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模块二 汽车电气线路搭铁探测器
一、教学目标
1．了解半导体三极管的结构和特性；
2．理解单管电压放大电路的工作原理及分析方法。
二、课时分配
本项目共3个课题，安排2课时。
三、教学重点
通过本模块的学习，让学生了解半导体三极管的结构及特性；能正确用万用表检测三极管的极性及好坏；了解单管放大电路三种组态的结构特点；能正确分析共发射极基本放大电路的工作过程；了解多级放大电路的结构及耦合方式；能对两级放大电路进行简单的计算。
四、教学难点
1．会用万用表检测三极管的好坏及极性。
五、教学内容
课题一 半导体三极管
一、三极管的结构和分类
1．基本结构
（1）三极管的外形
三极管通常有三个电极，功率大小不同的三极管体积和封装形式各不相同。
三极管外形图
（2）三极管的结构和符号
三极管的核心是两个PN结，按照两个PN结的组合方式不同，可分为 PNP型管和NPN型两类。
三极管的结构示意图和图形符号
2．三极管的分类
（1）三极管有多种分类方法
按内部结构分：有NPN型和PNP型管；
按工作频率分：有低频管和高频管；
按功率分：有小功率管和大功率管；
按用途分：有小功率管和大功率管
按半导体材料分：有锗管和硅管等。
（2）国产三极管命名法
二、电流放大作用
1．三极管放大作用的外部条件
三极管正常放大时，外加电路必须满足：发射结外加正向电压，NPN型管：　VB＞VE；集电结外加反向电压，NPN型管：VC＞VB。
测量三极管特性的实验电路
2．三极管的电流放大作用
为了解三极管的电流分配和放大作用，可以先做一个实验，实验电路如图所示。NPN管组成的放大器外加电压满足放大条件：基极电流IB、集电极电流IC、发射极电流IE的方向。
三极管电流分配表
由实验测量结果可得出如下结论：IE＝IB＋IC
三极管各极电流分配关系满足：　
发射极电流IE等于基极电流IB和集电极电流IC之和。即：IE≈IC。
IC与IB的比值称为直流电流放大倍数，用表示，则有：　
其中，——三极管的直流电流放大倍数。
3．特性曲线
三极管的特性曲线用来表示各极电压和电流之间相互关系，它反映出三极管的性能，是分析放大电路的重要依据。
（1）输入特性曲线
以uCE为参变量时，iB与iBE间的关系曲线，即为三极管的输入特性曲线。
三极管的输入特性曲线
三极管的输出特性曲线
（2）共发射极输出特性曲线
以iB为参变量时，iC与uCE间的关系曲线，即为三极管的输出特性曲线如图所示。
4．主要参数
（1）共射极电流放大系数
①　直流放大系数
②　交流放大系数β
电流放大系数一般在10～100之间。太小，放大能力弱，太大，易使管子性能不稳定。一般选30～80为比较合适。
（2）极间反向电流
ICBO指发射极开路时，集电极—基极间的反向电流，称为集电极反向饱和电流。
ICEO指基极开路时，集电极—发射极间的反向电流，称为集电极穿透电流。
ICEO＝（1＋β）ICBO
（3）三极管的极限参数
①　集电极最大允许电流ICM。
②　UCEO（UBR）指基极开路时，集电极—发射极间的反向击穿电压。
③　集电极最大允许耗散功率。
三、三极管的检测
1．硅管或锗管的判别
判别电路如图所示。当V＝0.6～0.7V时，为硅管；当V＝0.1～0.3V时，为锗管。
判别硅管或锗管的测试电路
估测β的电路
2．估计比较β的大小
万用表设置在R×1kΩ挡，测量并比较开关S断开和接通时的电阻值。
3．估测ICEO
NPN管估测电路如图所示。所测阻值越大，说明管子的ICEO越小。若阻值无穷大，三极管正常；若阻值为零，三极管短路。测PNP型管时，红、黑表笔对调，方法同前。
ICEO的估测
基极b的判断
4．NPN管型和PNP管型的判断
如图（a）所示，将万用表设置在R×1kΩ或R×100Ω挡，用黑表笔和任一管脚相接（假设它是基极（b），红表笔分别和另外两个管脚相接，如果测得两个阻值都很小，则黑表笔所连接的就是基极，而且是NPN型的管子。
5．e、b、c三个管脚的判断
首先确定三极管的基极和管型，然后采用估测β值的方法判断c、e极。
课题二 单管放大电路
放大电路也称放大器，是电子电路中一个极为重要的组成部分。
1．放大电路的三种连接方式
放大电路有三种基本连接方式：共发射极、共基极和共集电极接法。其中最常用的是共发射极放大电路。
放大电路的三种连接方式
2．放大电路的原理（以共发射极基本放大电路为例）
（1）组成
V：晶体三极管，起电源放大作用，用基极电流IB控制集电极电流IC。
＋VCC：直流供电电源，为电路提供工作电压和电流。VCC一般在几伏到十几伏之间。
Rb：基极偏置电阻，电源电压通过Rb向基极提供合适的偏置电流IB。
C1、C2：用来传递交流信号，起到耦合的作用。
RC：集电极负载电阻，电源VCC通过RC为集电极供电，另一个作用是将放大的电流IC转换为放大的电压输出。
共发射极放大电路
共发射极放大电路实用电路
（2）工作原理
① 静态
放大电路无信号输入时，电路中只有直流电流和电压，这时的工作状态，称为静态。静态时的直流电流和电压称为静态工作点Q。
我们把直流通过的路径叫直流通路。
静态电路
②静态工作点的估算
根据直流通路可以估算出放大器的静态工作点。以图（b）为例，先估算基极电流IB，再估算其它值。计算公式有：　
式中，对于UBE的估算，硅管取0.7V，锗管取0.3V。近似计算UBE可略去不计。
③　动态
当放大电路输入端ui有输入信号时，电路各处有交流电流，是单向脉动电流。交流电流通过的路径叫交流通路。
动态电路
四、性能指标
1．电压放大倍数
2．放大电路的通频带
fBW＝fH－fL
3．输入电阻
输入电阻是从放大器输入端看进去的电阻。
4．输出电阻
从放大电路输出端看，放大电路对于负载RL相当于一个信号源，该信号源的内阻就是放大电路的输出电阻，用Ro表示。
5．非线性失真
静态工作点的位置过高或过低，可能会导致输入输出波形的非线性失真。输入信号幅度过大，是引起非线性失真的另一个原因。
6．最大输出功率
放大电路的输出功率是通过三极管的控制作用由电源的直流功率转化而来。放大电路的最大输出功率是指在输出信号基本不失真的情况下，能够向负载提供的最大功率，用Pom表示。
课题三 汽车电气线路搭铁探测器
1．多级放大电路的耦合方式
耦合
（1）阻容耦合方式
阻容耦合就是利用电容作为耦合和隔直流元件的电路，如图所示。
两级阻容耦合放大电路
（2）变压器耦合方式
变压器耦合是用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来的方式。
两级变压器耦合放大电路
（3）直接耦合方式
当需要对缓变信号或直流信号进行多级放大时，简单的办法是将前后级直接相连，即直接耦合。
两级直接耦合放大电路
2．多级放大电路的计算
（1）电压放大倍数
在多级放大电路中，由于前一级的输出就是后一级的输入，所以其总的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。即
（2）输入电阻和输出电阻
多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻，而输出电阻就是输出级的输出电阻。
3．多级放大电路的应用—汽车电气线路搭铁探测器
下图所示为利用三极管的放大特性制作的汽车电气线路搭铁（短路）探测器。
汽车电气线路搭铁（短路）探测器原理电路
汽车在行驶过程中，由于颠簸、振动等原因，电气线路与车体摩擦而损坏其绝缘层，发生搭铁（短路）故障。本探测器就是为了在不拆解导线的情况下，快速查出搭铁故障所发生的部位而制作的。
六、课后作业
完成所有课题的学后测评。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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