简易半导体三极管参数测试仪
摘要：
该系统是以STC89C52RC单片机为核心控制单元采用总线控制方式设计的一款小功率半导体三极管参数测试仪。前向通路通过恒压电压源和横流电流源提供集电极电压和基极电流，经过两片四运放TL084和两片二运放TL082输出三极管集电极电流Ic、基极电流Ib、集电极--发射极电压Vce和基极--发射机电压Vbe 通过模拟开关选路进入ADC0804转换输入单片机进行数据分析处理，经程序处理
的数据通过DA转换器TLC7528送入LCD显示小功率管的交、直流放大倍数
—
、ββ，
显示输入、输出特性曲线。系统还可以根据前向通路输出判别被测三极管类型。经测试发现，该系统可以在误差范围内正常工作。
关键字: 三极管参数测试恒压源恒流源特性曲线
Abstract:
The system is based on STC89C52RC microcontroller as the core control unit using a bus control design parameters of low-power semiconductor transistor tester. Forward path through the constant voltage source and cross-flow collector voltage and current sources to provide base current through two quad op amp TL084 and
TL082 two two op-amp output transistor collector current Ic, base current Ib, the collector - - emitter voltage Vce and base - the transmitter voltage Vbe routing through the analog switch input into the ADC0804 chip to convert the data analysis and processing, the data processed by the DA converter TLC7528 LCD display
low-power tube into the AC and DC magnification, shows the input and output characteristics. Before the system can also determine the measured output to the channel type transistor. The test found that the system can work within the error. Keywords:transistor parameter test voltage source current source characteristics
目录
一、系统方案与论证 (3)
1. 方案选择 (3)
1.1.1 直流稳压电源的设计 (3)
1.1.2 横流电流源的设计 (3)
1.1.3 取样电路的设计 (3)
1.1.4 液晶电路的设计 (4)
2. 系统描述 (4)
二、理论分析与计算 (5)
1.三极管类型判断 (5)
2.放大倍数的计算 (5)
3.输入特性曲线和输出特性曲线 (5)
三、电路与程序设计 (6)
1. 直流稳压电源 (6)
2. 横流电流源 (6)
3. 取样电路 (7)
4. 控制部分 (8)
4.1. 单片机最小系统 (8)
4.2 D/A转换 (8)
4.3. A/D采样 (9)
4.4. 液晶显示 (9)
4.5. 键盘 (10)
5 软件设计 (10)
四、测试方法及测试结果 (11)
1.测试条件 (11)
2. 测试仪器 (11)
3. 测试方案 (11)
4. 测试结果 (11)
结束语 (13)
参考文献 (13)
附录 (13)
一、系统方案与论证
1. 方案选择
1.1.1 直流稳压电源的设计
方案一：利用DA输出控制集电极电压输入。通过改变DA输出和电阻分压使其能在0~12V范围内变化。
图 1.1.1
方案二：线性稳压电源。采用高精度OP07进行电压放大。利用运放负端滑动变阻器改变输出电压使之能在0~12V范围内变化。
方案论证：线性稳压电源易于设置，容易实现。因此系统采用方案二。
1.1.2 横流电流源的设计
方案一：输入10V电压，串入电阻取电流。通过开关控制并联电阻阻值从而改变输出电流为10uA，20uA，30uA.
图 1..1.2
方案二：恒流源设计。直接使用功率集成运放实现电压控制电流源。输入1V、2V和3V输出1uA，2uA，3 uA。
方案论证：方案二电路简单，输出精度高，使用方便，输出稳定。因此系统选用方案二。
1.1.3 取样电路的设计
方案一：NPN和PNP两种三极管分别用两路电路测量。集电极—发射机电压和集电极—发射机反向饱和电流取样通过开关切换档位实现测量。
图 1.1.3
方案二：利用同一电路实现两类晶体管的测量通过接入反相器实现待测晶体管类型改变电路保持不变。
方案论证：方案一输出到AD 转换器路数少，节约了AD 资源但是多处设置开关实现的档位变换，使得电路复杂。方案二中恒压源和恒流源控制输入，采用反相器实现类型变化原理易懂，电路简单。因此采用方案二。 1.1.4 液晶电路的设计
由于系统采用的是总线方式控制，此次液晶型号为HM128128M1，它本身是不支持总线方式的，因此液晶电路不能只简单通过锁存器把信号送入液晶显示。另外，该液晶的工作电压为3.3V ，而单片机P0口输出电压约为5V ，电路中必须接入电阻分压。
方案论证：采用单片机写信号和锁存器74HC573的片选信号通过或非门控制锁存器的使能，从而实现总线方式控制液晶电路。采用在锁存器与液晶间接入330Ω的电阻分压，和使用SPX1117-33集成芯片稳压。 2. 系统描述
系统总体设计框图如下图所示。主要包括前向通路测试模块和单片机控制模块。前者主要完成集电极电流C i 、基极电流B i 、集电极--发射极电压e c v 和基极--发射机电压be v 的取样及信号处理；后者主要实现数控电流源、数控电压源的控制以及数据的采集、LCD 液晶显示器的控制等。
图 1.2. 整体框图
二、理论分析与计算
1.三极管类型判断
本系统采用共射极接法接入待测三极管。根据加在集电极电压的正负即可以判断晶体管类型：为正，则该晶体管为NPN 型，前向通路输出端1、3、5、7口输出为正，2、4、6、8口输出为负；加在集电极电压为负则输出刚好相反。若两种情况都不符合则证明该晶体管已经损坏。 2.放大倍数的计算
测量放大倍数时，单片机通过D/A 转换器输出控制数控电流源和数控电
压源分别为三极管基极提供合适的基极电流B i 和集电极电压C v 。现假设通过的集电极电流为C i ，那么直流电流放大系数为：
C CEO C
B B I I I I I β-=≈
交流电流放大系数反映动态时的电流放大特性，其定义为集电极电流变化量与基极电流变化量之比:
ic
ib
β?=? 本系统中三极管一直工作在恒流特性较好的区域，可以认为直流放大倍数和交流放大倍数近似相等，因此通过测量两次直流基极电流和集电极电流的值从而计算交流电流放大倍数。
3.输入特性曲线和输出特性曲线 3.1 输入特性：
共射极连接时的输入特性曲线描述了当输出电压CE v 为参变量时基极电
流B i 与发射结压降电压BE v 之间
()V v v f i CE BE B 10|==
3.2 输出特性：
共射极连接时的输出特性曲线描述了当输入电流B i 为某参变量时，集电
极电流C i 与电压E C v 之间的关系。本系统描述了当基极电流B i 分别为10uA ，20uA ，30uA ，
E
C v 在0~12V 变化时，
C
i 的变化情况：
()常数==B CE C i |v f i
三、电路与程序设计
1. 直流稳压电源
由于在测试描绘系统输出特性曲线时需要0V-12V 的集电极电压变化范围，但是单片机系统D/A 输出电压尽在-5V-5V 范围内变化不能达到题目要求，因此测试电路前段使用稳压电源电路。通过高精度运放OP07 进行电压放大，并且在恒压源输出端利用三极管的电流放大特性实现电流放大。调节电路中的滑动变阻器改变输出电压。电压放大倍数计算公式如下所示：
F2
o i W1
R V =V R ?
图 3.1.
2. 横流电流源
由题目要求可知，测试电路基极输入电流有以下取值：0uA ，10uA ，20uA ，
30uA 。按照要求设计电路图如下所示。图中i V 为D/A 输出的控制电压，设流过R18的电流为1I ，流过R25的电流为2I ，单位为mA ，方向均为向右，则可根据虚断和虚短，列出下式：
()()()0I R -V -R R I -V R -I R R R I -V 14i 28221i 2522322181i =?÷??++?
只要改变控制电压，就可以改变输出电流，而且输出的电流不会随负载有任
何变化，恒流的效果好。
图 3.2
3. 取样电路
本系统取样电路包括集电极取样和基极取样。前者输出集电极--射极电压E
C v 和
C
i 后者输出基极--射极电压
BE v 和基极电流B i 。
对于集电极取样电路：采样电阻两端电压分别通过电压跟随器后进行差分缩小1/2，一路直接输出，一路通过反相器输出。前者输出NPN 型三极管的集电极电流
C
i ，后者输出PNP 型三极管的集电极电流。对于电压的取样则是直接取集电
极电压，缩小1/3后输出为NPN 型三极管的E
C v ，在经过反相器则输出PNP 型三
极管的集电极电压E
C v 。
图 3.3.1
基极取样电路则采用了相同的思想，因为三极管为电流放大，基极输入电流较小，电路
中采用放大处理，对于两种类型的三极管基极电压分别放大三倍和负三倍，而基极电流则分别放大十倍和负十倍。
图 3.3.2
4. 控制部分
系统使用外部11.0592M晶体振荡器作为单片机的时钟。
外部扩展8按键的简易键盘，AD采样电路，DA转换电路，8路模拟电子开关。
单片机系统采用总线控制方式。通过片外引脚进行系统扩展。数据总线由P0口提供，其宽度为8位，该口为三态双向口，是系统中使用最为频繁的通道。
数据总线要连接到多个外围芯片上，而在同一时间内只能有一个有效的数据传送通道，，因而通过地址线控制各个芯片的片选来选择有效的芯片数据通道。
系统控制功能主要由P1口完成，外加P3.6和P3.7口控制芯片的读或者写使能。
4.1. 单片机最小系统
控制电路采用宏晶公司的STC89C52RC单片机作为核心控制器件，由STC89C52RC单片机，晶体振荡器，复位电路组成单片机最小系统。
该单片机具有以下特点：
8K的Flash程序存储器，512byte的数据存储器，1K的EEPROM，32条I/O 口线。
较之于其他单片机，STC89C52RC单片机具有超低功耗，超强干扰的特点。有掉电模式、空闲模式和正常工作模式三种模式，从而节省了功耗。此外，其输入/输出口、电源、时钟、看门狗和复位电路均经过特殊处理，从而减低外部干扰。该单片机工作电压宽，不怕电源抖动 5V：6v--3.4V 3V:4V--1.9V。
4.2 D/A转换
由于三极管有NPN和PNP两种型号，测量两种三极管输入输出特性曲线时所用的扫描电压极性相反，这就是要求控制器输出的控制电压有正负两个极性。我们所采用的D/A是TLC7528，TLC7528是CMOS 8位数字-模拟转换器(DAC),它内部集成两路DA输出，且能方便地与大多数通用微处理器接口，具有输入锁存以及与随机存取存储器写周期相类似的装载周期(load cycles)，可提供1/2 LSB的精度而无需薄膜电阻或激光微调，其功耗典型值小于5mW。
本系统采用TLC7528典型应用电路作为外围电路。P0口数据输出到DA的DB0~DB7，通过6脚/DACA DACB选择两路输出中的一路，通过一片四运放和两个
精密电位器调整输出，输出电压为-5V~5V。
图 4.2
4.3. A/D采样
本系统使用ADC0804作为A/D转换核心芯片。ADC0804是8位精度的AD转换器。内部带时钟，是一个施密特反相器组成的振荡器。由电阻R15和电容C15决定时钟频率。该ADC能够自动调零，采用差分输入方式，VIN+作为输入，VIN-接地。R17的作用除了可以改变输入电压改变供检测使用，还可以做直流电平偏置电路，采用电容耦合时交流信号可以直接加在AD转换器的输入端。
图4.3
4.4. 液晶显示
本系统选用海比邻128128M1液晶作为显示器。该液晶具有以下特点：
用户硬件接口有两种模式可供选择：采用REQ/BUSY握手通讯协议，简单可靠；采用标准RS232接口，缺省速率为9600bps，可以调节。
电源操作范围为2.7V-3.6V；提供8位并行及串行MPU界面；自动电源启动复位；提供外部复置触发接脚；绘图及文字画面混合显示；软件控制背光开启和闭合，低功率；提供多种指令及各种西文字库。
本系统采用并行总线方式控制液晶。因为该液晶本身并不支持总线方式，因此在硬件电路中选择通过单片机P2.0口片选与P3.6口读使能经过六或非门74ALS02输出作为74HC573的片选。另外由于该液晶的工作电压为2.7-3.6V，而单片机输出电压约为5V，因此在锁存器输出与液晶输入之间接入330Ω的电阻
分压，保证液晶正常工作。
图4.4
4.5. 键盘
因为本次课题对按键数目要求较少，鉴于矩阵键盘编程复杂的缺点，本次系统采用独立按键键盘。由P3口分别控制8个按键。按键中接入上拉电阻和电容，起到消振作用。
图4.5
5 软件设计
软件设计主要完成以下几个部分内容：按键扫描和设置；AD采样前向通路输出，并且对数据处理，完成直流、交流放大倍数的计算；集电极-发射极反向饱和电流，集电极-发射极反向击穿电压的计算；管脚差错报警设置；DA输出提供恒流源和恒压源输入电压；液晶显示AD输出数据等功能。
主要模块程序流程图(一下是PNP型三极管计算流程图，NPN型同理)：
图 4.6 AD采样流程图
四、测试方法及测试结果
1.测试条件
一般情况，一般条件均可以进行测试，对条件无特殊要求。
2. 测试仪器
1 数字万用表
2 DH1723-1直流四路稳压电源两台
3. 测试方案
把程序下载到单片机开发板中连接好硬件电路和系统板以及液晶显示器，首先改变DA输出测试恒压源和恒流源的工作情况。采用分级测试的方法，即芯片的安装并不同时进行，而是测试每一步则安装需要的芯片。最后安装所有芯片观察输出结果，对数据进行分析。
4. 测试结果
1.恒流源测试结果
表 1 恒流源测试数据
测试结果分析：恒流源设计结果在误差要求的范围内，能够比较好的满足后续电路提供电流的需要。
2.恒压源测试结果
表 2 恒压源测试数据
测试结果分析：恒压源具有较高的精度，满足设计要求。
3.NPN型三极管测试结果
被测三极管：NE5551
测试条件：直流输入
表 3 NPN三极管集电极测试数据
表 3 NPN三极管基极测试数据
测试数据说明：
V1：测NPN型三极管集电极电流数据
V2：测PNP型三极管集电极电流数据
V3：测NPN型三极管集电极电压
V4：测PNP型三极管集电极电压
V5：测NPN型三极管基极电压
V6：测PNP型三极管基极电压
V7：测NPN型三极管基极电流数据
V8：测PNP型三极管集电极电流数据
结束语
本次课题值得一提的是硬件部分，开始设计的方案在原理上是可行的，我们经过了很长时间的分析，然后才动手做，结果调试的时候一直不能满足要求，通过很长时间段检查的推断，再加上咨询老师才得出电路饱和的结论，于是在后期非常短暂的时间里我们重新选择方案，开始从零做起。虽然花费了很多的时间，但是收获还是非常大的。
参考文献
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[2] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计.北京航空航天大学出版社.2006
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[4] 刁鸣等.常用电路模块分析与设计指导.清华大学出版社.2007
[5] 康华光.电子技术基础（模拟部分）.高等教育出版社.2005.07
[6] 刁鸣等.常用电路模块分析与设计指导.清华大学出版社.2007
[7] 长德，李华，李东. MCS51/98系列单片机原理与应用.机械工业出版社.1997
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[9] Paul Scherz.实用电子元器件与电路基础（第二版).电子工业出版社.2009.04
[10] 高吉祥等.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程.电子工业出版社.2007
附录
附录一液晶原理图：
附录二液晶PCB板：
附录三测试电路：
附录四测试电路PCB布板：
附录五系统板原理图：
、附录六程序清单：
/**************AD采样程序****************************/
void AD0804()
{ uchar i,cmax=0,cmin=0;
float he=0;
uchar xdata *ad_adr;
ad_adr= & ADIN0;
for(i=0;i<7;i++) //采样7次
{
caiy[i]=*ad_adr; //AD数据读取赋给P1口,p1口数据送给临时存储器
}
cmax=caiy[0],cmin=caiy[0];
for(i=0;i<7;i++)
{
if(caiy[i]>cmax)
cmax=caiy[i];
if(caiy[i] cmin=caiy[i]; he=he+caiy[i]; } zhi_ad=(he-cmax-cmin)/5; } void pnpcl() { float Ibb=0,Iba=0,Ica=0,Vb=0,Icb=0,Vc=0,Iceo=0; uchar bei_d; uchar bei_a; do //计算直流放大倍数{ swa=0; swb=1; swc=1; AD0804(); Ibb=(zhi_ad*5/255)/10; //省了十的负四次方 swa=0; swb=0; swc=1; AD0804(); Icb=(zhi_ad*5/255)*2; //省了十的负四次方 bei_d=Icb/Ibb; //显示 table[0]=bei_d; if (bei_d<30) { Display_StrChar(STR_CHAR,0x02,0x03,"PNP管脚错误"); //报管脚错误} else { Display_StrChar(STR_CHAR,0x00,0x00,"直流放大倍数是"); Display_StrChar(STR_CHAR,0x01,0x03,table); } } while ( Ibb<0.13) ; do //计算交流放大倍数 { swa=0; swb=1; swc=1; AD0804(); Iba=(zhi_ad*5/255)/10; //省了十的负四次方 swa=0; swb=0; swc=1; AD0804(); Icb=(zhi_ad*5/255)*2; //省了十的负四次方 bei_a=(Ica-Icb)/(Iba-Ibb); //显示 table[0]=bei_a; Display_StrChar(STR_CHAR,0x02,0x00,"交流放大倍数是"); Display_StrChar(STR_CHAR,0x03,0x03,table); } while( Iba<0.23) ; do //计算Iceo { swa=0; swb=1; swc=1; AD0804(); Iba=(zhi_ad*5/255)/10; //省了十的负四次方 swa=0; swb=0; swc=1; AD0804(); Iceo=(zhi_ad*5/255)*2/50; //省了十的负四次方table[0]=Iceo; Display_StrChar(STR_CHAR,0x04,0x00,"CE反向饱和电流是"); //显示 Display_StrChar(STR_CHAR,0x05,0x03,table); } while(Iba<0.1) ; } /***************************计算处理程序**********************/ void adchuli() { float Ibb=0,Iba=0,Ica=0,Vb=0,Icb=0,Vc=0,Iceo=0; uchar bei_d; uchar bei_a; swa=0; swb=1; swc=0; AD0804(); if(zhi_ad==0) { Display_StrChar(STR_CHAR,0x03,0x02,"请插入BJT"); Display_StrChar(STR_CHAR,0x04,0x02,"或类型错误"); //报类型错误 pnpcl(); } else { do //计算直流放大倍数 { swa=0; swb=1; swc=0; AD0804(); Ibb=(zhi_ad*5/255)/10; //省了十的负四次方 swa=0; swb=0; swc=0; AD0804(); Icb=(zhi_ad*5/255)*2; //省了十的负四次方 bei_d=Icb/Ibb; //显示 table[0]=bei_d; if (bei_d<30) { Display_StrChar(STR_CHAR,0x03,0x02,"NPN管脚错误");//报管脚错误 } else { Display_StrChar(STR_CHAR,0x00,0x00,"NPN直流放大倍数是"); Display_StrChar(STR_CHAR,0x01,0x03,table); } } while ( Ibb<0.13) ; do //计算交流放大倍数{ swa=0; swb=1; swc=0; AD0804(); Iba=(zhi_ad*5/255)/10; //省了十的负四次方 swa=0; swb=0; swc=0; AD0804(); Icb=(zhi_ad*5/255)*2; //省了十的负四次方 bei_a=(Ica-Icb)/(Iba-Ibb);//显示 table[0]=bei_a; Display_StrChar(STR_CHAR,0x02,0x00,"交流放大倍数是"); Display_StrChar(STR_CHAR,0x03,0x03,table); } while( Iba<0.23) ; do //计算Iceo { swa=0; swb=1; swc=0; AD0804(); Iba=(zhi_ad*5/255)/10; //省了十的负四次方 swa=0; swb=0; swc=0; AD0804(); Iceo=(zhi_ad*5/255)*2/50; //省了十的负四次方 table[0]=Iceo; Display_StrChar(STR_CHAR,0x04,0x00,"CE反向饱和电流是"); //显示 Display_StrChar(STR_CHAR,0x05,0x03,table); } while(Iba<0.1) ; } } /*******************DA转换程序*************/ # define DAOUT XBYTE [ 0xfbff ] uchar zhi_daa; void DA7528() { zhi_daa=128+zhi_da*127/5; dacacb=selab; DAOUT=zhi_daa; Delay(50); } /***************键盘程序**********************/ void key() { while(P3!=0xff) { Delay(5); if(P3!=0xff) { if(BY0 == 0) { count++; if(count>5) count=0; } if(BY1 == 0) { count--; if(count<-5) count=0; } if(BY2 == 0) { zhi_da=count; count=0; } if(BY3 == 0) count=0; if(BY4 == 0) selab=0; //选择A通道if(BY5 == 0) selab=1; //选择B通道} } } ************************液晶显示处理****************/ void put_char ( uchar xsdata) { 第二章三极管练习题 一、填空题： 1．晶体管工作在饱和区时发射结偏；集电结偏。 2．三极管按结构分为_ 和两种类型，均具有两个PN结，即______和______。 3.三极管是___________控制器件，场效应管是控制器件。 4.晶体管放大电路的性能指标分析，主要采用等效电路分析法。 5.放大电路中，测得三极管三个电极电位为U1= 6.5V,U2= 7.2V,U3=15V，则该管是______类型管子，其中_____极为集电极。 6.场效应管输出特性曲线的三个区域是________、___________和__________。 7．三极管的发射结和集电结都正向偏置或反向偏置时，三极管的工作状态分别是__ __和______。 8．场效应管同三极管相比其输入电阻_________，热稳定性________。 9.采用微变等效电路法对放大电路进行动态分析时，输入信号必须是________的信号。 10.三极管有放大作用的外部条件是发射结________，集电结______。 11.在正常工作范围内，场效应管极无电流 12．三极管按结构分为______和______两种类型，均具有两个PN结，即___________和_________。 13.晶体三极管是一种＿＿＿控制＿＿＿器件，而场效应管是一种＿＿＿控制＿＿＿器件。 14．若一晶体三极管在发射结加上反向偏置电压，在集电结上也加上反向偏置电压，则这个晶体三极管处于＿＿＿＿＿＿状态。 15．作放大作用时，场效应管应工作在＿＿＿＿(截止区，饱和区，可变电阻区)。 16．晶体三极管用于放大时，应使发射极处于＿＿偏置，集电极处于＿＿偏置。 二、选择题： 1.有万用表测得PNP晶体管三个电极的电位分别是V C=6V，V B=0.7V，V E=1V则晶体管工作在（）状态。 A、放大 B、截止 C、饱和 D、损坏 2、三级管开作在放大区，要求（） A、发射结正偏，集电结正偏 B、发射结正偏，集电结反偏 C、发射结反偏，集电结正偏 D、发射结反偏，集电结反偏 3、在放大电路中，场效应管应工作在漏极特性的哪个区域？（） A 可变线性区 B 截止区 C 饱合区 D击穿区 4.一NPN型三极管三极电位分别有V C=3.3V，V E=3V，V B=3.7V，则该管工作在（） A．饱和区B．截止区 C．放大区D．击穿区 5.三极管参数为P CM=800mW, I CM=100mA, U BR(CEO)=30V,在下列几种情况中，（）属于正常工作。 A．U CE=15V，I C=150 mA B．U CE=20V，I C=80 mA C．U CE=35V，I C=100 mA D．U CE=10V，I C=50mA 6.下列三极管各个极的电位，处于放大状态的三极管是（） 半导体三极管的工作原理 半导体三极管的工作原理 PNP 型半导体三极管和NPN 型半导体三极管的基本工作原理完全一样，下面以NPN 型半导体三极管为例来说明其内部的电流传输过程，进而介绍它的工作原理。半导体三极管常用的连接电路如图15-3 (a) 所示。半导体三极管内部的电流传输过程如图15-3 (b) 所示。半导体三极管中的电流传 输可分为三个阶段。 1 发射区向基区发射电子 电源接通后，发射结为正向连接。在正向电场作用下，发射区的多数载流子(电子)的扩散运动加强。因此，发射区的电子很容易在外电场的作用下越过发射结进入基区，形成电子流IEN(注意电流的方向与电子运动的方向相反)。当然，基区的多数载流子(空穴)也会在外电场的作用下流向发射 区，形成空穴电流IEP。但由于基区的杂质浓度很低，与从发射区来的电子流相比， IEP可以忽略不计，所以发射极电流为: 2. 电子在基区中的扩散与复合 从发射区扩散到基区的电子到达基区后，由于基区靠发射区的一侧电子浓度较大，靠集电区一侧电子浓度较小.所以电子继续向集电区扩散。在扩散过程中，电子有可能与基区的空六相遇而复合，基极电源、EB不断提供空穴，这就形成了 基极电流IBN 。由于基区很薄，而空穴浓度低，电子与空穴复合的机会很少，大部分电子继续向集电区扩散。此外，半导体三极管工作时，集电结为反向连接，在反向电场作用下，基区与集电区之间少数载流子的漂移运动加强c 因基区载流子很少.电子更少，故漂移运动主要是集电区的空穴流向基区。漂移运动形成的电流ICBO的数值很小，而且与 外加电场的大小关系不大，它被称为集电极反向饱和电流因此，基极电流为 3. 集电极电流的形成 由于集电结加的是反向电场，经过基区继续向集电区方向扩散的电子是逆电场方向的，所以受到拉力，加速流向集电区.形成电子流ICN 。如果考 虑集电极饱和电流ICBO的影响，集电极电流应为: 从半导体三极管外电路看，流入管子的电流必须等于流出的电流，所以 从半导体三极管电流传输过程中可以看出，集电极电流IC很大，而基极电流IB 很小。另外，由于三极管本身的结构已定，所以IC和IB在相当大 的一个范围内总存在一个固定的比例关系，即 其中β表示IC与IB的关系.称为共发射极的直流放大系数，β大于1 ，一般为20 -200 。 由于IC和IB存在一定的比例关系，而且IE=lC+IB，所以半导体三极管起着一种电流分配器的作用，即把发射极电流IE 按一定的分配关系分成I C和IB。IC远大于IB 。因存在这种分配关系，所以只要使IB略有增加， IC就会增加很多，这就起到了放大作用。 详解经典三极管基本放大电路 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP 两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 图1：三极管基本放大电路 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。 测判三极管的口诀 三极管的管型及管脚的判别是电子技术初学者的一项基本功，为了帮助读者迅速掌握测判方法，笔者总结出四句口诀：三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准， 动嘴巴。’下面让我们逐句进行解释吧。 一、三颠倒，找基极 大家知道，三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两个PN结连接方式不同，可以分 为NPN型和PNP型两种不同导电类型的三极管，图1是它们的电路符号和等效电路。 测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择R X100或RX1k挡位。图2绘出了万用电表 欧姆挡的等效电路。由图可见，红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。 假定我们并不知道被测三极管是NPN型还是PNP型，也分不清各管脚是什么电极。测试 的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两个电极（如这两个电极为1、2）,用万用 电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取1、3两个电极和2、3两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基 极（参看图1、图2不难理解它的道理）。 二、PN结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的 导电类型（图1）。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，则被 测管即为PNP型。 三、顺箭头，偏转大 找出了基极b，另外两个电极哪个是集电极c,哪个是发射极e呢?这时我们可以用测穿透 电流ICEO的方法确定集电极c和发射极e。 （1）对于NPN型三极管，穿透电流的测量电路如图3所示。根据这个原理，用万用电表的 黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转 角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔TC 极~b极极T红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致（顺箭头”，）所以此 时黑表笔所接的一定是集电极c,红表笔所接的一定是发射极e。 三极管放大电路设计,参数计算及静态工作点设置方法 说一下掌握三极管放大电路计算的一些技巧 放大电路的核心元件是三极管,所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种类较多,我们用常用的几种来解说一下(如图1)。图1是一共射的基本放大电路,一般我们对放大路要掌握些什么内容? (1)分析电路中各元件的作用; (2)解放大电路的放大原理; (3)能分析计算电路的静态工作点; (4)理解静态工作点的设置目的和方法。 以上四项中,最后一项较为重要。 图1中,C1,C2为耦合电容,耦合就是起信号的传递作用,电容器能将信号信号从前级耦合到后级,是因为电容两端的电压不能突变,在输入端输入交流信号后,因两端的电压不能突变因,输出端的电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化,从而将信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说明的是,电容两端的电压不能突变,但不是不能变。 R1、R2为三极管V1的直流偏置电阻,什么叫直流偏置?简单来说,做工要吃饭。要求三极管工作,必先要提供一定的工作条件,电子元件一定是要求有电能供应的了,否则就不叫电路了。 在电路的工作要求中,第一条件是要求要稳定,所以,电源一定要是直流电源,所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电?电阻就象是供水系统中的水龙头,用调节电流大小的。所以,三极管的三种工作状态“:载止、饱和、放大”就由直流偏置决定,在图1中,也就是由R1、R2来决定了。首先,我们要知道如何判别三极管的三种工作状态,简单来说,判别工作于何种工作状态可以根据Uce的大小来判别,Uce接近于电源电压VCC,则三极管就工作于载止状态,载止状态就是说三极管基本上不工作,Ic电流较小(大约为零),所以R2由于没有电流流过,电压接近0V,所以Uce就接近于电源电压VCC。 三极管放大电路设计，参数计算及静态工作点设置方法 说一下掌握三极管放大电路计算的一些技巧 放大电路的核心元件是三极管，所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种 类较多，我们用常用的几种来解说一下(如图1)。图1是一共射的基本放大电路，一般我们对放大路要掌握些什么内容？ ⑴ 分析电路中各元件的作用； (2) 解放大电路的放大原理； (3) 能分析计算电路的静态工作点； (4) 理解静态工作点的设置目的和方法。 图1中,C1,C2为耦合电容，耦合就是起信号的传递作用，电容器能将信号信号从前级耦合到后级，是因为电容两端的电压不能突变，在输入端输入交流信号后，因两端的电压不能突变因，输出端的 电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化，从而将信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说 明的是，电容两端的电压不能突变，但不是不能变。 R1、R2为三极管V1的直流偏置电阻，什么叫直流偏置？简单来说，做工要吃饭。要求三极管工作，必先要提供一定的工作条件，电子元件一定是要求有电能供应的了，否则就不叫电路了。 在电路的工作要求中，第一条件是要求要稳定，所以，电源一定要是直流电源，所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电？电阻就象是供水系统中的水龙头，用调节电流大小的。所以，三极管的三 种工作状态“：载止、饱和、放大”就由直流偏置决定，在图1中，也就是由R1、R2来决定了。 首先，我们要知道如何判别三极管的三种工作状态，简单来说，判别工作于何种工作状态可以根据Uce的大小来判别，Uce接近于电源电压VCC，则三极管就工作于载止状态，载止状态就是说三极管基本上不工作，Ic电流较小(大约为零)，所以R2由于没有电流流过，电压接近0V，所以Uce就接近于电源电压VCG 若Uce接近于0V,则三极管工作于饱和状态，何谓饱和状态？就是说,Ic电流达到了最大值，就算I b增大，它也不能再增大了。 以上两种状态我们一般称为开关状态，除这两种外，第三种状态就是放大状态，一般测Uce接近于电源电压的一半。若测Uce偏向VCC,则三极管趋向于载止状态，若测Uce偏向0V,则三极管趋向于饱和状态。 理解静态工作点的设置目的和方法 放大电路，就是将输入信号放大后输出，(一般有电压放大，电流放大和功率放大几种，这个不在这 讨论内)。先说我们要放大的信号，以正弦交流信号为例说。在分析过程中，可以只考虑到信号大 小变化是有正有负，其它不说。上面提到在图1放大电路电路中，静态工作点的设置为Uce接近于 东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：模拟电子电路基础 第三次实验 实验名称：三极管放大电路设计 院（系）：专业： 姓名：学号： 实验室: 105 实验组别： 同组人员：实验时间：2015年05月04日评定成绩：审阅教师： 实验三三极管放大电路设计 一、实验目的 1.掌握单级放大电路的设计、工程估算、安装和调试； 2.了解三极管、场效应管各项基本器件参数、工作点、偏置电路、输入阻抗、输出阻抗、 增益、幅频特性等的基本概念以及测量方法； 3.了解负反馈对放大电路特性的影响。 4.掌握多级放大电路的设计、工程估算、安装和调试； 5.掌握基本的模拟电路的故障检查和排除方法，深化示波器、稳压电源、交流毫伏表、 函数发生器的使用技能训练。 二、预习思考： 1.器件资料： 上网查询本实验所用的三极管9013的数据手册，画出三极管封装示意图，标出每个管脚的名称，将相关参数值填入下表： 注：额——表示Absolute maximum ratings，最大额定值。 2.偏置电路： 图3-3中偏置电路的名称是什么？简单解释是如何自动调节晶体管的电流I C以实现稳定直流工作点的作用的，如果R1、R2取得过大能否再起到稳定直流工作点的作用，为什么？ 答： ①图3-1偏置电路名称：分压式偏置电路。 ②自动调节晶体管电流Ic以实现稳定直流工作点的作用的原理： 当温度升高，会引起静态电流ICQ(≈IEQ)的增加，此时发射极直流电位UEQ=IEQ*RE 也会增加，而由于基极电位UBQ基本固定不变，因此外加在BJT发射结上的电压UBEQ=UBQ-UEQ将减小，迫使IEQ减小，进而抑制了ICQ的增加，使ICQ基本维持不变，达到自动稳定静态工作点的目的。同理，当温度降低时，ICQ减小，UEQ同时减小，而UBEQ则上升促使IEQ增大，抑制了ICQ 的减小，进而保证了Q点的稳定。 ③若R1、R2取得过大，则不能再起到稳定工作点的作用。这是因为在此情况下， 流入基极的电流不可再忽略，UB不稳定导致直流工作点不稳定。 三极管的作用：三极管放大电路原理 一、放大电路的组成与各元件的作用 Rb和Rc：提供适合偏置--发射结正偏，集电结反偏。C1、C2是隔直(耦合)电容，隔直流通交流。 共射放大电路 Vs ，Rs：信号源电压与内阻； RL：负载电阻，将集电极电流的变化△ic转换为集电极与发射极间的电压变化△VCE 二、放大电路的基本工作原理 静态(Vi=0,假设工作在放大状态) 分析，又称直流分析，计算三极管的电流和极间电压值，应采用直流通路(电容开路)。 基极电流：IB=IBQ=(VCC-VBEQ)/Rb 集电极电流：IC=ICQ=βIBQ 集-射间电压：VCE=VCEQ=VCC-ICQRc 动态(vi≠0)分析： 放大电路对信号的放大作用是利用三极管的电流控制作用来实现，其实质上是一种能量转换器。 三、构成放大电路的基本原则 放大电路必须有合适的静态工作点：直流电源的极性与三极管的类型相配合，电阻的设置要与电源相配合，以确保器件工作在放大区。输入信号能有效地加到放大器件的输入端，使三极管输入端的电流或电压跟随输入信号成比例变化，经三极管放大后的输出信号(如 ic=β*ib)应能有效地转变为负载上的输出电压信号。 电压传输特性和静态工作点 一、单管放大电路的电压传输特性 图解分析法： 输出回路方程： 输出特性曲线： AB段：截止区，对应于输出特性曲线中iB＜0的部分。 BCDEFG段：放大区 GHI段：饱和区 作为放大应用时：Q点应置于E处(放大区中心)。若Q点设置C处，易引起载止失真。若Q点设置F处，易引起饱和失真。 用于开关控制场合：工作在截止区和饱和区上。 二、单管放大电路静态工作点(公式法计算) 第一节基本三极管开关基本电路设计 三极管除了可以当做交流信号放大器之外，也可以做为开关之用。严格说起来，三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同，但是它却具有一些机械式开关所没有的特点。图1所示，即为三极管电子开关的基本电路图。由下图可知，负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间，而位居三极管主电流的回路上， 图1 基本的三极管开关 输入电压Vin则控制三极管开关的开启(open) 与闭合(closed) 动作，当三极管呈开启状态时，负载电流便被阻断，反之，当三极管呈闭合状态时，电流便可以流通。详细的说，当Vin为低电压时，由于基极没有电流，因此集电极亦无电流，致使连接于集电极端的负载亦没有电流，而相当于开关的开启，此时三极管乃胜作于截止(cut off)区。 同理，当Vin为高电压时，由于有基极电流流动，因此使集电极流过更大的放大电流，因此负载回路便被导通，而相当于开关的闭合，此时三极管乃胜作于饱和区(saturation)。838电子 一、三极管开关电路的分析设计 由于对硅三极管而言，其基射极接面之正向偏压值约为0.6伏特，因此欲使三极管截止，Vin必须低于0.6伏特，以使三极管的基极电流为零。通常在设计时，为了可以更确定三极管必处于截止状态起见，往往使Vin值低于0.3伏特。(838电子资源) 当然输入电压愈接近零伏特便愈能保证三极管开关必处于截止状态。欲将电流传送到负载上，则三极管的集电极与射极必须短路，就像机械开关的闭合动作一样。欲如此就必须使Vin达到够高的准位，以驱动三极管使其进入饱和工作区工作，三极管呈饱和状态时，集电极电流相当大，几乎使得整个电源电压Vcc均跨在负载电阻上，如此则VcE便接近于0，而使三极管的集电极和射极几乎呈短路。在理想状况下，根据奥姆定律三极管呈饱和时，其集电极电流应该为﹕ 三极管放大电路设计-参数计算及静态工作点设置方法 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 三极管放大电路设计,参数计算及静态工作点设置方法 说一下掌握三极管放大电路计算的一些技巧 放大电路的核心元件是三极管,所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种类较多,我们用常用的几种来解说一下(如图1)。图1是一共射的基本放大电路,一般我们对放大路要掌握些什么内容? (1)分析电路中各元件的作用; (2)解放大电路的放大原理; (3)能分析计算电路的静态工作点; (4)理解静态工作点的设置目的和方法。 以上四项中,最后一项较为重要。 图1中,C1,C2为耦合电容,耦合就是起信号的传递作用,电容器能将信号信号从前级耦合到后级,是因为电容两端的电压不能突变,在输入端输入交流信号后,因两端的电压不能突变因,输出端的电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化,从而将信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说明的是,电容两端的电压不能突变,但不是不能变。 R1、R2为三极管V1的直流偏置电阻,什么叫直流偏置?简单来说,做工要吃饭。要求三极管工作,必先要提供一定的工作条件,电子元件一定是要求有电能供应的了,否则就不叫电路了。 在电路的工作要求中,第一条件是要求要稳定,所以,电源一定要是直流电源,所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电?电阻就象是供水系统中的水龙头,用调节电流大小的。所以,三极管的三种工作状态“:载止、饱和、放大”就由直流偏置决定,在图1中,也就是由R1、R2来决定了。首先,我们要知道如何判别三极管的三种工作状态,简单来说,判别工作于何种工作状态可以根据Uce的大小来判别,Uce接近于电源电压VCC,则三极管就工作于载止状态,载止状态就是说三极管基本上不工作,Ic电流较小(大约为零),所以R2由于没有电流流过,电压接近0V,所以Uce就接近 第二章半导体三极管及其基本电路 一、填空题 1、(2-1，中)当半导体三极管的正向偏置，反向偏置偏置时，三极管具有放大作用，即极电流能控制极电流。 2、(2-1，低)根据三极管的放大电路的输入回路与输出回路公共端的不同，可将三极管放大电路分为，，三种。 3、(2-1，低)三极管的特性曲线主要有曲线和曲线两种。 4、(2-1，中)三极管输入特性曲线指三极管集电极与发射极间所加电压V CE一定时， 与之间的关系。 5、(2-1，低)为了使放大电路输出波形不失真,除需设置外,还需输入信号。 6、(2-1，中)为了保证不失真放大，放大电路必须设置静态工作点。对NPN管组成的基本共射放大电路，如果静态工作点太低，将会产生失真，应调R B，使其，则 I B，这样可克服失真。 7、(2-1，低)共发射极放大电路电压放大倍数是与的比值。 8、(2-1，低)三极管的电流放大原理是电流的微小变化控制电流的较大变化。 9、(2-1，低)共射组态既有放大作用，又有放大作用。 10、(2-1，中)共基组态中，三极管的基极为公共端，极为输入端，极为输出端。 11、(2-1，难)某三极管3个电极电位分别为V E=1V,V B=1.7V,V C=1.2V。可判定该三极管是工作于区的型的三极管。 12、(2-1，难)已知一放大电路中某三极管的三个管脚电位分别为①3.5V，②2.8 V，③5V，试判断： a．①脚是，②脚是，③脚是（e, b，c）； b．管型是（NPN，PNP）； c．材料是（硅，锗）。 13、(2-1，中)晶体三极管实现电流放大作用的外部条件是，电流分配关系是。 14、(2-1，低)温度升高对三极管各种参数的影响，最终将导致I C，静态工作 三极管放大电路课程设计 (电子1202班杨云鹏0121209330224) 参考资料：《晶体管电路设计》【日】铃木雅臣著 《电子设计从零开始》 9013的相关介绍: 9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管，在收音机以及各种放大电路中经常看到它，应用范围很广,它是NPN型小功率三极管. 主要 用于低频放大与电子开关。 参数： 结构 NPN 材料与极性：SI-NPN 引脚：1 发射极2 基极3 集电 极。集电极发射极电压25V; 集电极基极电压45V ;发射极基极电压 5V ;集电极电流Ic Max 0.5A; 耗散功率0.625W ;工作温度-55℃ +150℃;特征频率150MHz。 课题要求：设计电压放大倍数为100倍的三极管放大电路；并且能够带动8欧和4千欧的负载。 电路设计：用2个9013三极管和一个8050pnp型三极管，前一个作为共射放大电路，放大倍数为50dB，但空载时输出电阻太大，无法带动负载为8欧的喇叭，所以后面加一个推挽型射极跟随器，不会降低放大倍数，但可使空载时输出电阻变的很小一般为几欧到十几欧，可带动8欧的喇叭。 电路设计图： 电路仿真输入输出波形： 实际测量： 出现故障及解决方法 1，在仿真的时候，出现了输出信号饱和失真和截止失真、增益不够、波形变形以及不能带动小负载的现象。解决方法：通过改变rc与re以及偏执电阻的阻值来不断的计算和调整，并加上了推挽式跟随器。最终得到了符合的波形 总结 在设计这次的BJT放大电路的过程中，我较熟练地运用了模电中的三极管放大，射极跟随器，推挽型射极跟随器以及差分放大电路和负反馈等知识。但是设计出的实物与实验要求相比还有比较大的差距。4千欧负载时三极管放大增益较符合，但是8欧的负载时信号衰减过大，不能符合设计要求。在不断地探索与试验中更深的理解了三极管放大电路中各电阻阻值变化对增益的影响。在今后学习中需再接再厉，并吸取这次的经验与教训。 半导体三极管知识介绍 5.1 半导体三极管英文缩写：Q/T 5.2 半导体三极管在电路中常用“Q”加数字表示，如：Q17表示编号为17的三极管。 5.3半导体三极管特点：半导体三极管（简称晶体管）是内部含有2个PN结，并且具有 放大能力的特殊器件。它分NPN型和PNP型两种类型，这两种类型的三极管从工作特性上可 互相弥补，所谓OTL电路中的对管就是由PNP型和NPN型配对使用。 NPN型，锗管多为PNP型。 `E() C(集电极) B(基极) NPN型三极管 PNP型三极管 5.4 半导体三极管放大的条件:要实现放大作用，必须给三极管加合适的电压，即管 子发射结必须具备正向偏压，而集电极必须反向偏压,这也是三极管的放大必须具备的外 部条件。 5.5 半导体三极管的主要参数 a; 电流放大系数：对于三极管的电流分配规律Ie=Ib+Ic,由于基极电流Ib的变化， 使集电极电流Ic发生更大的变化，即基极电流Ib的微小变化控制了集电极电流较大，这就 是三极管的电流放大原理。即β=ΔIc/ΔIb。 b;极间反向电流，集电极与基极的反向饱和电流。 c;极限参数：反向击穿电压，集电极最大允许电流、集电极最大允许功率损耗。 5.6半导体三极管具有三种工作状态，放大、饱和、截止，在模拟电路中一般使用放大 作用。饱和和截止状态一般合用在数字电路中。 a;半导体三极管的三种基本的放大电路。 共射极放大电路共集电极放大电路 b;三极管三种放大电路的区别及判断可以从放大电路中通过交流信号的传输路径来判断， 没有交流信号通过的极，就叫此极为公共极。 注：交流信号从基极输入，集电极输出，那发射极就叫公共极。 交流信号从基极输入，发射极输出，那集电极就叫公共极。 交流信号从发射极输入，集电极输出，那基极就叫公共极。 5.7 用万用表判断半导体三极管的极性和类型(用指针式万用表). a;先选量程：R﹡100或R﹡1K档位. b;判别半导体三极管基极： 用万用表黑表笔固定三极管的某一个电极，红表笔分别接半导体三极管另外两各电极，观察指针偏转，若两次的测量阻值都大或是都小，则改脚所接就是基极（两次阻值都小的为NPN型管，两次阻值都大的为PNP型管），若两次测量阻值一大一小，则用黑笔重新固定半导体三极管一个引脚极继续测量，直到找到基极。 c;.判别半导体三极管的c极和e极： 确定基极后，对于NPN管，用万用表两表笔接三极管另外两极，交替测量两次，若两次测量的结果不相等，则其中测得阻值较小得一次黑笔接的是e极，红笔接得是c极（若是PNP型管则黑红表笔所接得电极相反）。 d; 判别半导体三极管的类型. 如果已知某个半导体三极管的基极,可以用红表笔接基极,黑表笔分别测量其另外两个电极引脚,如果测得的电阻值很大,则该三极管是NPN型半导体三极管,如果测量的电阻值都很小,则该三极管是PNP型半导体三极管. 5.8 现在常见的三极管大部分是塑封的，如何准确判断三极管的三只引脚哪个是b、c、e？三极管的b极很容易测出来，但怎么断定哪个是c哪个是e？ a; 这里推荐三种方法：第一种方法：对于有测三极管hFE插孔的指针表，先测出b极后，将三极管随意插到插孔中去（当然b极是可以插准确的），测一下hFE值，b;然后再将管子倒过来再测一遍，测得hFE值比较大的一次，各管脚插入的位置是正确的。第二种方法：对无hFE测量插孔的表，或管子太大不方便插入插孔的,可以用这种方法：对NPN管，先测出b极（管子是NPN还是PNP以及其b脚都很容易测出，是吧？），将表置于R×1kΩ档，将红表笔接假设的e极（注意拿红表笔的手不要碰到表笔尖或管脚），黑表笔接假设的c极，同时用手指捏住表笔尖及这个管脚，将管子拿起来，用你的舌尖舔一下b 极，看表头指针应有一定的偏转，如果你各表笔接得正确，指针偏转会大些，如果接得不对，指针偏转会小些，差别是很明显的。由此就可判定管子的c、e极。对PNP管，要将黑表笔接假设的e极（手不要碰到笔尖或管脚），红表笔接假设的c极，同时用手指捏住表笔尖及这个管脚，然后用舌尖舔一下b极，如果各表笔接得正确，表头指针会偏转得比较大。当然测量时表笔要交换一下测两次，比较读数后才能最后判定。这个方法适用于所有外形的三极 三极管电路放大电路及其分析方法 一、教学要求 1.重点掌握的内容 （1）放大、静态与动态、直流通路与交流通路、静态工作点、负载线、放大倍数、输入电阻与输出电阻的概念； （2）用近似计算法估算共射放大电路的静态工作点； （3）用微变等效电路法分析计算共射电路、分压式工作点稳定电路的电压放大倍数A u和A us，输入电阻R i和输出电阻R0。 2.一般掌握的内容 （1）放大电路的频率响应的一般概念； （2）图解法确定共射放大电路的静态工作点，定性分析波形失真，观察电路参数对静态工作点的影响，估算最大不失真输出的动态范围； （3）三种不同组态（共射、共集、共基）放大电路的特点； （4）多级放大电路三种耦合方式的特点，放大倍数的计算规律。 3.一般了解的内容 （1）共射放大电路f L、f H与电路参数间的定性关系，波特图的一般知识。多级放大电路与共射放大电路频宽的定性分析； （2）用估算法估算场效应管放大电路静态工作点的方法。 二．内容提要 1.共射接法的两个基本电路 共射放大电路和分压式工作点稳定电路是模拟电路中最基本的单元电路。学习这两种基本电路的分析方法是学习比较复杂的模拟电路的基础。 2.两种基本分析方法——图解法和微变等效电路法 在“模拟电路”中，三极管是非线性元件，因此不能简单地采用“电路与磁路”课中线性电路地分析方法。图解法和微变等效电路法就是针对三极管非线性的特点而采用的分析方法。 3.放大电路的三种组态——共射组态、共集组态和共基组态 由于放大电路输入、输出端取自三极管三个不同的电极，放大电路有三种组态——共射组态、共集组态和共基组态。由于组态的不同，其放大电路反映出的特性是不同的。在实际中，可根据要求选择相应组态的电路。 4.两种放大元件组成的放大电路——双极型三极管放大电路和场效应管放大电路 一般来说，双极性三极管是一种电流控制元件，它通过基极电流i B的变化控制集电极电流I c的变化。而场效应管是一种电压控制元件，它通过改变栅源间的电压u GS来控制漏极电流i D的变化；其次，双极性三极管的输入电阻较小，而场效应管的输入电阻很高，静态时栅极几乎不取电流。由于它们性能和特点的不同，可根据要求选用不同元件组成的放大电路。 5.多级放大电路的三种耪合方式——阻容耦合、直接耦合和变压器耦合 将多级放大电辟连接起来的时候，就出现了级与级之间的耦合方式问题。通过电阻和电容将两级放大电路连接起来的方式称为阻容耦合。由于电容的作用， 臧廷杰与你分享三极管放大电路设计技巧臧廷杰觉得掌握了下面这些技巧，三极管放大电路计算So easy. 放大电路的核心元件是三极管,所以要对三极管要有一定的了解。用三极管构成的放大电路的种类较多,我们用常用的几种来解说一下(如图1)。图1是一共射的基本放大电路,一般我们对放大路要掌握些什么内容? (1)分析电路中各元件的作用; (2)解放大电路的放大原理; (3)能分析计算电路的静态工作点; (4)理解静态工作点的设置目的和方法。 以上四项中,最后一项较为重要。 图1中,C1,C2为耦合电容,耦合就是起信号的传递作用,电容器能将信号信号从前级耦合到后级,是因为电容两端的电压不能突变,在输入端输入交流信号后,因两端的电压不能突变因,输出端的电压会跟随输入端输入的交流信号一起变化,从而将信号从输入端耦合到输出端。但有一点要说明的是,电容两端的电压不能突变,但不是不能变。 R1、R2为三极管V1的直流偏置电阻,什么叫直流偏置?简单来说,做工要吃饭。要求三极管工作,必先要提供一定的工作条件,电子元件一定是要求有电能供应的了,否则就不叫电路了。 在电路的工作要求中,第一条件是要求要稳定,所以,电源一定要是直流电源,所以叫直流偏置。为什么是通过电阻来供电?电阻就象是供水系统中的水龙头,用调节电流大小的。所以, 三极管的三种工作状态“载止、饱和、放大”就由直流偏置决定,在图1中,也就是由R1、R2来决定了。 首先,我们要知道如何判别三极管的三种工作状态,简单来说,判别工作于何种工作状态可以根据Uce的大小来判别,Uce接近于电源电压VCC, 则三极管就工作于载止状态,载止状态就是说三极管基本上不工作,Ic电流较小(大约为零),所以R2由于没有电流流过,电压接近0V,所以Uce就接近于电源电压VCC。（臧廷杰整理） 若Uce接近于0V,则三极管工作于饱和状态,何谓饱和状态?就是说,Ic电流达到了最大值,就算Ib增大,它也不能再增大了。 以上两种状态我们一般称为开关状态,除这两种外,第三种状态就是放大状态,一般测Uce接近于电源电压的一半。若测Uce偏向VCC,则三极管趋向于载止状态,若测Uce偏向0V,则三极管趋向于饱和状态。 理解静态工作点的设置目的和方法 放大电路,就是将输入信号放大后输出,(一般有电压放大,电流放大和功率放大几种,这个不在这讨论内)。先说我们要放大的信号,以正弦交流信号为例说。在分析过程中,可以只考虑到信号大小变化是有正有负,其它不说。上面提到的图1放大电路电路中,静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半, 为什么? 这是为了使信号正负能有对称的变化空间,在没有信号输入的时候,即信号输入为0,假设Uce为电源电压的一半,我们当它为一水平线,作为一个参考点。当输入信号增大时,则Ib 增大,Ic电流增大,则电阻R2的电压U2=Ic×R2会随之增大,Uce=VCC-U2,会变小。U2最大理论上能达到等于VCC,则Uce最小会达到0V,这是说,在输入信增加时,Uce最大变化是从1/2的VCC变化到0V. 同理,当输入信号减小时,则Ib减小,Ic电流减小,则电阻R2的电压U2=Ic×R2会随之减小,Uce=VCC-U2,会变大。在输入信减小时,Uce最大变化是从1/2的VCC变化到VCC。这样,在输入信号一定范围内发生正负变化时,Uce以1/2VCC为准的话就有一个对称的正负变化范围,所以一般图1静态工作点的设置为Uce接近于电源电压的一半。 要把Uce设计成接近于电源电压的一半,这是我们的目的,但如何才能把Uce设计成接近于电源电压的一半?这就是的手段了。 这里要先知道几个东西,第一个是我们常说的Ic、Ib,它们是三极管的集电极电流和基极电流,它们有一个关系是Ic=β×Ib,但我们初学的时候,老师很明显的没有告诉我们,Ic、Ib是多大才合适?这个问题比较难答,因为牵涉的东西比较的多,但一般来说,对于小功率管,一般 第一部份二极管三极管 一、选择正确答案填入空内。 （1）PN结加正向电压时，空间电荷区将。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）稳压管的稳压区是其工作在。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿 （3）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏（4）当NPN型三极管的V CE > V BE且V BE >0.5V时，则三极管工作在（） A、截止区 B、放大区 C、饱和区 D、击穿区 （5）在本征半导体中加入元素可形成N型半导体，加入元素可形成P型半导体。 A. 五价 B. 四价 C. 三价 （6）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 （7）工作在放大区的某三极管，如果当I B从12μA增大到22μA时，I C从1mA变为2mA，那么它的β约为。 A. 83 B. 91 C. 100 （8）一个正常工作放大器中，测得某个三极管各管脚电位是3V，12V，3.7V，则该管是（） A、PNP管 B、NPN管 C、不知道 D、都有可能（9）、上题中的三极管是什么材料做的（） A、硅管 B、锗管 C、金属 D、不知道（10）、二极管电路如右图所示，则V1、V2的状态为（） A、V1、V2均导通 B、V1导通，V2截止 C、V1截止，V2导通 D、V1、V2均截止 （11）、固定偏置放大器如右图，测试电路的静态时，测得V C＝12V，则（） A、电路在放大状态 B、电路在截至状态 C、电路在饱和状态 D、R B已经短路 （12）、若用万用表测二极管的正、反向电阻的方法来判断 二极管的好坏，好的管子应为( )。 A、正、反向电阻相等 实验二三极管基本放大电路 一、实验目的 学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 掌握放大器电压放大倍数、及最大不失真输出电压的测试方法。 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验原理 共射放大电路既有电流放大，又有电压放大，故常用于小信号的放大。改变电路的静态工作点，可调节电路的电压放大倍数。而电路工作点的调整，主要是通过改变电路参数来实现，负载电阻R L的变化不影响电路的静态工作点，只改变电路的电压放大倍数。该电路输入电阻居中，输出电阻高，适用于多级放大电路的中间级。 静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时V0的负半周将被削底；如工作点偏低易产生截止失真，即V0的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一不定期的V i，检查输出电压V0的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。工作点偏高或偏低不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。 图2－1 基本放大电路实验图 三、实验内容与步骤 1.调整静态工作点：按图连线，然后接通12V电源，调节信号发生器的频率和幅值调切旋 钮，使之输出f=1000Hz，Ui=10mV的低频交流信号，然后调节电路图中Rp1和Rp2使放大器输出波形幅值最大，又不失真。 2.去掉输入信号（最好使输入端交流短路），测量静态工作点（Ic，U ce，U be） 3.测量电压放大倍数：重新输入信号，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述二种 情况下的U0值，此时的U0和U i相位相反。 4.测量幅频频特性曲线：保持输入信号的幅度不变，改变信号源频率f，按照下面的的频率 要求逐点测出相应的输出电压U0，记入下表，并且画出幅频特性曲线。 【例4-1】电路如图所示，晶体管的β＝100，U BE＝0.7 V，饱和管压降U CES＝0.4 V；稳压管的稳定电压U Z ＝4V，正向导通电压U D＝0.7 V，稳定电流I Z＝5 mA，最大稳定电流I ZM＝25 mA。试问： （1）当u I为0 V、1.5 V、25 V时u O各为多少？ （2）若R c短路，将产生什么现象？ 【相关知识】 晶体管工作状态的判断，稳压管是否工作在稳压状态的判断以及限流电阻的作用。 【解题思路】 （1）根据u I的值判断晶体管的工作状态。 （2）根据稳压管的工作状态判断u O的值。 【解题过程】 （1）当u I＝0时，晶体管截止；稳压管的电流 在I Z和I ZM之间，故u O＝U Z＝4 V。 当u I＝15V时，晶体管导通，基极电流 假设晶体管工作在放大状态，则集电极电流 由于u O＞U CES＝0.4 V，说明假设成立，即晶体管工作在放大状态。 值得指出的是，虽然当u I为0 V和1.5 V时u O均为4 V，但是原因不同；前者因晶体管截止、稳压管 工作在稳压区，且稳定电压为4 V，使u O＝4 V；后者因晶体管工作在放大区使u O＝4 V，此时稳压管因电流为零而截止。 当u I＝2.5 V时，晶体管导通，基极电流 假设晶体管工作在放大状态，则集电极电流 在正电源供电的情况下，u O不可能小于零，故假设不成立，说明晶体管工作在饱和状态。 实际上，也可以假设晶体管工作在饱和状态，求出临界饱和时的基极电流为 I B=0.18 mA＞I BS，说明假设成立，即晶体管工作在饱和状态。 （2）若R c短路，电源电压将加在稳压管两端，使稳压管损坏。若稳压管烧断，则u O＝V CC＝12 V。 若稳压管烧成短路，则将电源短路；如果电源没有短路保护措施，则也将因输出电流过大而损坏模电三极管练习题
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