頭方向就是發(fā)射極正向電流的

方

向

。晶體管5.1.1

晶體管6E

6E(a)PNP

型

(b)NPN

型圖

5.1

晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖C集電極N集電區(qū)

集電結(jié)發(fā)射結(jié)

N發(fā)射區(qū)BE◎發(fā)射極P集電區(qū)基區(qū)P發(fā)射區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)B基極

基區(qū)C

集電極B基極E◎發(fā)射極集電區(qū)：面積最大集電結(jié)基極集電極NN發(fā)射結(jié)發(fā)射極基區(qū)：

最

薄

，

摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：定位銷

ebc3DG6正視圖

3

DG6底視圖(a)

金屬外殼封裝

(b)

塑料外殼封裝圖5.3

小功率晶體三極管外形電極C9013boe(a)F型大功率晶體管

(b)G型大功率晶體管圖

5.4

大功率晶體三極管外形電極2.

電流分配與放大原理Ig=Ig+IcI要比I大得多。I

的小變化引起Ic

的大變化?；鶚O電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱

為晶體管的電流放大作用。圖5.5

電流放大測(cè)試電路三極管放大的外部條件發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏NPNVB>VEVc>VBPNPVB<VEVc<VB從電位的角度看：圖5.5

電流放大測(cè)試電路圖5.6

NPN晶體管共發(fā)射極電路特性曲線測(cè)試電路3.

晶體管的特性曲線(1)輸入特性曲線Is=f(Um)u正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓：40200

0.20.40.60.8UBE/V(2)輸入特性曲線UBE≈0.6~0.7VPNP型鍺管UBE≈-0.2～-0.3VNPN型硅管UcE≥IV/B/μA10080UcE=0V60(2)輸出特性曲線放大區(qū)1c只

受B

的控制。當(dāng)發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置時(shí)，晶體管工作于放大狀態(tài)。IB=60μA/=40μA/g=20μAIg=0UBRICEO

UcE/V飽和區(qū)0UcB=0(臨界飽和線)B=80μA放大區(qū)截止區(qū)PCMICEoIc/mA'cn(b)

輸出特性曲線1-*

數(shù)Ic=f(Ucε)B<0

以下區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)，有1c≈0。當(dāng)發(fā)射結(jié)處于反向偏置、集電結(jié)處于反向偏置時(shí)，晶體

管工作于截止?fàn)顟B(tài)。Ig=60μA/=40μAIg=20μAIg=0Ic/mA↑IcM飽和區(qū)0UcE/V輸出特性曲線UcB=0

(臨界飽和線)/B=80μA放大區(qū)截止區(qū)(b)截止區(qū)PCM飽和區(qū)當(dāng)UCE≤UBE時(shí)

，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，

發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正深度飽和時(shí)，硅管Ues≈0.3V,鍺管UcEs≈0.1V.Ig=60μA/=40μAIg=20μAIg=0Ic/mA'c飽和區(qū)0UcE/V輸出特性曲線UcB=0

(臨界飽和線)/B=80μA放大區(qū)截止區(qū)(b)PCM解：管子的類型根據(jù)電壓UgE

的值確定，硅管|UBE|=0.6~0.8V,

鍺管UBE|=0.2～~0.3V。管子的工作狀態(tài)根據(jù)三個(gè)區(qū)的特點(diǎn)判定。在圖

(a)中，UBE|=0.7V,管子為硅管。

Ug>UE,發(fā)射結(jié)正偏；

U?<Uc,集電結(jié)反偏，故管子處于放大狀態(tài)。8V

3.3VoC

oC2.7Vo—

3.7VB2E3E(a)

(b)圖5.8

例5

.1

圖【例5.1】試根據(jù)圖5.8所示管子的對(duì)地電位，判斷管子是硅管還是鍺管?處于何種工作狀態(tài)?-12V

oC0V(c)在圖

(b)

中，UBE|=0.7V,

管子為硅管。

U?>UE,發(fā)射結(jié)正偏；UB>Uc,集電結(jié)正偏，故管子處于飽和狀態(tài)。在圖

(c)

中，UBE|=0.3V,

管子為鍺管。U?>UE,發(fā)射結(jié)反偏；U?>Uc,集電結(jié)反偏，故管子處于截止?fàn)顟B(tài)。(a)

(b)

(c)圖5.8

例5

.1

圖BOE3V8V

oCoE

2V-12V

oC3.3V

oC4.晶體管的主要參數(shù)(1)電流放大系數(shù)β,β直流電流放大系數(shù)

交流電流放大系數(shù)通常中小功率晶體管的β在20～200之間，大功率晶體管的β在10～50之間。eBo

是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)

動(dòng)所形成的電流，受溫度的影

響大。

溫

度

→oBo↑(2)集電結(jié)反向飽和電流

CBoCBo越小越好。HA)Ec-cEo受溫度的影響大。cEo↑,

所以/c也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性

較

差。(3)集電極-發(fā)射極反向電流

ICEOIcEo=(1+β)IcBoA)CEO十(4)集電極最大允許電流

ICM(5)集電極最大允許耗散功耗PCM(6)集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO5.1.2復(fù)合管(a)

同型管組成的PNP

型復(fù)合管

(b)異型管組成的NPN

型復(fù)合管PNPb1b2=ie≈β?i?1lelic2≈B?P?ibI

VT?NPNVT?NPNb?62=iel≈B1biiclicz≈B?β?'bI

VT?NPNVT?5.1.2復(fù)合管(e)

同型管組成的NPN型復(fù)合管(d)

異型管組成的PNP

型復(fù)合管oe5.2.1

放大器的概述>輸出信號(hào)的功率大于輸入信號(hào)的功率。>輸出信號(hào)的波形與輸入信號(hào)的波形相同。放大器粵圖5.10

放大器方框圖5.2晶體管基本應(yīng)用緣出端。a輸人端C1.對(duì)放大器的要求(1)要有足夠的放大倍數(shù)。(2)要具有一定寬度的通頻帶。(3)非線性失真要小。(4)工作要穩(wěn)定。2.對(duì)輸入信號(hào)的要求3.對(duì)輸出信號(hào)的要求共射放大器共基放大器共集放大器射極輸出器以共射放

大器為例

講解工作

原理三極管放

大電路有

三種形式基本放大電路的分類：晶體管V

--放大元件，ic=βiB。直流電源Vcc

一為電路

提供能量。并保證發(fā)射

結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。集電極電阻R。一將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?/p>

。5.2.2晶體管基本放大電路組成圖

5

.12共射極放大電路基極電阻R?

一提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流，使放大電路能夠不

失

真地

放

大

。耦合電容C?、C?隔

離輸入、輸出與放大電

路直流的聯(lián)系，同時(shí)使

信號(hào)順利輸入、輸出。5.2.2晶體管基本放大電路組成圖5

.12

共射極放大電路放大電路的分析方法靜態(tài)分析放大電路分析動(dòng)態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法Ic≠0C?Co十VT

(Ico,UCEQ)RBC?(IBo,UBEQ)當(dāng)u=0

時(shí)

，由于電源的存在，

Ip≠0,

則Ic≠0。這

時(shí)各直流量叫做靜態(tài)工作點(diǎn)。IBQ

UCEQRcIs≠0+UccUBEQ實(shí)現(xiàn)放大的條件1、晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，

集電結(jié)反偏。2、正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放

大

區(qū)。3、輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極

電

流

。輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容耦合只輸出交流信

號(hào)。B=1BQ5.2.3晶體管基本放大電路的分析圖

5.14

基本共射放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)1.

靜態(tài)分析(a)

直流通路估算法或圖5.15

靜態(tài)工作點(diǎn)選擇不合適引起的失真波形【例5.2】如圖5.12所示電路中，已知電源電壓Vcc=12V,集電極電阻R.=2kΩ,基極電阻R。=200kΩ,晶體管的放大倍數(shù)β=50。試求：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。Ic=βI?Q=50×0.06=3mAUCEQ=Vcc-IcQR.=12-3×2=6V圖5.

12

共射極放大電路解：2.動(dòng)態(tài)分析圖5.16

動(dòng)態(tài)分析iB=IBQ+ibic=Ico+icuc=UCEQ+UceRL各點(diǎn)波形RBC?u;RcVT(μA)iB+Uccic

(mA)C十微變等效電路法微變等效電路：把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路。即把非線性的晶體管線性化，等效為一個(gè)線性元件。線性化的條件：晶體管在小信號(hào)(微變量)

情況下工作。因此,

在靜態(tài)工作點(diǎn)附近小范圍內(nèi)的特性曲線可用直線近似代替。晶體管的輸入回路

(

b

、e

之

間)可用be等效代替，即

由rbe來確定ub

和

i

之間的關(guān)系。(1)晶體管的微變等效電路晶體管的輸出回路

(c、e之間)可用一受控電流源ic=βi?等效代替，即由β來

確

定i。和?之間的關(guān)系(1)晶體管的微變等效電路Q!Un△IgUcO(1)晶體管的微變等效電路(2)放大電路的微變等效電路對(duì)交流而言，直流電源、電容C

可看作短路。o(b)

交流通路R

DR.+VTRe

RL

4?)UcmQR.[+i

R?IBoUBROi(2)放大電路的微變等效電路圖5.19

放大電路的微變等效電路(帶負(fù)載)(未帶負(fù)載)(3)性能指標(biāo)分析>電壓放大倍數(shù)(3)性能指標(biāo)分析輸入電阻r;U?

r

門

Us(I一般情況下，希望輸入電阻愈大愈好。圖5.20

放大電路框圖RLIR,U?

rRLUs(r圖5.20

放大電路框圖(3)性能指標(biāo)分析輸出電阻r。一般情況下，希望輸出電阻愈小愈好。Ube微變等效電路法A、

三極管的微變等效電路。當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。對(duì)輸入的小交流信號(hào)而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。Fbe

的量級(jí)從幾百歐到幾千歐。rbe考察輸出回路ic

近似平行輸出端相當(dāng)于一個(gè)受i控

制的電流源。輸出端還要并聯(lián)一個(gè)大電阻rce。rce的

含

義rce

ic=Ic+i=βIB+ib)=βIB+βib所

以

：ic=βib△uCE△ic三極管的微變等效電路VT

rbe

βi,eB

、放大電路的微變等效電路rbe

βiUi

RR

e

Rg

Ru?RqC?VTRL+UccC?u。CC

、

電壓放大倍數(shù)的計(jì)算：UiR′=Rc//Ruo=-Bi,RZui=ibrbeD、輸入電阻的計(jì)算：riu。u。【例5.3】放大電路如圖5.12所示，晶體管為低頻小功率管，其β=50,基極偏流電阻R.=500kΩ,

集電極電阻R=5kΩ,

負(fù)載R?=5kΩ,

電源電壓為20V。試求：放大電路電壓放大倍數(shù)A,、

輸入電阻r

、輸出電阻r。圖5.12

共射極放大電路根據(jù)式(5-10)得r≈r=950Ω根據(jù)式(5-11)得r

?！諶=5kΩ解：根據(jù)式(5-3)得根據(jù)式(5-7)得IEQ=(1+β)IBQ而

故1.射極輸出器簡(jiǎn)介特點(diǎn)：電壓放大倍數(shù)近似等于1;輸入電

阻大；輸出電阻小。5.2.4

射極輸出器圖5

.21

共集電極放大電路2.射極輸出器的應(yīng)用(1)用作輸入級(jí)(2)用作輸出級(jí)(3)用作中間隔離級(jí)O+RC?C?+7jRe

1。

R?圖5.21共集電極放大電路o+VccC

+ol5.2.5

功率放大器1.功率放大器簡(jiǎn)介(1)輸出功率大(2)效率高(3)失真小u。61uib2u?2.互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器

(OCL

電路)o+UccVT?uiRL-UccVT?ui□RL9+UccVT?ic1ic2VT?

R.□-Ucc圖5

.

22

OCL

電路及工作原理u?輸出級(jí)中間級(jí)W

人信號(hào)源5.2.6多級(jí)放大電路1.多級(jí)放大電路簡(jiǎn)介圖5.23多級(jí)放大電路的框圖多級(jí)放大電路負(fù)載2.

耦合方式(1)直接耦合圖5.24

直接耦合兩級(jí)放大電路2.

耦合方式(2)阻容耦合圖5.25

阻容耦合多級(jí)放大電路2.

耦合方式(3)變壓器耦合2.耦合方式(4)光電耦合圖5.27

光電耦合電路1.開關(guān)作用原理(1)截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)：發(fā)射結(jié)加0V

輸入電壓時(shí)的

工作狀態(tài)，相當(dāng)于開

關(guān)斷開。5.2.7

晶體管開關(guān)特性圖5.28

截止?fàn)顟B(tài)的晶體管等效為斷開的開關(guān)(2)飽和狀態(tài)

飽和狀態(tài)：

發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置。飽和的晶體管c、e

極間近似地等效為一只閉合的開關(guān).當(dāng)U=0

時(shí)，三極管處于

截止?fàn)顟B(tài)。隨著U增大，

當(dāng)B>Bs時(shí)，三極管處于飽和狀

態(tài)。2.

晶體管開關(guān)作用的特點(diǎn)圖5.31

NPN

型晶體管開關(guān)電路圖【例5.4】在圖5.32所示電路中，已知β=50,

UBE=0.7V,UcEs=0.3V,R?=10kΩ,

R?=18kΩ,R.=4.7kΩ,

試通過計(jì)算檢驗(yàn)晶體管的飽和導(dǎo)通與截止條件。解：根據(jù)式(5-13),有當(dāng)U?=0V

時(shí)，晶體管基極電位VB<0V,

反偏截止。圖5.32

例5.4圖I?=Ig?-IB2=430μA-317μA=113μA顯然，U?=5V

時(shí)，I?>IB,

晶體管飽和導(dǎo)通。當(dāng)U?=5V

時(shí)，晶體管正偏導(dǎo)通，基極電位V=UgE=0.7V圖5.32

例5

.4圖R?IkQ_充電電流R?

R?

b10kΩ

10kΩC?0.3μF5.2.8晶體管在汽車中的應(yīng)用1.汽油機(jī)用電子轉(zhuǎn)速表電路圖5.33汽油機(jī)用電子轉(zhuǎn)速表原理電路圖點(diǎn)火線圈

分電器點(diǎn)mA)350Ω放電電流C20.7μFVD?E圖5.34JKF667型點(diǎn)火電子組件的基本電路2.電子點(diǎn)火控制電路R?

100kΩC?10μF

傳感器130kQUC250uFR?

202R?[2.2kΩVT?9013100μFVT?90138Q[圖5.35

汽車電氣線路接地探測(cè)器3.汽車電氣線路接地探測(cè)器3V開關(guān)蜂鳴器5.3集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用5.3.1

集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介反相輸入端

輸入級(jí)一

中間級(jí)

同相偏置

電路集成運(yùn)算放大器是一個(gè)高電壓增益、高輸入電

阻和低輸出電阻的直接

耦合多級(jí)放大電路。圖5.36

集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成電路框圖輸出級(jí)輸出端集成運(yùn)放的符號(hào)u+

十(a)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)(

b

)

習(xí)慣通用畫法符號(hào)圖5.37集成運(yùn)放的符號(hào)843+15VDA反相輸入端○輸出端同相輸入端RP10kΩ1kΩ-15V(a)

金屬殼封裝

(b)

雙列直插式塑料封裝(c)F007

運(yùn)放主要引腳F007

625.3.2集成運(yùn)放的電壓傳輸特性1.理想集成運(yùn)放的特點(diǎn)(1)Ao

視為無窮大。(2)r

視為無窮大，則認(rèn)為流入放大器的輸入電流為零。(3)r

。

視為0,具有恒壓輸出特性。2.集成運(yùn)放的傳輸特性(1)傳輸特性A-oB'+UoM②u--u+-D

C圖5.39運(yùn)放傳輸特性曲線B①O-UoMC′(2)工作在線性區(qū)的集成運(yùn)放圖5.40

帶有負(fù)反饋的運(yùn)放電路Re00Rid+A1-lid1+R?R?ji=i=0特

點(diǎn)1?“;1iRD

60AMoR?A

o“i2Re圖5

.41

運(yùn)放開環(huán)狀態(tài)圖

5.42

帶有正反饋的運(yùn)放電路圖u

>u

時(shí)，u。=-Uo<u

時(shí)，u。=+UoM(3)工作在非線性區(qū)的集成運(yùn)放特

點(diǎn)1.

比例運(yùn)算電路(1)反相比例運(yùn)算電路5.3.3

基本運(yùn)算電路圖5.43

反相比例運(yùn)算電路(2)同相比例運(yùn)算電路圖5

.