最新学习情境2-半导体三极管及其放大电路.课件PPT.ppt 87页

'学习情境2-半导体三极管及其放大电路. 学习情境22.1三极管的识别、检测与选用2.1.1晶体三极管2.1.2晶体三极管的特性曲线2.1.3晶体三极管的主要参数 半导体三极管外型 (BipolarJunctionTransistor)2.1.1双极性三极管BJT一、结构、符号和分类NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型分类：按材料分：硅管、锗管按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管按功率分：小功率管<500mW中功率管0.51W大功率管>1WECBECB 结构特点：•发射区的掺杂浓度最高；•集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；•基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图 放大的概念：变化量，能量控制作用。双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压（正偏），集电结加反向电压（反偏）。二、BJT的电流分配与放大原理现以NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系。基本共射放大电路：基极电流控制集电极电流 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子（以NPN为例）三极管内部载流子的传输过程 三极管内部载流子的传输过程1)发射区向基区注入多子电子，形成发射极电流IE。ICN多数向BC结方向扩散形成ICN。IE少数与空穴复合，形成IBN。IBN基区空穴来源基极电源提供(IB)集电区少子漂移(ICBO)ICBOIBIBNIB+ICBO即：IB=IBN–ICBO3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流ICICIC=ICN+ICBO2)电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略)三极管内载流子运动 2.三极管的电流分配关系当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB=IBNICBOIC=ICN+ICBOIE=IC+IB穿透电流 IC(sat)QAuCEUCE(sat)OiCMNIB(sat)TS临界饱和线饱和区放大区三极管的特性截止区uBEiCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0温度每升高1C，(0.51)%。输出特性曲线间距增大。O 2.1.3晶体三极管的主要参数一、电流放大系数共发射极电流放大系数iC/mAuCE/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321—直流电流放大系数（hFE）—交流电流放大系数（hfe)一般为几十几百Q二、极间反向饱和电流CB极间反向饱和电流ICBO，CE极间反向饱和电流ICEO。 三、极限参数1.ICM—集电极最大允许电流，超过时值明显降低。U(BR)CBO—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iCuCE。3.U(BR)CEO—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO已知:ICM=20mA,PCM=100mW，U(BR)CEO=20V，当UCE=10V时，ICPCmICM>ＩCmU(BR)CEO>VCC3.一般三极管的值在40~100之间为好，9013、9014等低噪声、高的管子不受此限制。4.穿透电流ICEO越小越好，硅管比锗管的小。 附录：半导体器件的命名方式第一部分数字电极数2—二极管3—三极管第二部分第三部分字母(汉拼)材料和极性A—锗材料N型B—锗材料P型C—硅材料N型D—硅材料P型A—锗材料PNPB—锗材料NPNC—硅材料PNPD—硅材料NPN字母(汉拼)器件类型P—普通管W—稳压管Z—整流管K—开关管U—光电管X—低频小功率管G—高频小功率管D—低频大功率管A—高频大功率管第四部分第五部分数字序号字母(汉拼)规格号例如：2CP2AP2CZ2CW3AX313DG12B3DG63CG3DA3AD3DK常用小功率进口三极管90119018第2章半导体三极管 半导体三极管使用基本知识一、外型及引脚排列EBCEBCEBCBEC 二、万用表检测晶体三极管的方法1.根据外观判断极性；3.用万用表电阻挡测量三极管的好坏，PN结正偏时电阻值较小(几千欧以下)，反偏时电阻值较大(几百千欧以上)。插入三极管挡(hFE)，测量值或判断管型及管脚； 指针式万用表在R1k挡进行测量。红表笔是(表内)负极，黑表笔是(表内)正极。注意事项：测量时手不要接触引脚。1kBEC1kBEC 指针式万用表三步走1、基极判别2、类型判别3、集电极判别三极管的识别与检测 数字万用表注意事项：•红表笔是(表内电源)正极；黑表笔是(表内电源)负极。•NPN和PNP管分别按EBC排列插入不同的孔。•需要准确测量值时，应先进行校正。2.插入三极管挡(hFE)，测量值或判断管型及管脚。可直接用电阻挡的挡，分别测量判断两个结的好坏。 三极管电压放大器的组装与调试任务2.2放大电路的基础知识2.2.1放大电路的组成2.2.2放大电路的主要性能指标 概论放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：XiXoAu扩音机是怎样工作的直流供电电源前置放大器功率放大器 放大的概念放大器的分类直流放大器音频放大器视频放大器脉冲放大器信号的特征宽带放大器谐振放大器信号的大小小信号放大器大信号放大器（功率放大器） 1放大电路的组成一、组成框图直流电源信号源RS+us–RSis放大电路负载RL信号输入第一级第二级第三级信号输出二、多级放大电路 三、放大电路的四端网络表示１122+us–放大电路RS+ui–+uo–RLioiius—信号源电压Rs—信号源内阻RL—负载电阻ui—输入电压uo—输出电压ii—输入电流io—输出电流 2放大电路的主要性能指标1122+us–放大电路RS+ui–+uo–RLioii电压增益Au(dB)=20lg|Au|一、放大倍数电压放大倍数Au=uo/ui电流放大倍数Ai=io/ii功率放大倍数Ap=po/pi电流增益Ai(dB)=20lg|Ai|功率增益Ap(dB)=10lg|Ap| 二、输入电阻１1+us–RS+ui–iiRiRi越大，ui与us越接近例2－1us=20mV，Rs=600，比较不同Ri时的ii、ui。Riiiui60003A18mV60016.7A10mV6030A1.82mV 三、输出电阻放大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。计算：i2211usRS+u–放大电路=0Ro测量：uot—负载开路时的输出电压；uo—带负载时的输出电压，Ro越小，uot和uo越接近。2211+us–RS+ui–+uo–RLRo+uot–Ri 四、通频带电抗元件(主要是电容)使放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同，反映在：Au(f)—幅频特性(f)—相频特性1.幅频特性和相频特性fAu(f)OfO2.频带宽度(带宽)BWAumfLfH下限频率上限频率中频段低频段高频段BW0.7BW0.7=fH–fL(BandWidth)五、最大输出功率和效率效率=最大输出功率Pom直流提供功率PDC 2.2三极管电压放大器的组装与调试引言2.3.2交流分析2.3.1直流分析 uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极实现电路uiuoRBRCuouiRCRE三极管三种组态放大电路双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见下图 放大电路的三种形式 引　言基本思想非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。一、分析三极管电路的基本思想和方法直流通路(ui=0)分析静态。交流通路(ui0)分析动态，只考虑变化的电压和电流。画交流通路原则：1.固定不变的电压源都视为短路；2.固定不变的电流源都视为开路；3.视电容对交流信号短路 基本方法图解法：在输入、输出特性图上画交、直流负载线，求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等。解析法：根据发射结导通压降估算“Q”。用小信号等效电路法分析计算电路动态参数。 二、电量的符号表示规则AAA大写表示电量与时间无关(直流、平均值、有效值)；A小写表示电量随时间变化(瞬时值)。大写表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值)；小写表示交流分量。总瞬时值直流量交流瞬时值交流有效值直流量往往在下标中加注QA—主要符号；A—下标符号。tuOuBE=UBE+ube 放大的概念讨论放大器必须解决的问题1、设置合适静态工作点－－偏置电路2、输入信号、输出负载、放大器三者之间的连接方式－－耦合方式偏置电路的要求：1、提供放大器所需要的工作点。2、工作点在外部条件变化时保持不变。 iCuCEuo可输出的最大不失真信号ib图解法：合适的偏置电路Q点合适时 iCuCEQ点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形图解法：不合适的偏置电路 iCuCEuoQ点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真输出波形输入波形ib图解法：不合适的偏置电路 静态工作点的稳定性为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TUBEICEOQ 2.3.1直流分析一、图解分析法+–RBRC+uCE–+uBE+–VCCVBB3V5ViBiC输入直流负载线方程：uCE=VCCiCRCuBE=VBBiBRB输出直流负载线方程：输入回路图解QuBE/ViB/A静态工作点VBBVBB/RB115kUBEQIBQ0.720输出回路图解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCO1kQ23UCEQICQOiB=20A 二、工程近似分析法+–RBRC+uCE–+uBE+–VCCVBB3V5ViBiC115k1k=100Q点的作用不仅影响BJT的工作区域，而且还会影响BJT的动态参数，因此在设计放大电路时必须选择一个合适的Q点。 三、电路参数对静态工作点的影响1.改变RB，其他参数不变uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQRBiBQ趋近截止区；RBiBQ趋近饱和区。2.改变RC，其他参数不变RCQ趋近饱和区。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRC iC0iC=VCC/RC例2.3.1设RB=38k，求VBB=0V、3V时的iC、uCE。+–RBRC+uCE–+uBE+–VCCVBB3V5ViBiC1k[解]uCE/ViC/mAiB=010A20A30A40A50A60A41O235当VBB=0V：iB0，iC0，5VuCE5V当VBB=3V：0.3uCE0.3V0，iC5mA三极管的开关等效电路截止状态SBCEVCC+RCRBiB0uCE5ViB饱和状态uCE0判断是否饱和临界饱和电流ICS和IBS：iB>IBS，则三极管饱和。 2.3.2交流分析一、图解分析法线性非线性线性输入回路(A左)(B右)输出回路(B左)(A右)+–RBRC+uCE–+uBE+–VCCVBBiBiCiBiC+uBE+uCE–AB 例2.3.3硅管，ui=10sint(mV)，RB=176k，RC=1k，VCC=VBB=6V，图解分析各电压、电流值。[解]令ui=0，求静态电流IBQuBE/ViB/AO0.7V30QuiOtuBE/VOtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA41O23iB=10A20304050505Q6直流负载线QQ6OtiCICQUCEQOtuCE/VUcemibicuceRL+–iBiCRBVCCVBBRCC1ui+–+–+uCE+uBE– 当ui=0uBE=UBEQiB=IBQiC=ICQuCE=UCEQ当ui=Uimsintib=Ibmsintic=Icmsintuce=–Ucemsintuo=uceiB=IBQ+IbmsintiC=ICQ+IcmsintuCE=UCEQ–Ucemsint=UCEQ+Ucemsin(180°–t)uBE/ViB/A0.7V30QuituBE/VtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA4123iB=10A20304050605Q6直流负载线QQ6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOOOO第2章半导体三极管 基本共发射极电路的波形：+–iBiCRBVCCVBBRCC1ui+–+–+uCE+uBE–IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQ基本放大电路的放大作用第2章半导体三极管 放大电路的非线性失真问题因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真NPN管：顶部失真为截止失真。PNP管：底部失真为截止失真。不发生截止失真的条件：IBQ>Ibm。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBuiuCEiCictOOiCOtuCEQuce交流负载线非线性失真第2章半导体三极管 2.“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN管：底部失真为饱和失真。PNP管：顶部失真为饱和失真。IBS—基极临界饱和电流。不接负载时，交、直流负载线重合，VCC=VCC不发生饱和失真的条件：IBQ+IbmIBSuCEiCtOOiCOtuCEQVCC第2章半导体三极管 饱和失真的本质：负载开路时：接负载时：受RC的限制，iB增大，iC不可能超过VCC/RC。受RL的限制，iB增大，iC不可能超过VCC/RL。C1+RCRB+VCCC2RL+uo++iBiCVui(RL=RC//RL)第2章半导体三极管 选择工作点的原则：当ui较小时，为减少功耗和噪声，“Q”可设得低一些；为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；为获得最大输出，“Q”可设在交流负载线中点。第2章半导体三极管 二、小信号等效分析法(微变等效)1.晶体三极管电路小信号等效电路分析法三极管电路可当成双口网络来分析(1)晶体三极管H(Hybrid)参数小信号模型从输入端口看进去，相当于电阻rberbe—Hie从输出端口看进去为一个受ib控制的电流源ic=ib，—Hfe+uce–+ube–ibicCBErbeEibicic+ube+uceBCrbb—三极管基区体电阻第2章半导体三极管 (2)晶体三极管交流分析步骤：①分析直流电路，求出“Q”，计算rbe。②画电路的交流通路。③在交流通路上把三极管画成H参数模型。④分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。微变等效电路的画法第2章半导体三极管 例2.3.4=100，uS=10sint(mV)，求叠加在“Q”点上的各交流量。+uo+–iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+–+–RS+uCE+uBE–12V12V510470k2.7k3.6k[解]令ui=0，求静态电流IBQ①求“Q”，计算rbeICQ=IBQ=2.4mAUCEQ=122.42.7=5.5(V)第2章半导体三极管 ②交流通路+uo+–iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+–+–RS+uCE+uBE–ubeuce③小信号等效+uo+–RBRLRSrbeEibicicBCusRC+ube④分析各极交流量⑤分析各极总电量uBE=(0.7+0.0072sint)ViB=(24+5.5sint)AiC=(2.4+0.55sint)mAuCE=(5.5–0.85sint)V第2章半导体三极管 练习：判断三极管的工作状态用数字电压表测得VB=4.5V、VE=3.8V、VC=8V，试判断三极管的工作状态，设β=100，求IE和VCE。 3.2.1共发射极放大电路（分压式偏置电路）一、电路组成+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+ui+us+uoVCC(直流电源)：•使发射结正偏，集电结反偏•向负载和各元件提供功率C1、C2(耦合电容)：•隔直流、通交流RB1、RB2(基极偏置电阻)：•提供合适的基极电流RC(集电极负载电阻)：•将ICUC，使电流放大电压放大RE(发射极电阻)：•稳定静态工作点“Q”CE(发射极旁路电容)：•短路交流，消除RE对电压放大倍数的影响第3章　放大电路基础Q点稳定的电路 二、直流分析+VCCRCRERB1RB2+UBEQ+UCEQIBQI1ICQIEQ要求：I1(510)IBQUBQ(510)UBEQ方法1：估算稳定“Q”的原理：TICUEUBEIBIC第3章　放大电路基础 三、性能指标分析+us+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+uoRCRB1RB2+ui+uoRLibicii交流通路小信号等效电路rbeib1.电压放大倍数源电压放大倍数2.输入电阻Ri3.输出电阻RoRo=RC第3章　放大电路基础 例3.2.1=100，RS=1k，RB1=62k，RB2=20k,RC=3k，RE=1.5k，RL=5.6k，VCC=15V。求：“Q”，Au，Ri，Ro。[解]1)求“Q”+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us+uo第3章　放大电路基础 +VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us+uo2)求Au，Ri，Ro，AusRo=RC=3k第3章　放大电路基础 去掉旁路电容CE时：+VCCRCC1C2RLRE++RB1RB2RS+us+uo1)静态工作点“Q”不变2)求Au、Aus、Ri、RoRCRB1RB2+ui+uoRLibiciirbeibRERo=RC=3k既稳定“Q”，Au又较大的电路第3章　放大电路基础 普通心理学主讲：寇彧北京师范大学网络教育学院 第一章   历史的和现代的心理学 第一节 心理学是什么一、心理学是不是科学（一）心理学的定义与特征心理学是研究人身自身的学问。千百年来，人们一直在探讨其自身的实质和发展，试图解开这个谜。“心理学”一词常被误解为是“关于心的学科”，其实“心理学”来自于希腊文中的“psyche”与“logos”,俩词演变而成“psychology”.其中“psyche”指“灵魂”（soul），“logos”义指“讲述”（discourse），所以，合起来，心理学就是阐释灵魂（心灵）的学问，我们从这说，可看到心理学中饱含着哲学的意味，而科学心理学的萌芽，是在19世纪末期。心理学是对行为与心理历程的科学研究。行为内外兼顾，此为现代心理学的特征.心理历程 (二)科学的定义与特征1、定义：科学是运用系统的方法处理问题,从而发现事实变化的真相,并进而探求其原理、原则的不同。(1)问题：有待解决的问题。(2)方法：采用系统的方法。(3)目的：探求事实真相,探求事实变化中的原则原理。 2、科学的特征客观性(objectivity)：实事求是。验证性(verifiability)：结果和理论的可验证性。系统性(systematization)：研究必须遵循一定的程序。 科学目的的不同层次(1)、陈述：将问题研究所获得的表面事实表述出来,往往不涉及问题发生的原因。(description)(2)、解释：分析清楚问题发生的前因后果,以陈述为根据,分析原因。(explanation)(3)、预测：根据现有资料,推论将来发生问题的可能性。(prediction)。(4)、控制：设法控制问题发生的原因,使可能发生的问题不至于发生,或将可能发生问题的严重性减小到最低度。(control) (三)、心理学是科学心理学与研究物的自然科学一样,从研究方法,工作程序,研究工具,资料分析,研究结果的处理等方面,都具备了客观性。它遵循一定方法和程序,得到的是可验证性结果或理论。 然而,人性与物性比较差异是明显的，因而理科学也有自己的特色。(1)、人性的内隐性使心理学的研究十分困难。(2)、人性之间的个别差异较大,难以推论。(3)、人性变化迅速,而规律难寻,使心理测量非常困难。(4)、研究者自身人性品格的投入,使心理学研究的客观性难以把握。 二、心理学的研究对象心理学是研究行为与心理过程的科学。今天，心理学已成为我们思考人类与环境以及人类自身相互作用的一种方式方法，它与哲学、生理学、社会学、解剖学以及文化人类学等学科都有着密切的关系，就心理学的研究对象来说，主要是以下几个方面： 1、个体心理(1)、心理过程：认识过程、情感过程、意志过程。(2)、动机：需要等个性倾向性。(3)、心理特征：个性心理特征(能力、气质、性格)。 2、个体心理现象和行为行为：人在主客观因素影响下而产生的外部活动，包括有意识的，也包括无意识的。3、社会心理现象个体在与他人或社会群体互动时所产生的心理现象或行为。 第二节心理学的历史发展一、现代心理学诞生的历史渊源(一)现代哲学思潮三位重要的人物：在对人性的解释上，理性主义与经验主义两派哲学主张，对科学心理学发展，产生了极大的影响。1、亚里士多德(Aristotles,384-322)他的著作中已讨论到了人性、人类知识的由来、五官的运用以及记忆功能等。 2、笛卡尔(Ren’sDescarts,1596-1650)(1)、身心关系：灵魂与身体有密切的关系，感知觉，想象及某些情绪活动都离不开身体，而身心关系中，人仿佛是一部自动机器，活动受力学规律的支配。(2)、提出了反射的概念，他断定心与身的交流基地是松果腺，位置在大脑底部。他不相信演绎法，而维护机械论观点，因而鼓励生理学者运用经验论的解剖方法，以发现动物躯体的机械构成。(3) 提出了“天赋概念”，认为人的某些观念不是由经验而得到的，而是人的先天组织所赋予的。 3、洛克(JohnLoke,1632-1704)提倡经验主义，强调人类一切知识均来自后天经验，因而反对理性主义倡导的先天观念的说法，他认为人类本性犹如一块“白板”，纯然无色，不分善恶，其后来的一切改变，完全决定于后天的经验。 (二)、现代实验生理学生物、生理学的研究对心理学的发展产生了重大影响，例如达尔文的进化论中的诸多观点：遗传、环境、个别差异、适应等，都成了以后心理学研究的部分主题。生理学的研究对心理学的影响，主要始于19世纪法国三位生理学家的研究，他们的研究奠定了生理心理学的基础，他们也被人们称为心理学研究的先驱。 1、缪勒（JohannesMiiller1801-1858）：提出神经特殊能量说，主张大脑的功能是分区的，人类对外界刺激之所以能够感觉，能够辨别，就是因为不同的神经传导具有特殊的能量，神经冲动是由于细胞之间的电化作用而产生的。这些理论后来由于学生赫尔姆霍兹进行了实验证实，他用青蛙的运动神经测量了神经的传导速度，为生理学和心理学中应用反应时的测量方法奠定了基础。 2、赫尔姆霍兹（HermannVonHelmholtz,1821-1894）：倡导色觉理论与听觉理论。3、费希纳（GustavTheoderFechner,1801-1887）：创立实验法，以物理刺激的变化转化为心理经验（凭感觉判断物体的大小、轻重、远近等）的历程，探讨争论未决的心身关系问题。心理物理学：以生理感官功能为基础进行试验研究。'