MOTOROLA SEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA
P2N2222A
SWITCHING TIME EQUIVALENT TEST CIRCUITS
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200500
1.0+0.5
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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)。
如何快速确定三极管的工作状态三极管的三种工作状态分析判断有放大、饱和、截止三种工作状态，放大电路中的三极管是否处于放大状态或处于何种工作状态，对于学生是一个难点。笔者在长期的教学实践中发现，只要深刻理解三极管三种工作状态的特点，分析电路中三极管处于何种工作状态就会容易得多，下面结合例题来进行分析。 一、三种工作状态的特点 1.三极管饱和状态下的特点 要使三极管处于饱和状态，必须基极电流足够大，即IB≥IBS。三极管在饱和时，集电极与发射极间的饱和电压(UCES)很小，根据三极管输出电压与输出电流关系式UCE=EC-ICRC，所以IBS=ICS/β=EC-UCES/β≈EC/βRC。三极管饱和时，基极电流很大，对硅管来说，发射结的饱和压降UBES=0.7V(锗管UBES=-0.3V)，而UCES=0.3V，可见，UBE>0，UBC>0，也就是说，发射结和集电结均为正偏。三极管饱和后，C、E 间的饱和电阻RCE=UCES/ICS，UCES 很小，ICS 最大，故饱和电阻RCES很小。所以说三极管饱和后G、E 间视为短路，饱和状态的NPN 型三极管等效电路如图1a 所示。 2.三极管截止状态下的特点要使三极管处于截止状态，必须基极电流IB=0，此时集电极IC=ICEO≈0(ICEO 为穿透电流，极小)，根据三极管输出电压与输出电流关系式UCE=EC-ICRC，集电极与发射极间的电压UCE≈EC。 三极管截止时，基极电流IB=0，而集电极与发射极间的电压UCE≈ECO 可见，UBE≤0，UBC1V 以上，UBE>0，UBC 二、确定电路中三极管的工作状态 下面利用三极管三种工作状态的特点和等效电路来分析实际电路中三极管的工作状态。 例题：图2 所示放大电路中，已知EC=12V，β=50，Ri=1kΩ，Rb=220kΩ，Rc=2kΩ，其中Ri 为输入耦合电容在该位置的等效阻抗。问：1.当输入信号最大值为+730mV，最小值为-730mV 时，能否经该电路顺利放大?2.当β=150 时，该电路能否起到正常放大作用?
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？ 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
NPN：放大，集电结反偏，发射结正偏； 截止，集电结反偏，发射结反偏； 饱和，集电结正偏，发射结正偏； PNP：放大，集电结正偏，发射结反偏； 截止，集电结正偏，发射结正偏； 饱和，集电结反偏，发射结反偏； 这是我脑子里的东西，你自己看一下是不是相反吧 简单的办法就是判断他们的电位变化的情况。以下以NPN硅管为例，PNP管正好相反。（1）截止，Ube<0.7V，也就是发射结反偏，Ube<0的时候是可靠截止。（2）放大，Ube>0.7V，Uce>Ube，Ubc<0，也就是发射结正偏，集电结反偏。（3）饱和，Ube>0.7V，Uce
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。
关于三极管工作于开关状态的原理解析 晶体三极管的实际开关特性决定于管子的工作状态。晶体三极管输出特性三个工作区，即截止区、放大区、饱和区,如图4.2.1(b)所示。如果要使晶体三极管工作于开关的接通状态，就应该使之工作于饱和区； 要使晶体三极管工作于开关的断开状态，就应该使之工作于截止区，发射极电流iE=0，这时晶体三极管处于截止状态，相当于开关断开。集电结加有反向电压，集电极电流iC=ICBO，而基极电流iB=-ICBO。说明三极管截止时，iB并不是为0，而等于-ICBO。基极开路时，外加电源电压VCC使集电结反向偏置，发射结正向偏置晶体三极管基极电流iB=0时，晶体管并未进入截止状态，这时iE=iC =ICEO还是较大的。晶体管进入截止状态，晶体管基极与发射极之间加反向电压，这时只存在集电极反向饱和电流ICBO，iB =-ICBO，iE=0，为临界截止状态。进一步加大基极电压的绝对值，当大于VBO时，发射结处于反向偏置而截止，流过发射结的电流为反向饱和电流IEBO，这时晶体管进入截止状态iB = -(ICBO+ IEBO)，iC= ICBO。发射结外加正向电压不断升高，集电极电流不断增加。同时基极电流也增加，随着基极电流iB 的增加基极电位vB升高，而随着集电极电流iC的增加，集电极电位vC却下降。当基极电流iB增大到一定值时，将出现vBE =vCE的情况。这时集电结为零偏，晶体管出现临界饱和。 如果进一步增大iB ，iB增大，使得集电结由零偏变为正向偏置，集电结位垒降低，集电区电子也将注入基区，从而使集电极电流iC随基极电流iB的增大而增大的速度减小。这时在基区存储大量多余电子-空穴对，当iB继续增大时，iC基本维持不变，即iB失去对iC的控制作用，或者说这时晶体管的放大能力大大减弱了。这时称晶体管工作于饱和状态。一般地说，在饱和状态时饱和压降VBE(sat)近似等于0.7V，VCE(sat)近似等于0.3V。由图4.2.1(a)可看出，集电极电流iC的增加受外电路的限制。由电路可得出iC的最大值为ICM= VCC/ RC。晶体管进入饱和状态，基极电流增大，集电极电流变化很小，即iC=ICS=(VCC-VBE(sat))/RC晶体管处于临界饱和时的基极电流为IBS=ICS/β=(VCC-VBE(sat))/βRC 基极电阻增大,驱动电流不足,特别是晶体管从放大区进入饱和区时时间太长,开关晶体管发热烧坏,因此此电阻的计算为:Rb《=Hfe*(Vb-0.7)/Icm 在简易自动控制电路中，将介绍一些模拟实验电路，利用一些物理现象产生的力、热、声、光、电信号，实现自动控制，以达到某种控制效果。
三极管的工作原理（转载） 三极管的工作原理 对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流去控制大电流。 放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。 所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。 如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。 在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。 如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。 饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。 在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。 而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。 结构与操作原理
三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面，如图1所示，可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为射极（emitter, E）、基极（base, B）和集 极（collector, C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出 npn与pnp三极管的电路符号，射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体， 和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中 性的p型区和n型区隔开。 图1 pnp(a)与npn(b)三极管的结构示意图与电路符号。 三极管的电特性和两个pn接面的偏压有关，工作区间也依偏压方式来分类，这里 我们先讨论最常用的所谓”正向活性区”(forward active)，在此区EB极间的pn接 面维持在正向偏压，而BC极间的pn接面则在反向偏压，通常用作放大器的三极管 都以此方式偏压。图2(a)为一pnp三极管在此偏压区的示意图。 EB接面的空乏 区由于在正向偏压会变窄，载体看到的位障变小，射极的电洞会注入到基极，基 极的电子也会注入到射极；而BC接面的耗尽区则会变宽，载体看到的位障变大， 故本身是不导通的。图2(b)画的是没外加偏压，和偏压在正向活性区两种情形 下，电洞和电子的电位能的分布图。 三极管和两个反向相接的pn二极管有什么差别呢？其间最大的不同部分就在 于三极管的两个接面相当接近。以上述之偏压在正向活性区之pnp三极管为例， 射极的电洞注入基极的n型中性区，马上被多数载体电子包围遮蔽，然后朝集电极 方向扩散，同时也被电子复合。当没有被复合的电洞到达BC接面的耗尽区时， 会被此区内的电场加速扫入集电极，电洞在集电极中为多数载体，很快藉由漂移电流 到达连结外部的欧姆接点，形成集电极电流IC。 IC的大小和BC间反向偏压的大小 关系不大。基极外部仅需提供与注入电洞复合部分的电子流IBrec，与由基极注入 射极的电子流InB? E（这部分是三极管作用不需要的部分）。 InB? E在射极与与电 洞复合，即InB? E=I Erec。pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类可以清楚地 在图3(a)中看出。
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﹕
三极管的工作原理 对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流去控制大电流。放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。 所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。 结构与操作原理 三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面，如图1所示，可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为射极（emitter, E）、基极（base, B）和集极（collector, C），名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出 npn与pnp三极管的电路符号，射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体，和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中性的p型区和n型区隔开。 图1 pnp(a)与npn(b)三极管的结构示意图与电路符号。
三极管放大电路设计-参数计算及静态工作点设置方法
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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
三极管状态判断 NPN管:放大状态Vc>Vb>Ve,饱和状态Vb>ve,Vb>vc,截止状态Vc=+V,Vb=0 PNP管:放大状态Ve>Vb>Vc,饱和状态Vb
快速确定三极管工作状态的方法 重庆易天龙 三极管有放大、饱和、截止三种工作状态，放大电路中的三极管是否处于放大状态或处于何种工作状态，对于学生是一个难点。笔者在长期的教学实践中发现，只要深刻理解三极管三种工作状态的特点，分析电路中三极管处于何种工作状态就会容易得多，下面结合例题来进行分析。 一、三种工作状态的特点 1．三极管饱和状态下的特点 要使三极管处于饱和状态，必须基极电流足够大，即Is≥IBs。三极管在饱和时，集电极与发射极间的饱和电压(Uces)很小，根据三极管输出电压与输出电流关系式Uce＝Ec－IcRc，所以 三极管饱和后，C、E间的饱和电阻RcEs=UcEs／Ics，UcEs很小，Ics最大，故饱和电阻RcEs很小。所以说三极管饱和后C、E问视为短路，饱和状态的NPN型三极管等效电路如图1a所示。 2．三极管截止状态下的特点 三极管截止后，C、E间的截止电阻Rce＝UcE／Ic，UcEs很大，等于电源电压，Ics极小，C、E间电阻RcE很大，所以，三极管截止后C、E间视为开路，截止状态的NPN型三极管等效电路如图1b。 3．三极管放大状态下的特点
要使三极管处于放大状态，基极电流必须为：0 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（加入信号和无信号），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。 1、三极管的正偏与反偏：给PN结加的电压和PN结的允许电流方向一致的叫正偏，否则就是反偏。即当P区（阳极）电位高于N区电位时就是正偏，反之就是反偏。例如NPN型三极管，位于放大区时，Uc>Ub集电极反偏，Ub>Ue发射极正偏。总之，当p型半导体一边接正极、n型半导体一边接负极时，则为正偏，反之为反偏。 NPN和PNP主要是电流方向和电压正负不同。 NPN是用B—E的电流（IB）控制C—E的电流（IC），E极电位最低，且正常放大时通常C极电位最高，即VC>VB>VE。 PNP是用E—B的电流（IB）控制E—C的电流（IC），E极电位最高，且正常放大时通常C极电位最低，即VC 2、三极管的三种工作状态：放大、饱和、截止 （1）放大区：发射结正偏，集电结反偏。对于NPN管来说，发射极正偏即基极电压Ub>发射极电压Ue，集电结反偏就是集电极电压Uc>基极电压Ub。放大条件：NPN管：Uc>Ub>Ue；PNP管：Ue>Ub>Uc。 （2）饱和区：发射结正偏、集电结正偏--BE、CE两PN结均正偏。即饱和 导通条件：NPN管：Ub>Ue,Ub>Uc，PNP型管：Ue>Ub,Uc>Ub。饱合状态的特征是：三极管的电流Ib、Ic 都很大，但管压降Uce 却很小，Uce≈0。这时三极管的c、e 极相当于短路，可看成是一个开关的闭合。饱和压降，一般在估算小功率管时，对硅管可取0.3V，对锗管取0.1V。此时的，iC几乎仅决定于Ib，而与Uce无关，表现出Ib对Ic的控制作用。 （3）截止区：发射结反偏，集电结反偏。由于两个PN 结都反偏，使三极 管的电流很小，Ib≈0，Ic≈0，而管压降Uce 却很大。这时的三极管c、e 极相当于开路。可以看成是一个开关的断开。 3、三极管三种工作区的电压测量 如何判断电路中的一个NPN硅晶体管处于饱和,放大,截止状态？用电压表 测基极与射极间的电压Ube。 饱和状态 eb有正偏压约0.65V左右,ce电压接近0V. 放大状态 eb有正偏压约0.6V,ce电压大于0.6V小于电源电压. 截止状态 eb电压低于0.6V,ce电压等于或接近电源. 在实际工作中，可用测量BJT各极间电压来判断它的工作状态。NPN型硅管的典型数据是：饱和状态Ube=0.7V，Uce=0.3V；放大区Ube=0.7V；截止区Ube=0V。这是对可靠截止而言，实际上当Ube<0.5V时，即已进入截止状态。对于PNP管，其电压符号应当相反。 截止区：就是三极管在工作时，集电极电流始终为0。此时，集电极与发射极间电压接近电源电压。对于NPN型硅三极管来说，当Ube在0～0.5V 之间时，Ib很小，无论Ib怎样变化，Ic都为0。此时，三极管的内阻（Rce）很大，三极管截止。当在维修过程中，测得Ube低于0.5V或Uce接近电源电压时，就可 知道三极管处在截止状态。 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。 三极管工作原理及主要参数详解 三极管（全称：半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管），是一种控制电流的半 导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。介绍三极 管的工作原理以及主要参数。 晶体三极管是p型和n型半导体的有机结合，两个pn结之间的相互影响，使pn结的功能 发生了质的飞跃，具有电流放大作用。晶体三极管按结构粗分有npn型和pnp型两种类型。如图2-17所示。（用Q、VT、PQ表示）三极管之所以具有电流放大作用，首先，制造工 艺上的两个特点： （1）基区的宽度做的非常薄; （2）发射区掺杂浓度高，即发射区与集电区相比具有杂质浓度高出数百倍。 晶体三极管的工作原理 三极管工作必要条件是（a）在B极和E极之间施加正向电压（此电压的大小不能超过 1V）;（b）在C极和E极之间施加反向电压（此电压应比eb间电压较高）;（c）若要取得 输出必须施加负载。 当三极管满足必要的工作条件后，其工作原理如下： （1）基极有电流流动时。由于B极和E极之间有正向电压，所以电子从发射极向基极移动，又因为C极和E极间施加了反向电压，因此，从发射极向基极移动的电子，在高电压 的作用下，通过基极进入集电极。于是，在基极所加的正电压的作用下，发射极的大量电 子被输送到集电极，产生很大的集电极电流。 （2）基极无电流流动时。在B极和E极之间不能施加电压的状态时，由于C极和E极间 施加了反向电压，所以集电极的电子受电源正电压吸引而在C极和E极之间产生空间电荷区，阻碍了从发射极向集电极的电子流动，因而就没有集电极电流产生。 综上所述，在晶体三极管中很小的基极电流可以导致很大的集电极电流，这就是三极管的 电流放大作用。此外，三极管还能通过基极电流来控制集电极电流的导通和截止，这就是 三极管的开关作用（开关特性）。 晶体三极管共发射极放大原理如下图所示： A、vt是一个npn型三极管，起放大作用。 B、ecc 集电极回路电源（集电结反偏）为输出信号提供能量。 C、rc 是集电极直流负载电阻，可以把电流的变化量转化成电压的变化量反映在输出端。实验二 三极管基本放大电路(指导书)
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