学习情境二分立放大电路的接线与调试(任务一).ppt
学习情境二,功率放大电路的接线与调试,学习任务,任务1：三极管选型与测试任务2：共发射级放大电路的接线与调试任务3：射随器电路接线与调试任务4：功率放大电路接线与调试,能力目标：,1、掌握三极管的类型、符号及命名方法。2、熟悉三极管放大电路的电流关系、放大作用。3、学会三极管的选型。4、学会使用万用表（指针和数字式）测量三极管。5、了解场效应管的分类、符号和特征。,方法能力：,1.具备自学、分析、语言表达能力。2.具有电子线路分析、实施、评价能力。3.具有知识的综合运用能力。,社会能力：,1.具有团队协作、计划、组织管理能力。2.具有团队意识和处理人际关系能力。,教学做一体化教学,一、咨询引导性知识,三极管知识,分立放大电路,功率放大电路,三极管的识别与特性,包头职业技术学院 电气工程系,任务一,咨询引导性知识目录,1.三极管类型与符号,2.三极管电流放大作用、特性,3.三极管选型与测试,4.场效应管与应用,训练项目 三极管选型与测试,一、三极管的类型与符号,1.1 三极管的类型1.2 极管的符号1.3 常见三极管的外形1.4 三极管的命名,概述,半导体三极管又叫晶体三极管，由于它在工作时半导体中的电子和空穴两种载流子都起作用，因此属于双极型器件，也叫做BJT（Bipolar Junction Transistor，双极结型晶体管）。,1.1三极管的分类,半导体三极管的种类很多，按照半导体材料的不同可分为硅管、锗管；按功率分有小功率管、中功率管和大功率管；按照频率分有高频管和低频管；按照制造工艺分有合金管和平面管等。按照结构的不同分为两种类型：NPN型管和PNP型管。,1.2三极管的符号,图2-1 三极管的结构与电路符号（a）NPN型三极管;（b）PNP型三极管,图2-1 三极管的结构与电路符号（a）NPN型三极管;（b）PNP型三极管,1.3常见三极管的外形,图2-2 常见三极管的外形,1.4 三极管的命名,二、三极管电流放大作用、特性,2.1 三极管的工作原理2.2 三极管的电流分配关系2.3 三极管的电流放大作用2.4 三极管的特性曲线2.5 三极管的工作区,2.1 三极管的工作原理,由于NPN管和PNP管的结构对称，工作原理完全相同，下面以NPN管为例，讨论三极管的基本工作原理。要使三极管能控制载流子的传输以达到电流放大的目的，必须给三极管加上合适的偏置电压，NPN三极管的偏置情况如图2-3所示。,图2-3 三极管内的载流子运动规律,发射极电流IE,在图2-3中，由于发射结正偏，因此，高掺杂浓度的发射区多子（自由电子）越过发射结向基区扩散，形成发射极电流IE，发射极电流的方向与电子流动方向相反，是流出三极管发射极的（与此同时，基区多子空穴也向发射区扩散，但因基区掺杂浓度低，数量和发射区的电子相比很少，可以忽略不计）。,基极电流IB,发射区来的电子注入基区后，由于浓度差的作用继续向集电结方向扩散。但因为基区多子为空穴，所以在扩散过程中，有一部分自由电子要和基区的空穴复合。在制造三极管时，基区被做得很薄，只有微米数量级、掺杂浓度又低，因此被复合掉的只是一小部分，大部分自由电子可以很快到达集电结。而UBB的正极接三极管的基区，所以不断地从基区抽走电子形成新的空穴以补充被复合掉的空穴，维持基区空穴浓度不变，这些被抽走的电子形成了流入基极的基极电流IB。,集电极电流Ic,部分从发射区“发射”来的自由电子很快扩散到了集电结。由于集电结反偏，在这个较强的从N区（集电区）指向P区（基区）的内电场的作用下，自由电子很快就被吸引、漂移过了集电结，到达集电区，形成集电极电流的主要成分Ic。集电极电流的方向是流入集电极的。,2.2 三极管的电流分配关系,将三极管看成是一个节点，还可以得到发射极电流IE与IB、IC的关系，即 IE=IC+IB=（1+）IB 2-1由于较大，通常认为IEIC。一般小功率管基极电流通常是微安级别，而IC和IE的数量级可以达到毫安级。是三极管的电流放大倍数,观看动画,2.3 三极管的电流放大作用,如图2-4（a）所示称为三极管的共发射极放大电路。因为这个电路中包含由三极管的基极与发射极构成的输入回路和由集电极与发射极构成的输出回路，三极管的发射极作为输入和输出回路的公共端，所以称为共发射极放大电路。电源UBB接于输入回路，使三极管的发射结正偏，UCC接于输出回路使集电结反偏。在这种偏置下，可以引起三极管内载流子有规律的传输，产生IB、IC、IE电流，并在集电极电阻上产生输出电压UO。其中，IC为倍的IB，即输出电流IC为输入电流IB的倍，这是对直流电流的放大作用。,图2-4 三极管的电流放大作用（a）没加入交流信号时；（b）加入交流信号后的电流放大作用,在电子电路中，我们更关心的是三极管对微弱的变化信号的放大作用，在电子电路中所说的放大指的是对变化的交流信号的放大，而不是直流。在图2-4（a）电路的输入回路中串入待放大的输入信号UI，如图2-4（b）所示，这样发射结的外加电压将等于UBB+UI。外加电压的变化，相应使发射极电流产生IE的变化。由于三极管的电流分配关系是一定的，因此IE将引起相应的IC和IB。我们定义IC与IB的比值为晶体管的交流电流放大系数，即,（2-2）,IC=IB（2-3）IE=(1+)IB(2-4)输出电流IC是输入电流IB的倍，可见三极管对变化的输入电流IB有放大作用，一般为几十到二百之间。,观看动画,总结,2.4 三极管的特性曲线,三极管的伏安特性曲线是指三极管各极间电压与各电极电流之间的关系曲线，它是管内载流子运动规律的外部体现，可以指导我们在电路设计中合理地选择和使用三极管，还可以在特性曲线上作图对三极管的放大性能进行分析。三极管和二极管一样是非线性元件，所以其伏安特性曲线也是非线性的。常用三极管伏安特性曲线有输入特性曲线和输出特性曲线。这些曲线和电路的接法有关。这里仍以最常用的NPN管构成的共发射极电路为例来分析三极管的特性曲线。,1 输入特性曲线 输入特性曲线是指当集电极与发射极之间电压uCE为一常数时，输入回路中加在三极管基极与发射极之间的发射结电压uBE和基极电流iB之间的关系曲线。用函数关系式表示为,（2-5）,观看动画,2 输出特性曲线 输出特性曲线是在基极电流iB一定的情况下，三极管的集电极输出回路中，集电极与发射极之间的管压降uCE和集电极电流iC之间的关系曲线。用函数式表示为,（2-6）,图2-5 三极管的输入、输出特性曲线（a）输入特性曲线;（b）输出特性曲线,2.5 三极管的工作区域,1）截止区 习惯上把iB0的区域称为截止区，即iB0的输出特性曲线和横坐标轴之间的区域。若要使iB0，三极管的发射结就必须在死区以内或反偏，为了使三极管能够可靠截止，通常给三极管的发射结加反偏电压。2）放大区 在这个区域内，发射结正偏，集电结反偏。iC与iB之间满足电流分配关系iC iBICEO，输出特性曲线近似为水平线。,3）饱和区 如果发射结正偏时，出现管压降uCE0.7 V（对于硅管来说），也就是uCB0的情况，我们称三极管进入饱和区。所以饱和区的发射结和集电结均处于正偏状态。饱和区中的iB对iC的影响较小，放大区的也不再适用于饱和区。,图2-6 三极管的三个工作区域,表2-1 三极管三种工作状态的比较,观看动画,三、三极管的选型与测试,由于三极管内部是由两个PN结构成的，因此，和二极管类似，也可以用万用表对三极管的电极、好坏作大致的判断。需要注意一点：无论是基极和集电极之间的正向电阻，还是基极与发射极之间的正向电阻，都应在几千欧姆到十几千欧姆的范围内，一般硅管的正向阻值为620 k，锗管约为15 k，而反向电阻则应趋近于无穷大。若测出的电阻不论正向反向，均为零，说明此结已经击穿；如测出的电阻均为无穷大，说明此结已断。,对于数字万用表来说，测试更加方便，除可利用欧姆挡测量管内的PN结以外，还有专门测量三极管值的插孔，测量时只需将挡位拨至测量三极管的位置，并将NPN管或PNP管的三个管脚插入对应的e、b、c插孔中，就可以读出值的大小。常见三极管的管脚排列位置见图2-7所示。,图2-7 常见三极管的管脚排列,四、场效应管,4.1 概述 4.2 分类 4.3 结型场效应管 4.4 绝缘栅型场效应管 4.5 场效应管使用注意事项 4.6 场效应管和三极管的特点比较,概述,晶体三极管的自由电子和空穴两种载流子均参与导电，是双极型晶体管。本节要介绍的场效应晶体管（FET，Field Effect Transistor）只有一种载流子多子（要么是自由电子，要么是空穴）参与导电，所以是一种单极型器件。,三极管是利用基极电流来控制集电极电流的，是电流控制器件。在正常工作时，发射结正偏，当有电压信号输入时，一定要产生输入电流，导致三极管的输入电阻较小，一方面降低了管子获得输入信号的能力，而且在某些测量仪表中将导致较大的误差，这是我们所不希望的。而场效应管是一种电压控制器件，它只用信号源电压的电场效应，来控制管子的输出电流，输入电流几乎为零，因此具有高输入电阻的特点；同时场效应管受温度和辐射的影响也比较小，又便于集成化，因此场效应管已广泛地应用于各种电子电路中，也成为当今集成电路发展的重要方向。,4.2 场效应管的分类,图2-8 场效应管的分类,4.3 结型场效应管,结型场效应管是利用半导体内的电场效应进行工作的，也称体内场效应器件。1结型场效应管的结构和类型 结型场效应管（简称JFET）的结构示意图如图2-9（a）所示。它是在一块掺杂浓度较低的N型硅片两侧，制作两个高浓度的P型区（用P+表示），形成两个PN结。两个P+区连接起来引出一个电极称为栅极g。在中间的N型半导体材料两端各引出一个电极分别叫做源极s和漏极d。它们分别相当于晶体三极管的基极b、发射极e和集电极c，不同的是场效应管的源极s和漏极d是对称的，可以互换使用。,两个PN结中间的N型区域流过JFET的电流，所以称为导电沟道。把以上结构封装起来，并引出相应的电极引线，就是N沟道结型场效应管。图2-10（b）为它的电路符号，其中的箭头表示由P区（栅极）指向N区（沟道）的方向。,图2-9 N沟道JFET（a）结构示意图;（b）电路符号,图2-10 P沟道JFET(a)结构示意图；(b)电路符号,结论,（1）正常工作时，JFET的栅源之间的PN结是外加反偏电压的，而反偏PN结的电流很小，因此JFET的输入电阻很大，栅极几乎不从信号源取电流。（2）在UDD不变的情况下（即uDS不变），栅源之间很小的电压变化可以引起漏极电流iD相当大的变化。,（3）在UGG不变时，若在栅源间加一个小的交流输入信号ui，则漏极电流就会随ui做同样变化，并通过Rd把漏极电流的变化转变成电压的变化输出，这就是场效应管对交流输入电压的放大过程。,观看动画（结型场效应管的工作原理）,4.4 绝缘栅型场效应管,绝缘栅场效应管简称IGFET（Insulated Gate Field Effect Transistor）。目前应用最广泛的是金属氧化物半导体（Metal-Oxide-Semiconductor）绝缘栅场效应管，简称MOSFET或MOS管。因为它的栅极处于绝缘的状态，所以叫做绝缘栅场效应管。它是利用半导体表面的电场效应工作的，也称表面场效应器件。MOS管输入电阻更高，可达10 15以上，并且便于集成，是目前发展很快的一种器件。,图2-11 增强型MOSFET的结构与电路符号（a）增强型NMOSFET的结构;（b）增强型NMOSFET的电路符号;（c）增强型PMOSFET的电路符号,图2-12 耗尽型MOS场效应管,4.5 场效应管使用注意事项,场效应管具有输入电阻高，噪声系数小，便于集成等优点，但它的不足之处是使用、保管不当容易造成损坏。使用时应注意以下几点：（1）在使用场效应管时应注意漏源电压、漏源电流、栅源电压、耗散功率等参数不应超过最大允许值。,（2）场效应管在使用中要特别注意对栅极的保护。尤其是绝缘栅场效应管，这种管子的输入电阻很高，如果栅极感应有电荷，就很难泄放掉，感应电荷的积累会使栅极击穿。为了避免这种情况，不要使栅极悬空，即使不用时，也要用金属导线将三个电极短接起来。焊接时电烙铁应接地良好，最好将电烙铁电源断开后再行焊接，以免感应击穿栅极。,（3）结型场效应管的栅压不能接反，如对PN结正偏，将造成栅流过大，使管子损坏。（4）可以用万用表测结型场效应管的PN结正、反电阻，但绝缘栅管不能用万用表直接去测三个电极，（5）场效应管的漏极和源极互换时，其伏安特性没有明显的变化，但有些产品出厂时已经将源极和衬底连在一起，其漏极和源极就不能互换。和三极管相似，场效应管也有放大和开关两方面的基本应用，这里不再赘述。图2-13为一般场效应管的引脚排列顺序。,图2-13 常见场效应管的引脚排列（a）MOSFET;（b）JFET,4.6 场效应管和三极管的特点比较,场效应晶体管FET和晶体三极管BJT都具有较强的放大能力，并由此发展成单极型和双极型两大类集成电路，是电子技术中两种非常重要的元器件，现将这两种分立器件的特点作一比较。(1)晶体三极管BJT是电流控制器件，用基极电流控制集电极电流；场效应管FET是电压控制器件，利用栅源电压控制漏极电流。场效应管的跨导gm比较小，其放大作用远低于晶体三极管。,(2)由于场效应管是利用电场效应来工作的，其输入端几乎不取电流，输入电阻很大，因此，三极管和场效应管各适用于不同的信号源。在仅允许取少量信号源电流的情况下，应选用场效应管构成放大电路；在允许取一定输入电流的情况下，可以选用三极管构成放大电路。（3）三极管的多子和少子均参与导电，是双极型器件；场效应管是利用多子导电的单极型器件。因为少子浓度容易受温度、光照、辐射等外界因素的影响，而多子浓度几乎仅与掺杂浓度有关，所以场效应管的温度稳定性好，在温度变化较大的场合，宜选用场效应管。,（4）场效应管的制造工艺简单，便于集成，特别适用于制造集成电路。（5）对于JFET和衬底不与源极相连的MOS管来说，漏极和源极是对称的，可以互换使用。对于耗尽型MOS管来说，栅极偏置电压可正、可负、可零，在电路设计时更加方便。（6）在小电流、低电压时，场效应管可以作为受栅源电压控制的可变电阻来使用。,
