第五章技校汽修班电工电子教案
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教案编号： NO.1本科院校电气工程系教课
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教研一室上课时间2批准者及时间教班级02-3汽修班1班时间
议题名称
5-1晶体管(1) )。教学习眼睛的
与
想要寻求
知识目标：、理解晶体管的概念、分类、符号。、掌握晶体管结构和类型的判断。、晶体管的主要参数。、掌握晶体管的电流放大作用。
能力目标：培养学生分析和解决问题的能力。培养学生的实际操作能力。
激发学生的创新精神和创造性思维，达到知识探索、能力培养、素质提高的目的德育目标：激发学生学习这门课程的兴趣和热情，学以致用。培养学生实事求是的科学态度和严谨行为和积极探索的精神教育重点晶体管的结构和类型决定了晶体管电流的放大条件。教难点
晶体管的电流放大作用和内部载流子的运动。备课挂图
教学方法教法
组织教育：检测工作，强调课堂纪律。 准备多媒体教学仪器和资料。知识评论1、PN结
提问(什么是PN结？
a )在同一硅片或锗芯片上制作p型半导体和n型半导体，形成的交接面。(提问)PN结具有什么特性？a :单向导电性2、二极管
)二极管和PN结有什么关系？
a )PN结用外壳材料封装，带有电极引线形成了二极管。 p区连接阳极，n区连接阴极。)二极管的导电性是否与PN结相同了？回答：是的新课程的导入
图为扬声器的图像：
如该图所示，麦克风将声音信号转换为电信号，利用放大电路进行放大，然后作为大功率电信号来启动扬声器，并将该电信号还原为声音信号。放大电路也称为放大器，是能够将微弱的电信号转换为强电信号的电子电路。 放大器的核心元件，也就是放大元件是半导体晶体管。这门课学习晶体管的基础知识。上新课
一.晶体管概念、分类、结构、符号和类型判断1、晶体管概念
在一个硅片或锗芯片上用不同的掺杂方法制作三个掺杂区，形成两个PN结，构成晶体管。 晶体管中有两种具有不同极性电荷的载流子参与导电，因此也称为双极晶体管(BJT )。 其主要功能是电流放大和开关作用，还可以与其他元器件配合构成振荡器2、晶体管分类晶体管的种类很多。
按功率划分，按半导体使用材料划分，有硅管和锗管根据晶体管的导电极性，有NPN型管和PNP型管按功率划分，有小功率管、中功率管、大功率管；按频率划分，低频管和高频管；按用途分，有放大管和开关管；
根据晶体管的密封材料有：金属密封和玻璃密封等3、晶体管结构
在非常薄的硅或锗材料的半导体衬底上，经过特殊的工艺加工，制作将整个半导体衬底分为集电极区域、基极区域、发射极区域三个区域的两个PN结。其中基极区相对薄，集电极区面积大，发射极区载流子掺杂浓度高。与3个区域对应地分别引出3个电极； 即基极、集电极、发射极。 分别用英文字母b、c、e表示。晶体管由两个PN结组成。 基极和发射极之间的PN结称为发射极结，基极和集电极之间的PN结称为集电极结。3、晶体管类型符号根据半导体材料的不同，两个PN结的组合方式，晶体管可以分为PNP和NPN两种。那个符号如下。
4、晶体管分类晶体管的种类很多。
按功率划分，按半导体使用材料划分，有硅管和锗管根据晶体管的导电极性，有NPN型管和PNP型管按功率划分，有小功率管、中功率管、大功率管；按频率划分，低频管和高频管；按用途分，有放大管和开关管；
根据晶体管的密封材料有：金属密封和玻璃密封等二.晶体管的主要参数1 .电流放大率
电流放大率的大小反映了晶体管放大能力的能力。 是集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比。 集电极电流变化量IC和基极电流变化量IB之比被称为晶体管交流放大率，用表示，即=IC /IB2 .极间反向电流
(1) ICBO发射极开路时，集电极-基极之间的反向电流称为集电极反向饱和电流。
)2) ICEO基极开路时，集电极-发射极之间的反向电流称为集电极贯通电流。 贯通电流是指晶体管基极开路时，集电极与发射极之间的反向断路电流。 符号是Iceo，称为晶体管的贯通电流。 晶体管的贯通电流的大小随着温度的上升而上升。 通过测试Iceo的大小，可以判断晶体管质量的好坏。 Iceo大管电流损耗大，温度容易上升，工作不稳定。 Iceo越小越好。 常温下，小功率硅胶管在几微安以下。 由于少数载流子受外界温度的影响，温度升高时贯通电流迅速增大，晶体管稳定性越差，噪声系数及功耗也越大。 制作高稳定电路时，需要选择贯通电流小的晶体管。 贯通电流是不可控制的电流，随着电力损失的增加，温度的变化而变化，该变化的电流输送到负载时，会产生随温度变化的噪声。贯通电流也称为集电极-发射极间逆饱和电流I ceo，是基极断开，在集电极-发射极间施加了一定的逆电压时的集电极电流。由于这个电流穿过基区流至发射区，所以又叫穿透电流。
3、集电极最大允许电流 4、击穿电压 反向击穿电压。
U(BR)CEO指基极开路时，集电极-发射极间的 反向击穿电压。U(BR)CEO 本节课作为电子元器件晶体三极管理论基础课。分别从晶体三极管的结构，符号和分类等三个方面进行了学习。通过动画演示让学生们更直观的了解了三极管的组成结构特点；然后通过让学生们传着看电子元器件三极管的实物，使学生们对本课的学习更有收获。知识拓展 三极管的命名方法： 我国生产的晶体管有一套命名规则，其型号命名由五部分组成。 其中： 第一部分用数字来表示半导体器件的电极的数目； 第二部分用字母来表示器件的材料和结构及极性； A： PNP型锗材料 B： NPN型锗材料 C： PNP型硅材料 D： NPN型硅材料 第三部分用字母来表示功能或类别： U：光电管 K：开关管 X：低频小功率管 G：高频小功率管 D：低频大功率管 A：高频大功率管。 另外，3DJ型为场效应管，BT打头的表示半导体特殊元件。 第四部分用数字来表示器件的序号；第五部分用字母来表示代号。 5. 作业布置 1.画出三极管的符号 2.说出三极管的内部结构特点 习题册5.16.课后反思 各区参杂浓度、多数载流子的不同要讲清。发射区是发射电子的，集电极要收集电子，指NPN管子。那几个参数要讲清。 教学设计首页系部电气工程系授课教师付胜利教研室教研一室授课学时2 审批人及时间授课班级 12-3汽修1班授课时间 课题名称 5-1晶体三极管（2）教学目的与要求 知识目标：1、掌握三极管的电流放大作用； 2、掌握三极管的特性曲线，并能判断三极管的工作状态。能力目标：培养学生实践操作能力和逻辑分析能力；德育目标：培养学生参与、合作意识，激发学生兴趣。教 学 重 点 三极管的特性分析教 学 难 点三极管的特性分析教 学 准 备挂图视频教学方法 启发式讲解 提问、分组讨论 学生总结 课堂训练 教案序号：NO.2 组织教学：查出勤，强调课堂纪律。准备多媒体教学设备和资料。知识回顾：三极管的结构、符号和分类三级管主要参数导入新课：如何使三极管处于放大状态呢？三极管放大的条件三极管实现放大作用的外部条件是发射结正向偏置, 集电结反向偏置。: 2.电流分配与放大 (1) 三极管各极之间的电流分配关系 IE=IC+IB 且 IE≈IC(2)三极管直流电流放大系数 基极电流IB增大时, 集电极电流IC也随之增大。将IC与IB的比值叫做三极管的直流电流放大系数，用β示， IC=βIB它体现了三极管的电流放大能力。(3)三极管交流放大系数当IB有微小变化时，IC即有较大的变化。例如， 当IB由10μA变到20μA时，集电极电流IC则由1.04m变为2.03mA。这时基极电流IB的变化量为: ΔIB=0.02-0.01=0.01mA 而集电极电流的变化量为:ΔIC=2.03-1.04=0.99 mA 这种用基极电流的微小变化来使集电极电流作较大变化的控制作用，就叫做三极管的电流放大作用。我们把集电极电流变化量ΔIC和基极电流变化量ΔIB的比值，叫做三极管交流放大系数, 用β表示, 即 β=ΔIC /ΔIB三极管的输入特性与输出特性1. 输入特性曲线 三极管的输入特性曲线表示iB与uBE的关系,如图1) 当uCE＝０时 从输入端看进去, 相当于两个ＰＮ结并联且正向偏置, 此时的特性曲线类似于二极管的正向伏安特性曲线。 2) 当uCE≥1Ｖ时 从图中可见, uCE≥１Ｖ的曲线比uCE＝０V时的曲线稍向右移。2. 输出特性曲线 输出特性曲线如图示, 该曲线是指当iB一定时, 输出回路中的iC与uCE之间的关系曲线。固定一个iB值，可得到一条输出特性曲线，改变iB值，可得到一族输出特性曲线。在输出特性曲线上可划分三个区：放大区、截止区、饱和区。 (1)、截止区：三极管工作在截止状态，当发射结电压Ube小于0.6-0.7V的导通电压，发射结没有导通集电结处于反向偏置，没有放大作用。 (2)、放大区：三极管的发射极加正向电压，集电极加反向电压导通后，Ib控制Ic，Ic与Ib近似于线性关系，在基极加上一个小信号电流，引起集电极大的信号电流输出。 (3)、饱和区：当三极管的集电结电流IC增大到一定程度时，再增大Ib，Ic也不会增大，超出了放大区，进入了饱和区。饱和时，Ic最大，集电极和发射之间的内阻最小，电压Uce只有0.1V~0.3V，Uce （1）用数字万用表的二极管档位测量三极管的类型和基极b 判断时可将三极管看成是一个背靠背的PN结。按照判断二极管的方法，可以判断出其中一极为公共正极或公共负极，此极即为基极b。对NPN型管，基极是公共正极； ------检查三极管的两个PN结。我们以PNP管为例来说明，一只PNP型的三极管的结构相当于两只二极管，负极靠负极接在一起。我们首先用万用表R×100或R×1K挡测一下e与b之间和e与c之间的正反向电阻。当红表笔接b 时，用黑表笔分别接e和c应出现两次阻值小的情况。然后把接b 的红表笔换成黑表笔，再用红表笔分别接e和c，将出现两次阻值大的情况。被测三极管符合上述情况，说明这只三极管是好的。 ------检查三极管的穿透电流：我们把三极管c、e之间的反向电阻叫测穿透电流。用万用表红表笔接PNP三极管的集电极 c , 黑表笔接发射极 e，看表的指示数值，这个阻值一般应大于几千欧，越大越好越小说明这只三极管稳定性越差。 ------测量三极管的放大性能：分别用表笔接三极管的c和e看一下万用表的指示数值，然后再c与b间连接一只50--100K的电阻看指针向右摆动的多少，摆动越大说明这只管子的放大倍数越高。外接电阻也可以用人体电阻代替，即用手捏住b和c. 课堂小结：从三极管特性曲线同学们可以看出些什么？作业布置：习题册5-1课后反思： 三个区的外部条件要讲清。 教学设计首页教案序号：NO。3系部 电气工程系授课教师付胜利教研室教研一室授课学时2 审批人及时间授课班级 12-3汽修1班授课时间 课题名称 5-2场效应管教学目的与要求 知识目标：1、了解场效应管的特点作及分类； 2、掌握结型场效应管的结构和工作原理；能力目标：培养学生实践操作能力和逻辑分析能力；德育目标：培养学生参与、合作意识，激发学生兴趣。教 学 重 点结型场效应管的结构和工作原理教 学 难 点 结型场效应管的结构和工作原理教 学 准 备挂图视频教学方法 启发式讲解 提问、分组讨论 学生总结 课堂训练 组织教学：查出勤，强调课堂纪律。准备多媒体教学设备和资料。知识回顾; 掌握三极管的电流放大作用； 三极管的特性曲线，导入新课： 通过对前面已经学习过的三极管知识复习，引导学生从主要参数中认识到三极管不稳定的主要原因是存在反向电流ICBO和ICEO，而且这个电流又与温度有关，因此形成电流-温度相互促进增大的恶性循环，导致电路不能正常工作的恶果。这点在后面要学习的零点漂移现象就是一例。 在老式的质量较差的电视机和收音机，有时工作时间长了就会出现跑台、没有声音、图象不稳等，有人为了看电视不得不将电视机旁加一个电扇。 这一切都是三极管反向电流的祸。为了克服这个缺点我们就要学习另一种放大管--场效应管。（导入过程`5分钟）讲解新课 一、什么是场效应管？（10分钟） 1、场效应管的特点：三极管是以输入电流来控制输出电流，而场效应管则是以输入电压来控制输出电流。属于电压控制型器件。由于它的输入电阻高，无反向电流，因此具有噪声低、热稳定性好等优点。（它的优点可以由学生来说，老师只作讲解） 2、场效应管的分类： 3、场效应管的符号： 注意：N沟道与P沟道场效应管符号的区别，符号中箭头的指向与前面所学过的二极管、三极管一样是由P区指向N区。在N沟道场效应管中，S是N型半导体，于是G是P型半导体，在符号中箭头就由G指向S。反之，在P沟道场效应管中，S是P型半导体，G是N型半导体，在符号中箭头指向就是由S指向G。 二．结场效应管的结构和工作原理（15分钟） 先以N沟道结场效应管为例说明其结构和工作原理。 1、结构：注意讲清楚两个PN结、三个电极。 在N型半导体两侧各扩散两个P型区，形成两个PN结。 在N型半导体两端引出漏极D、源极S；两个P区联在一起作为栅极G；三个电极，漏极D、源极S、栅极G； 2、工作原理： （1）正常情况下，G极空置，将D、S极加上正电压UDS，电路中就会有电流ID，因为N型半导体就是导体，是可以导电。我们称这条导电区域为导电沟道。 问：这个电流的大小与什么因素有关？（只与电压UDS大小有关，如果UDS不变则电流ID也不会改变） （2）问：如何控制电流ID呢？ 我们在栅、源之间接负电压VGS。于是两个PN结都处于反向偏置状态。 （3）问：如果改变负电压VGS会产生什么结果？ （会改变PN结上的负电压，也就会改变PN结的宽度）负电压VGS越高，则PN结越宽。 问：PN结变宽会导致什么结果？ PN结越宽，则沟道越窄，沟道电阻变大，电流ID就越小。 反之，则PN结越窄，沟道越宽，沟道电阻变小，电流ID就越大。 （可以用公路来比喻，路两边的停的车越多则能通的路就越窄。） 于是，通过改变电压VGS，就可以控制输出电流ID。 板书：改变负电压VGS→PN结的宽度→沟道宽度→沟道电阻→电流ID 3、P沟道结场效应管其结构和工作原理。 问：如果是P沟道结场效应管其结构和工作原理有什么不同？ （由学生回答）结构上，半导体类型都相反；工作原理上，VGS为正电压（为什么？） 在控制过程上，基本相同。即正电压VGS越高，则PN结越宽，则沟道越窄，沟道电阻变大，电流ID就越小。 课堂练习：（10分钟）下列说法是否正确？说明理由。1、场效应管属于电流控制元件。 2、场效应管有三个电极分别叫漏极D、源极S、栅极G；也有两个PN结分别叫漏结和源结。3、场效应管按结构可以分为增强型和耗尽型两大类。 4、场效应管正常工作时应该在栅、源之间接正电压VGS。5、负电压VGS越高则沟道电阻就越小，电流ID就越大6、电压VGS越高则沟道电阻就越大，电流ID就越小课堂小结：场效应管的特点： 1、场效应管是用输入电压控制输出电流的，属于电压控制器件。三极管属于电流控制器件。 2、场效应管工作时输入端G、S端的PN结处于反偏，因此输入电阻极高，这对于放大微弱信号非常有利。而三极管工作时输入端B、E端的PN结处于正偏，因此输入电阻很低。 3、场效应管工作时只有扩散电流，没有漂移电流，因此它又叫单极型晶体管。而三极管不仅有扩散电流（发射结电流），还有漂移电流（集电结电流），因此它叫双极型晶体管。作业布置：习题册5-2课后反思; 组织教学：查出勤，强调课堂纪律。准备多媒体教学设备和资料。知识回顾;场效应管结构和工作原理 讲解新课放大器概述 放大器：把微弱的电信号放大为较强电信号的电路。基本特征是功率放大。 扩音机是一种常见的放大器，如图3.1.1所示。 声音先经过话筒转换成随声音强弱变化的电信号；再送入电压放大器和功率放大器进行放大；最后通过扬声器把放大的电信号还原成比原来响亮得多的声音。 图3.1.1 扩音机框图 图3.1.2 放大器的框图 单级低频小信号放大器：工作频率在20 Hz到20 kHz内、电压和电流都较小的单管放大电路。 电路的说明 一、电路的组成和电路图的画法 1．电路组成 单管共发射极放大电路如图3.2.1(a)所示。 2．元件作用 GB--基极电源。通过偏置电阻Rb，保证发射结正偏。 GC--集电极电源。通过集电极电阻RC，保证集电结反偏。 Rb--偏置电阻。保证由基极电源GB向基极提供一个合适的基极电流。 RC--集电极电阻。将三极管集电极电流的变化转换为集电极电压的变化。 C1、C2--耦合电容。防止信号源以及负载对放大器直流状态的影响；同时保证交流信号顺利地传输。即"隔直通交"。 实际电路通常采用单电源供电，如图3.2.1(b)所示。 3．电路图的画法 如图3.2.3所示。"⊥"表示接地点，实际使用时，通常与设备的机壳相连。RL为负载，如扬声器等。二、放大电路的三种连接方式 共发射极、共基极、共集电极。三极管在构成放大器时，有三种基本连接方式： 1．共发射极电路（CE）：把三极管的发射极作为公共端子。 2．共基极电路（CB）：把三极管的基极作为公共端子。 3．共集电极电路（CC）：把三极管的集电极作为公共端子。 图3.2.2 单电源供电放大器的习惯画法 图3.2.3 C1、C2非电解电容器的画法三、放大器外部指标特性1.输入电阻与输出电阻 输入电阻等于输入电压与输入电流的比值，Ri=vi/ii,同理Ro=vo/io,输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小，输出电阻的大小决定了它放大电路输出量随负载变化的程度。输出量与负载大小的关联程度弱指带负载能力强。输出电压的Ro越小，负载RL变化对vo影响越小。1) 电压放大电路：输入信号为电压，输出信号也为电压。Ri越大，输入端vi越大，信号衰减越小；Ro越小，带负载能力越强。所以理想的电压放大电路Ri→∞，Ro→0.2) 电流放大电路：输入信号为电流，输出信号也为电流。Ri越小，输入端ii越大，信号衰减越小；Ro越大，带负载能力越强。所以理想的电压放大电路Ri→0，Ro→∞.3) 互阻放大电路：输入信号为电流，输出信号为电压。为使输入信号衰减最小，且带负载能力强，Ri→0，Ro→0. 4) 互导放大电路：输入信号为电压，输出信号为电流。为使输入信号衰减最小，且带负载能力强，Ri→∞，Ro→∞.2.增益 四种放大电路分别有不同增益，电压增益Av=vo/vi,电流增益Ai=io/ii,互阻增益Ar=vo/ii，互导增益Ag=io/vi。Ar，Ag有量纲，Av，Ai无量纲。平时用以10为底的对数增益表达，基本单位为（B，dB）电压增益=20lg|Av|dB，电流增益=20lg|Ai|dB绝对值大于1为放大，小于1为衰减。功率增益=10lgApdB 放大器的增益是恒定的，频率可变，增益是频率的函数。3.频率响应 放大电路的频率响应所指的是，在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应。Av（jω）=Av（ω）∠φ（ω） 幅值 相角平时输入阻抗说成输入电阻的原因为频率较低。 为使信号源损失减小，耦合电容的选取要带宽，低频，容抗大。4.效率=Po/Pi 5.电压放大器适合Rs较小，RL较大场合；电流放大器适合Rs较大，RL较小场合；互阻放大器适合Rs较大，RL较大场合；互导放大器适合Rs较小，RL较小场合。四、放大器静态工作点的设置 放大器的静态工作点是否合适，对放大器的工作状态影响非常大。 如果阻值适当，则IBQ不为零且有合适的数值。当输入端有交流信号vi通过C1加到晶体管的发射结时，基极电流在直流电流IBQ的基础上随vi变化，即交流叠加在直流上，如图3.2.6所示。如果的值大于的幅值，那么基极的总电流IBQ???ib始终是单方向的电流，即它只有大小的变化，没有正负极性的变化，这样就不会使发射结反偏而截止，从而避免了输入电流ib的波形失真。 静态： 无信号输入(vi???0)时电路的工作状态。 静态工作点Q 如图3.2.4所示，静态时晶体管直流电压VBE、VCE和对应的IB、IC值。分别记作VBEQ、IBQ、VCEQ和ICQ。 (3.2.1) (3.2.2) (3.2.3) VBEQ：硅管一般为0.7?V，锗管为0.3?V。 [例3.2.1]在图3.2.4所示单级放大器中，设，????60。求放大器的静态工作点。 解 从电路可知，晶体管是NPN型，按照约定视为硅管，则VBEQ???0.7?V，则课堂小结: 放大器的组成和性能指标，静态工作点作用及计算作业布置：习题册5-3课后反思： 教学设计首页教案序号：NO.5 系部 电气工程系授课教师付胜利教研室教研一室授课学时2 审批人及时间授课班级 02-3汽修班1班时间 课题名称 5-3低频电压放大器（2）教学目的与要求 知识目标：1、掌握放大电路的分析方法。 2、掌握放大器静态工作点的计算和稳定方法。 能力目标：放大器静态工作点稳定。 德育目标：激发学生学习这门课程的兴趣及热情,学以致用。教 学 重 点 1、放大电路的组成和连接方式。 2、放大器的主要性能指标。 3、放大器静态工作点的设置。。 教 学 难 点 放大器静态工作点的设置教 学 准 备挂图视频 教学方法讲授法 组织教学：查出勤，强调课堂纪律。准备多媒体教学设备和资料。知识回顾： 1、放大电路的组成和连接方式。 2、放大器的主要性能指标。 3、放大器静态工作点的设置。。导入新课: 静态工作点如何计算呢？放大器分析方法有哪些呢？ 新课讲解： 1．静态工作点Q 如图3.2.4所示，静态时晶体管直流电压VBE、VCE和对应的IB、IC值。分别记作VBEQ、IBQ、VCEQ和ICQ。 (3.2.1) (3.2.2) (3.2.3) VBEQ：硅管一般为0.7?V，锗管为0.3?V。 [例3.2.1]在图3.2.4所示单级放大器中，设，????60。求放大器的静态工作点。 解 从电路可知，晶体管是NPN型，按照约定视为硅管，则VBEQ???0.7?V，则 2．静态工作点对放大器工作状态的影响 放大器的静态工作点是否合适，对放大器的工作状态影响非常大。 若把图3.2.4中的Rb除掉，电路如图3.2.5所示，则IBQ???0，当输入端加正弦信号电压vi时，在信号正半周，发射结正偏而导通，输入电流ib随vi变化。在信号负半周，发射结反偏而截止，输入电流ib等于零。即波形产生了失真。 图3.2.5 除去Rb时放大器工作不正常 图3.2.6 基极电流的合成 如果阻值适当，则IBQ不为零且有合适的数值。当输入端有交流信号vi通过C1加到晶体管的发射结时，基极电流在直流电流IBQ的基础上随vi变化，即交流叠加在直流上，如图3.2.6所示。如果的值大于的幅值，那么基极的总电流IBQ???ib始终是单方向的电流，即它只有大小的变化，没有正负极性的变化，这样就不会使发射结反偏而截止，从而避免了输入电流ib的波形失真。 综上可见，一个放大器的静态 工作点是否合适，是放大器能否正常工作的重要条件。由电源和偏置电阻Rb组成的电路，就是为了提供合适的偏流而设置的，称为偏置电路。授: 图解法：利用晶体管特性曲线，通过作图分析放大器性能。 一、用图解法分析静态工作点 1．直流负载线 电路如图3.3.1(a)所示，直流通路如图3.3.1(b)所示。 由直流通路得和关系的方程为 (3.3.1) 根据式3.3.1在图3.3.2晶体管输出特性曲线族上作直线，斜率是。由于是直流负载电阻，所以直线称为直流负载线。 2．静态工作点的图解分析 如图3.3.2所示，若给定，则曲线与直线的交点，即为静态工作点。过点分别作横轴和纵轴的垂线得对应的、。由于晶体管输出特性是一组曲线，所以，对应不同的，静态工作点的位置也不同，所对应的、也不同。 图3.3.1 放大器的输出回路 图3.3.2 静态工作点的图解分析 二、用图解法分析输出端带负载时的放大倍数 1．交流负载线 电路如图3.3.3(a)，交流通路如图3.3.3(b)所示。 可见，交流负载电阻为 (3.3.2) 在图3.3.4上过Q点，作斜率为的直线，得交流负载线。 图3.3.3 放大器交流负载电阻示意图 图3.3.4 放大倍数的图解分析 2．图解分析 如图3.3.4所示，根据的变化范围和，得到工作点的变化范围、，可得输出电压的动态范围，所以输出电压的幅值；若输入信号的幅值为，则放大器的电压放大倍数 ? (3.3.3) 三、静态工作点与波形失真的图解 如图3.3.5所示。 1．饱和失真 如果静态工作点接近于，在输入信号的正半周，管子将进入饱和区，输出电压vce波形负半周被部分削除，产生"饱和失真"。 2．截止失真 如果静态工作点接近于，在输入信号的负半周，管子将进入截止区，输出电压vce波形正半周被部分削除，产生"截止失真"。 3．非线性失真 非线性失真是由于管子工作状态进入非线性的饱和区和截止区而产生的。从图3.3.5可见，为了获得幅度大而不失真的交流输出信号，放大器的静态工作点应设置在负载线的中点Q处。 3.3.2 估算法 估算法：应用数学方程式通过近似计算来分析放大器的性能。 一、估算静态工作点 电路如图3.3.6所示。 图3.3.5 静态工作点引起的非线性失真 图3.3.6 估算静态工作点 由放大器的直流通路得出估算静态工作点的公式： [例3.3.1] 图3.3.6的放大器，设，若晶体管电流放大系数?????35，试估算静态工作点。 解 二、估算输入电阻、输出电阻和放大倍数 1．晶体管输入电阻rbe的估算公式 如图3.3.7所示，晶体管基极和发射极之间交流电压vi与相应交流电流ib之比，称为晶体管的输入电阻 (3.3.4)估算公式为 (3.3.5) rbb是晶体管基区电阻，在小电流(IEQ约几毫安)情况下，低频小功率管约为300??，因此，在低频小信号时 (3.3.6)从式可见，rbe与静态电流IEQ有关，静态工作点不同，rbe取值也不同。常用小功率管的rbe约为1k？ 左右。2 .放大器的输入电阻ri和输出电阻ro (1)输入电阻ri 图3.3.6放大器的交流通道如图3.3.8所示。从放大器的输入端看到的交流等效电阻称为输入电阻(3.3.7)。从图中可以看出(3.3.8)。因为很一般 (3.3.9)。 ri表示放大器从信号源吸收的信号幅度的大小。 ri越大，信号源的内阻损失就越小，从放大器得到的有效输入信号就越大。结论单级放大器的输入电阻ri与晶体管的输入电阻rbe基本相等。)2)输出电阻ro如图3.3.8所示。 输出电阻ro )从放大器的输出端(外置负载电阻除外)看到的交流等效电阻。 晶体管的输出端在放大区域基本呈现恒流特性，由于其动态电阻大，输出电阻基本与集电极电阻相等。 也就是说(3.3.10 ) )。上式中的ro表示对放大器施加负载的能力。 输出电阻越小，输出信号时，自身损耗越小，拥有负载的能力越大。3 .估算倍率的公式放大器的输出端外接负载电阻时，相当于负载电阻，即(3.3.11 ) [例3.3.2]在图3.3.6单级放大器中，Rc？ 3？ k？ 设为静态电流IE吗？ 2.1？ mA，晶体管？ 三十五。 求出输出端的负载电阻RL吗？ 3？ k？ 的情况下，电压放大率。解开课程总结：静态工作点计算与解法。作业：问题集5-3 放学后的反省：教程设计主页教案编号： NO.6本科院校电气工程系教课 支付胜利教室 教研一室上课时间2批准者及时间教班级02-3汽修班1班时间 5-4多级放大器教学习眼睛的 与 想要寻求 知识目标：掌握多级放大器的基本原理能力目标：1 .多级放大电路 2 .多级放大电路耦合方式德育目标：培养学生刻苦钻研的精神教育重点多级放大电路 多级放大电路阻容耦合方式教难点多级放大电路阻容耦合方式备课挂图 教学方法教法 组织教育：检测工作，强调课堂纪律。 准备多媒体教学仪器和资料。知识评论； 静态工作点计算。【新课引进】 在生产实践中，为了满足负荷的要求需要对一些信号进行多级放大。 该工作可以由多个单级放大电路组成的多级放大器来承担。 多级放大电路前几级主要用作电压放大，多采用阻容耦合方式； 在最后的电力输出级，多采用变压器耦合方式。 在直流放大电路和线性IC中，经常采用直接耦合方式。【新课程】1 .多级放大电路 在实际的电子设备中，为了得到充分的增益，或者考虑输入电阻和输出电阻等特殊要求，放大器多由多级构成。 多级放大器由输入级、中间级、输出级构成。 如图2.4.1所示，输出级一般是大信号放大器，仅讨论从输入级到中间级的多级小信号放大器。2 .多级放大器的耦合方式1 )阻容耦合 阻容耦合是指利用电容器作为耦合和直流断路元件的电路。 阻容耦合的优点是前后级直流通道相互隔开，各级静态工作点相互独立。 易于分析、设计和应用。 缺点是，信号通过耦合电容加到下一级时会大幅衰减。 因为很难在集成电路中形成大容量，所以阻容耦合只适用于分立元件电路。2 )直接连接 直接耦合是一种直接连接前后段的耦合方式。 但是，不能简单地连接两个基本放大电路。 连接后，V1管集电极电位被V2管的基极限制在0.7V左右(V2为硅管)，V1变为临界饱和状态； 此外，由于V2基极电流由流过Rb2和Rc1的电流决定，所以V2的工作点发生变化，V2容易饱和。 通过以上分析，采用直接耦合方式时，必须解决级间级配置和工作点漂移两个问题，以保证各级都有相应稳定的静态工作点。直接耦合的优点是电路中没有大的电容和变压器，可以放大缓慢变化的信号，广泛应用于集成电路。其缺点是前级和后级直流电路相通，静态工作点相互牵制、影响，不利于分析和设计3 )变压器耦合 变压器耦合器是用变压器连接前级的输出端和后级的输入端的方式。 变压器耦合的优点是各级直流通道相互独立，变压器通过磁路将初级绕组的交流信号传递到次级绕组，直流电压或电流不能通过变压器传递到次级。变压器可以在传输信号的同时实现阻抗转换。 变压器耦合的缺点是体积大，不能集成，频率特性差，只能应用于低频功率放大和中频调谐放大电路。 【课程总结】 今天我们学习了多级放大器的知识。 多级放大器由输入级、中间级、输出级构成。 多级放大器的耦合方式有阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。 阻容耦合的优点是前后级直流通道相互隔开，各级静态工作点相互独立。 易于分析、设计和应用。 缺点是，信号通过耦合电容加到下一级时会大幅衰减。 因为很难在集成电路中形成大容量，所以阻容耦合只适用于分立元件电路。 直接耦合的优点是电路中没有大的电容和变压器，可以放大缓慢变化的信号，广泛应用于集成电路。 缺点是前级和后级直流电路相通，静态工作点相互牵制、影响，不利于的分析和设计【交作业】问题集5-4放学后的反省：教程设计主页 教案编号： NO.7本科院校电气工程系教课 支付胜利教室 教研一室上课时间2批准者及时间教班级02-3汽修班1班时间 议题名称5-3反馈教学习眼睛的 与 想要寻求 知识目标： 1、能力目标： 德育目标：激发学生学习这门课程的兴趣和热情，学以致用。教育重点1、 教难点备课挂图 教学方法教法5
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