2 简易助听器的制作

uCE
O
uCE = UCC－ iiC≠ R0) 有输入信号 (u 无输入信号 = C 时:
ui
O
iC
uo t
uBE
t
O
iB UBE tO
IB
tO
IC
tO
？
UCE
t
结论：
(2) 加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大 小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了 一个交流量，但方向始终不变。 直流分量 iC 交流分量 iC + IC
O
集电极电流 iC
ic
O
t
t
O
t
静态分析
动态分析
结论：
(3) 若参数选取得当，输出电压可比输入电压大， 即电路具有电压放大作用。
ui
O
uo
t
O
t
(4) 输出电压与输入电压在相位上相差180°， 即共发射极电路具有反相作用。
实现放大的条件
1）晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集 电结反偏。 2）正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。
从电位的角度看NPN管：
发射结正偏 VB>VE
B RB
集电结反偏
VC>VB
EB
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【例 】测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位
U1、U2、U3分别为：
（1）U1=3.5V （2）U1=3V （3）U1=6V U2=2.8V U2=2.8V U2=11.3V U3=12V U3=12V U3=12V
（4）U1=6V
U2=11.8V
U3=12V
判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定e、 b、c。
15
【解】 原则： （1）先求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V， 为锗管。 （2）发射结正偏，集电结反偏。
NPN管 UB百度文库＞0，UBC＜0，即UC ＞ UB ＞ UE 。
交直流叠加量 用小写字母带大写下标表示，简称“小大写” ，如iB = （总量）： IB + ib，这表示基极实际上的总电流。 交流量有效值：用大写字母带小写下标表示，简称“大小写” ，如Ib。
直流电流
交流电流瞬 时值
基极中的实 际总电流是由直 流量和交流量叠 加而成的
（1）放大原理 RB C1 + iB
集电极电源， 为电路提供能 量。并保证集 电结反偏。
C2
RL
+VCC RC C1 C2
集电极电阻， 将变化的电流 转变为变化的 电压。
T
Rb RL
VBB
耦合电容：
电解电容，有极性， 大小为10F~50F
+VCC RC T
C1 +
C2 +
作用：隔直通交 隔离输入输出与 电路直流的联系， 同时能使信号顺 利输入输出。
2.2.1 半导体晶体管
晶体管又名三极管（transistor），是一种把输入电流 进行放大的半导体元器件。顾名思义，三极管通常具有3个 极，在外表现为3个管脚。
1. 晶体管的结构
由两个背靠背的PN结构成的。工作过程中， 两种载流子（电子和空穴）都参与导电。
NPN型
C 集电极
N P N E 发射极
1. 共射基本放大电路
+VCC
RC C1 T 输入 ui Rb
放大元件iC=iB， 工作在放大区，要 保证集电结反偏， 发射结正偏。
C2
RL
uo 输出
VBB
参考点
使发射结正偏， 并提供适当的 静态工作点IB 和UBE。
+VCC
RC T C2
C1
基极电源与 基极电阻
Rb VBB
RL
+VCC
RC C1 T Rb VBB
NPN 型晶体管
8
晶体管有两个结 晶体管有三个区 晶体管有三个电极
9
【想一想】为什么三极管具有电信号的放大作用呢？ 先做一下如图所示的实验。
UCC>>UBB
IB /μA IC /mA IE /mA
0 0.01
20 1.4
30 2.3 2.33
40 3.2 3.24
50 4 4.05
60 4.7 4.76
B
IB
O
Q UBE
IC
O
Q
UBE
UCE
UCE
(IB、UBE) 和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特 性曲线上的一个点，称为静态工作点。
C2 RB + + C1 iB iC + + VT uCE + + uBE – uo – ui iE – –
RC
+UCC
uo0 =0 uo u= =BE U+ uBE ui BEU BE uCE =CE U+ uCE =U uo CE
0.01 1.42
IC /IB
70
76
80
80
78
三极管像一个水槽
谁来打开“阀门”
载流子运动过程：
C
动画：三极管的载流子运动
IC
N P EC
IB
RB
IC
B IB E IE
N
EB
各电极电流关系： IE = IB+IC
13
放大状态
外部条件：发射结正偏，集电结反偏
C
N P N E RC EC
IC
–
直流通路
–
直流通路用来计算静态工作点Q ( IB 、 IC 、 UCE )
例1：用估算法计算图示电路的静态工作点。
+UCC 由KVL: UCC = IB RB+ UBE RB IB RC + + TUCE UBE – – IC
当UBE<< UCC时，
根据电流放大作用 I C I B I CEO β I B β I B
极间反向电流
极限参数
（1）电流放大系数
iB
vBE
b +
c+
vCE
iC VCC
- e-
共 射 电 流 放 大 系 数
VBB 共射极放大电路
直流电流放大系数
=IC / IB | vCE =const
交流电流放大系数
=IC/IBvCE=const
（2）极限参数 集电极最大允许电流ICM 三极管正常工作时集电极所允许的最大工作电流 集电极最大允许功率损耗PCM P CM 值与环境温度有关，温度愈高，则 P CM 值愈小。 当超过此值时，管子性能将变坏或烧毁。
ui
Rb VBB
RL
uo
单电源供电 RC C1
+VCC
C2
T
可以省去
Rb VBB
RL
单电源供电 Rb RC T
+VCC C2
C1
RL
放大电路中存在以下4种不同的分量，以基极电流为例：
直流分量： 交流分量： 用大写字母带大写下标表示，简称“大大写” ，如IB。 用小写字母带小写下标表示，简称“小小写” ，如ib 。
由三个极限参数可画出三极管的安全工作区 IC
ICM ICUCE = PCM
过损耗区 安全工作区
O
U(BR)CEO
UCE
27
例： =50， USC =12V，RB =70k，
晶体管分别工作在哪个区？ (1)USB =-2V，VB<VE IB=0 ， IC=0， Q位于截止区 (2)U (3)USB =2V =5V，
20
1 此区域中 IB=0 , UBE< 死区 电压，称为截止 区。
3
6
9
三极管的开关作用
动画：三极管的开关作用
1）当晶体管饱和时，UCE 0， 发射极与集电极之间如同开关接通； 2）当晶体管截止时，IC 0 ， 发射极与集电极之间如同开关断开， 可见晶体管还有开关作用。
U I C CC RC UBC > 0 + + UCE 0 + UBE > 0
为饱和区。
动画：三极管的输出特性
4
当UCE大于一定的数值时， 当uCE增大到一定值 IC只与IB有关， IcC =IB , 且 时，J 反向击穿，造 IC = IB成 。此区域称为线 i100 A此区域称 C剧增。 性放大区。 为线性放大区。
3
2
80A
60A
40A 20A IB=0 12 UCE(V)
分析对象：各极电压电流的直流分量。 所用电路：放大电路的直流通路。
（3）放大电路的静态分析
对直流信号电容 C 可看作开路（即将电容断开）
+UCC RC
断开
RS es +
RB
C1 + +
ui –
+ iC + iB + VT uCE + uBE – RL u – iE
o
断开 C2
+UCC RB IB RC + + TUCE UBE – – IE
IC
RC =6k，当USB = -2V，2V，5V时，
IB
RB
B
C E
UBE
UCE
RC
USC USB
IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 =(5-0.7)/70=0.06mA mA
IC= IB =500.019=0.95 0.06=3 mA mA IC最大饱和电流ICS = (USC -UCE)/ RC =(12-0)/6=2mA IC< > ICS ， Q位于放大区 位于饱和区
三极管的识别——目测法
常用三极管管脚位置
2.2.3 半导体晶体管基本放大电路
放大电路的基本概念
放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电 流在幅度上得到了放大，这里主要讲电压放大电路。
三极管放大电路的三种组态
射极接地
集电极接地
基极接地
共发射 极组态
共集电 极组态
共基极 组态
【注意】无论上面的哪一种组态，要使三极管具 有放大作用，都必须保证三极管工作在放大区，即满 足发射结正偏，集电结反偏。
PNP管 UBE＜0，UBC＞0， 即UC ＜ UB ＜ UE 。 （1）U1 b （2）U1 b （3）U1 c U2 e U2 e U2 b U3 c NPN 硅 U3 c NPN 锗 U3 e PNP 硅
（4）U1 c
U2 b
U3 e PNP 锗
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3. 晶体管的特性曲线
概 念
特性曲线是指 各电极之间的 电压与电流之 间的关系曲线
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5. 国产半导体晶体管的命名 3 D G 6
A ： PNP锗材料 X ：低频小功率管
三 极 管 表 示 器 件 材 料 和 极 性 高 频 管
B D ： ：低频大功率管 NPN锗材料
G ：高频小功率管 C ： PNP硅材料 A：高频大功率管 D：NPN硅材料 K：开关管
2.2.2 半导体晶体管识别与检测


IB = 0 UBC < 0
IC 0 +
IB

+ UCE UCC + UBE 0
晶体管在模拟电路中主要起放大作用， (1)饱和 (2)截止 在数字电路中主要起开关作用。
22
4. 晶体管的主要参数
电流放大系数 三极管的参数是 用来表征管子性 能优劣适应范围 的，是选管的依 据，共有以下三 大类参数。
声 音
四级 三极管 放大
扬声器 （或耳机）
语音放大助听电路（框图） 该电路的核心是三极管，主要功能是电信号的放大。
2.2
■ 项目资讯
任务1 晶体三极管的认识与选择
任务2 三极管基本放大电路的认识 任务3 多级放大电路的分析 本项目重点：三极管的认识，放大电路的结构、原理 分析方法 本项目难点：基本放大电路的静态及动态指标的估算 及调试方法
3）输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。 4）输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。
（3）放大电路的静态分析
静态：放大电路无信号输入（ui =0）时的工作状态。 静态分析：确定放大电路的静态值。 ——静态工作点Q：IBQ、ICQ、UCEQ 。
分析方法：估算法、图解法。
项目二 简易助听器的制作
2. 1 ■项目描述
本项目通过最简单的电子 产品--简易助听器来认识电子 元器件。 助听器实质上是一种低频 放大器，可用耳机进行放音， 当使用者用上耳机后，可提高 听者的听觉。本电路由话筒、 前置低放、功率放大电路和耳 机等部分组成。
下图为一个语音放大电路的原理框图，该电路能将微 弱的声音信号放大，并通过扬声器发出悦耳的声音，稍加 改动还可作助听器使用。 微型话筒 （或传声 器）
集电极 C B 基极 P N P E
PNP型
B 基极
三个极
发射极
6
三极管符号：
C
N
C B
B
C
P N P
C B E PNP型
B
P
N
E
NPN型
E
E
箭头方向表示 发射结加正向电压时的电流方向
7
电流方向和电压的极性： C
IC C + T E U CE IE

B
N P N
IB
+ UBE

B
E
+ ui
– uBE
C2 + iC + + VT uCE + uBE – uo – iE –
iC
RC
+UCC
uo = 0 uBE = UBE uCE = UCE
uCE
无输入信号(ui = 0)时:
iB UBE tO
O
IB tO
IC tO
UCE t
结论：
(1) 无输入信号电压时，三极管各电极上都是恒定 的 IU 电压和电流 : I 、 U 和 I 、 C CE 。 B BE C I
输入特性曲线
输出特性曲线
（1）晶体管输入特性曲线
当 vCE>1V以后，由于集 电结的反偏电压可以在单 位时间内将所有到达集电 结边上的载流子拉到集电 极，故iC不随vCE变化， 所以同样的vBE下的 iB不 变，特性曲线几乎重叠。
（2）晶体管输出特性曲线
输出特性 此区域中集电结正偏， IB>IC，UCE0.3V称 IC(mA )
由KVL: UCC = IC RC+ UCE 所以 UCE = UCC – IC RC