1、第8章 晶體管的應(yīng)用,孫樂(lè)春,汽車工程學(xué)院,晶體管的結(jié)構(gòu),8.1,目錄,8.1 晶體管的結(jié)構(gòu),一、晶體管的結(jié)構(gòu),晶體管的基本結(jié)構(gòu),半導(dǎo)體三極管簡(jiǎn)稱晶體管，具有放大和開(kāi)關(guān)作用,集電區(qū),基 區(qū),發(fā)射區(qū),B 基極,E 發(fā)射極,C集電極,PN結(jié),PN結(jié),N,發(fā)射結(jié),集電結(jié),P,N,各區(qū)特點(diǎn)：,基 區(qū)：厚度很?。◣讉€(gè)微米），且雜質(zhì)濃度很低,集電區(qū)：收載流子，面積較大,發(fā)射區(qū)：半導(dǎo)體雜質(zhì)摻雜濃度大,晶體管分類,N,P,N,P,N,P,根據(jù)三層半導(dǎo)體組合方式,根據(jù)基片材料分：鍺管、硅管,二、 電流放大原理,電流放大原理驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)論：,1）IE=IC+IB ，三個(gè)電流符合基爾霍夫電流定律 2）基極微小電流變

2、化時(shí)，集電極電流將發(fā)生較大變化。,IE,IC,IB,EB,RB,RC,EC,晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng),發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散載流子，形成 發(fā)射極電流IE,P,N,N,基區(qū)中電子的擴(kuò)散與復(fù)合,形成 復(fù)合電流IB,集電區(qū)收集載流子，形成 集電極電流IC,晶體管內(nèi)部電流分配關(guān)系,共基極直流電流放大系數(shù), IC/IE,又有： IE=IC+IB,所以：,然后令：,即：,其中稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，數(shù)值一般在20 200,三、 三極管伏安特性曲線,晶體管極間電壓和電極電流的關(guān)系用伏安特性曲線來(lái)表示，由于晶體管有輸入、輸出兩個(gè)回路，故其有兩組特性曲線，即：輸入特性曲線和輸出特性曲線。,輸入特性曲線,輸入特性關(guān)系

3、表達(dá)式為： IB=f（UBE）,1.UCE=0時(shí),2.UCE=1時(shí),結(jié)論 1）輸入特性是非線性的，與二極管正向伏安特性相似 2）輸入特性也有一段死區(qū)，鍺管約為0.1V ，硅管為0.5V,輸出特性曲線,輸出特性關(guān)系表達(dá)式為：,IC=f（UCE）,1）放大區(qū),2）飽和區(qū),3）截止區(qū),UceUbe,IB=0,結(jié)論：晶體管工作放大區(qū)，具有電流放大作用 晶體管工作在截止區(qū)和飽和區(qū), 具有開(kāi)關(guān)作用。,四、 三極管主要參數(shù),三極管參數(shù)可用來(lái)表征管子性能的優(yōu)劣和使用范圍，是合理選擇和正確使用三極管的依據(jù),少一個(gè)重要參數(shù),三極管 特性參數(shù),1）電流放大系數(shù),電流放大系數(shù)表示三極管的電流放大能力。由于制造工藝的離

4、散性，同一型號(hào)的三極管的值也有很大差別。一般在20200之間 。,直流電流放大系數(shù),=IC/IB,在靜態(tài)情況下：,交流電流放大系數(shù),在動(dòng)態(tài)情況下：,=ic/ ib IC/IB,直流電流放大系數(shù)和交流放大系數(shù)意義不同，但通常在輸出特性曲線近于平行等距并且 ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值近，所以，在近似估算時(shí)，可以不作嚴(yán)格區(qū)分。,三極管 極限參數(shù),1）集電極最大允許電流ICM,2）集射極反向擊穿電壓UCE(BR),3）集電極最大損耗功率PCM,ICM達(dá)到一定數(shù)值,基極開(kāi)路，允許加在集射極之間的最大電壓,總結(jié)：要使三極管安全可靠的工作，需滿足以下條件：,ICICM UCErbe,ri,輸出電阻 輸出

5、電阻從放大電路的輸出端看進(jìn)去的等效電阻，用ro表示,例 在下圖電路中， ，UBE. 求：(1)靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)IBQ、ICQ、UCEQ、Uo值； (2)計(jì)算 動(dòng)態(tài)指標(biāo)u、ri、ro的值。,畫(huà)出上圖直流通路有：,畫(huà)出微變等效電路有,四、 工作點(diǎn)與波形關(guān)系,飽和失真,圖8-30,截止失真,不穩(wěn)定原因： 1、溫度變化對(duì)ICEO的影響 2、溫度變化對(duì)UBE的影響 3、溫度變化對(duì)的影響,五、靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,分壓式偏置共射極放大電路(穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)）,（1）電路的基本特點(diǎn) I1=I2+IB I2IB VB與晶體管的參數(shù)無(wú)關(guān)，當(dāng)UCC、RB1、RB2均固定不變時(shí)，VB能保持穩(wěn)定不變。,圖8-32,（2）利用

6、發(fā)射極電阻RE產(chǎn)生反映IC變化的電位VE ，VE作用于輸 入偏置電路，能自動(dòng)調(diào)節(jié)IB，使IC保持不變 UBE=VB-VE=VB-IERE VBUBE VB不變 RE也不變，則 IC和IE也能穩(wěn)定不變。以上可知，只要滿足上述兩個(gè)條件，則VB、IC和IE均與晶體管的參數(shù)無(wú)關(guān)，不受溫度變化的影響，保持靜態(tài)工作點(diǎn)不變。 調(diào)節(jié)過(guò)程,調(diào)節(jié)過(guò)程,靜態(tài)工作點(diǎn)：,UCE=UCC-ICRC-IEREUCC-IC(RC+RE ),8.3共集電極放大電路,一、電路組成,這種電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是發(fā)射極電路中接有電阻RE，而集電極則直接接到電源UCC上，輸出電壓從發(fā)射極（對(duì)地）取出，故稱為射極輸出器。,直流通路,UCC,交流

7、通路,其輸入信號(hào)vi從基極與地（集電極）之間接入；而輸出信號(hào)vo從發(fā)射極與地(集電極）之間取出，集電極是輸入與輸出的公共端，故這種電路稱為共集電極放大電路。,二、工作原理,1.靜態(tài)分析,UCC=IBRB +UBE +IERE,=IBRB +UBE+（1+）IBRE,UCE=UCC-IERE,UCC-ICRE,2.動(dòng)態(tài)分析,ui=ube+u0,因ube很小,射極輸出器不具有電壓放大作用，但它的發(fā)射極電流Ie=（1+）Ib，故有電流放大和功率放大作用。,射極輸出器具有電壓跟隨作用，所以又叫做射極跟隨器。,1）電壓放大倍數(shù),2）輸入電阻,當(dāng),，,時(shí)，,其中,ri=RB（l+）RE,通常RB阻值很大（

8、幾十千歐至幾百千歐），同時(shí)（1+）RE也比共發(fā)射極電路的輸入電阻（ ）大得多?？梢?jiàn)，射極輸出器的輸入電阻很高，可達(dá)幾十千歐以至幾百千歐。,3）輸出電阻,射極輸出器中有u0,因此，它的等效內(nèi)阻（即輸出電阻）很低，在幾十歐至幾百歐之間，比共射放大電路的低得多?？梢宰C明，一般情況下，射極輸出器的輸出電阻可按下式估算：,ui，,當(dāng)ui的大小一定時(shí)，不論負(fù)載怎么,變化，u0基本保持不變，這表,明射極輸出器具有恒壓輸出的,特性，即近似于一個(gè)恒壓源。,綜上所述，射極輸出器雖然電壓放大倍數(shù)小于1 而接近 1 ，但其輸入電阻高，可減小放大器從信號(hào)源（或前級(jí)）取用的信號(hào)電流；同時(shí)，輸出電阻低，可減小負(fù)載變動(dòng)對(duì)放大

9、倍數(shù)的影響。它因具有這些優(yōu)點(diǎn)，故獲得廣泛的應(yīng)用。,8.4 多級(jí)放大電路,一、概述,放大器往往是多級(jí)放大器。其中前面幾級(jí)稱為前置級(jí)，主要用作電壓放大，以將微弱的輸入電壓放大到足夠的幅度，然后推動(dòng)功率放大級(jí)（末級(jí)及末前級(jí)）工作，以輸出負(fù)載所需要的功率。在多級(jí)放大器中，每?jī)蓚€(gè)單級(jí)放大器之間的連接方式叫耦合。通常采用的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合和直接耦合三種方式。,基本要求：,（1）各個(gè)級(jí)連接以后，要保證各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響。 （2）在信號(hào)逐級(jí)傳遞過(guò)程中，要盡量減小失真。 （3）盡量減少信號(hào)電壓在耦合電路上的損失。,在多級(jí)放大器的前置放大級(jí)中，一般采用阻容耦合方式；在功率輸出級(jí)中，一般

10、采用變壓器耦合方式；而在直流（或極低頻）放大器中，常采用直接耦合方式。本節(jié)討論的是阻容耦合放大器。,二、阻容耦合放大器,1.電路的組成及工作,2多級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)的計(jì)算,放大倍數(shù)通常是指中頻段范圍內(nèi)電路的增益。在小信號(hào)情況下，放大電路處于線性工作狀態(tài)，各項(xiàng)參數(shù)均為常數(shù)，則多級(jí)放大電路也可以用微變等效電路表示,在多級(jí)放大電路中，前一級(jí)的輸出，就是后一級(jí)的輸入。因此，多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)就等于各單級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)的乘積,即：,Au =Au1.Au2Aun,多級(jí)放大電路的輸入電阻即為其第一級(jí)（輸入級(jí)）的輸入電阻，ri=ril；多級(jí)放大電路的輸出電阻，即為其最后一級(jí)（輸出級(jí)）的輸出電

11、阻，r0=r0n。,例子P141,8.5 汽車中的應(yīng)用,一、汽車電子電路中的晶體管放大電路,晶體管的最主要的性能是放大。在汽車電子電路中，主要用來(lái)對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大,汽車電氣線路搭鐵(短路)檢測(cè)器,二、晶體管開(kāi)關(guān)電路在汽車電子電路中的應(yīng)用,利用晶體管飽和導(dǎo)通和截止之間狀態(tài)轉(zhuǎn)換，將晶體管作為一個(gè)電子開(kāi)關(guān)使用，這樣的電路一般稱為晶體管開(kāi)關(guān)電路。晶體管開(kāi)關(guān)電路在汽車電路中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，主要用于電子調(diào)壓器、電子點(diǎn)火器以及各種信號(hào)報(bào)警電路中，作為電子開(kāi)關(guān)使用。,1.汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)壓器,2.電子點(diǎn)火器,它由點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器、電子點(diǎn)火器、分電器、點(diǎn)火線圈、火花塞等組成。,點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器,該點(diǎn)火信號(hào)發(fā)生器(

12、或叫傳感器)是一個(gè)磁脈沖式信號(hào)發(fā)生器，用來(lái)產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)，控制電子點(diǎn)火器的工作。,3.無(wú)觸點(diǎn)電喇叭,無(wú)觸點(diǎn)電喇叭是利用晶體管控制電路來(lái)激勵(lì)膜片振動(dòng)產(chǎn)生聲響。無(wú)觸點(diǎn)電喇叭主要由多諧振蕩電路和功率放大電路組成,8.6 特殊晶體管,一、光電晶體管,光電晶體管在原理上類似于晶體管，只是它的集電結(jié)為光電二極管結(jié)構(gòu)。,把發(fā)光二極管和光電晶體管組合在一起，可實(shí)現(xiàn)以光信號(hào)為媒介的電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，采用這種組合方式的器件稱為光電耦合器,二、晶閘管,晶閘管的種類很多，有普通單向和雙向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、光控晶閘管等。,晶閘管又稱可控硅，是一種大功率半導(dǎo)體可控元件。,它主要用于整流、逆變、調(diào)壓、開(kāi)關(guān)四個(gè)方面，應(yīng)用最多的

13、是晶閘管整流。它具有輸出電壓可調(diào)等特點(diǎn)。,1.晶閘管的基本結(jié)構(gòu),2.工作原理,晶閘管的工作性能: （1）導(dǎo)通條件：在晶閘管的陽(yáng)極與陰極間加正向電壓，同時(shí)在控制極與陰極間加正向電壓，晶閘管就能導(dǎo)通。兩者缺一不可。 （2）關(guān)斷條件：晶閘管導(dǎo)通后，控制極失去控制作用，即使去掉控制極電壓，晶閘管仍然導(dǎo)通。若要使晶閘管關(guān)斷，只有在陽(yáng)極與陰極間加反向電壓，或去掉正向電壓，使流過(guò)晶閘管的陽(yáng)極主電流小于某一數(shù)值，才能關(guān)斷。 （3）晶閘管導(dǎo)通后，控制極失去控制作用，因此，控制極只需要一個(gè)觸發(fā)脈沖就可觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通。 （4）晶閘管具有單向?qū)щ娦?，且?dǎo)通時(shí)刻是可以通過(guò)控制極控制的，所以，晶閘管可以用來(lái)構(gòu)成控制整流電路。 （5）晶閘管還可以用作無(wú)觸點(diǎn)功率靜態(tài)開(kāi)關(guān)，取代繼電器。