1 本章重點內容lPN結及其單向導電特性l半導體二極管的伏安特性曲線l二極管在實際中的應用 1 1PN結 1 1 1本征半導體 a 硅和鍺原子的簡化結構模型 b 晶體的共價鍵結構及電子空穴對的產生圖1 1硅 鍺原子結構模型及共價鍵結構示意圖 第1章半導體二極管及其應用電路 2 1 1 2雜質半導體 1 N型半導體 2 P型半導體 圖1 2N型半導體的結構 3 圖1 3P型半導體的結構 3 PN結的形成 圖1 4PN結的形成 4 4 PN結的單向導電特性 1 PN結的正向導通特性 a 正向偏置 b 反向偏置圖1 5PN結的導電特性 2 PN結的反向截止特性 1 2半導體二極管 1 2 1半導體二極管的結構及其在電路中的符號 5 a 結構 b 電路符號 c 實物外形圖1 6二極管結構 符號及外形 1 2 2半導體二極管的伏安特性 6 1 正向特性 2 反向特性 3 反向擊穿特性 4 溫度對特性的影響 1 2 3半導體二極管的主要參數 1 最大整流電流IF 2 最大反向工作電壓URM 3 反向飽和電流IR 4 二極管的直流電阻R 5 最高工作頻率fM 1 2 4半導體二極管的命名及分類 1 半導體二極管的命名方法 7 圖1 8半導體器件的型號組成 2 半導體二極管的分類 1 2 5二極管的判別及使用注意事項 1 二極管的判別 用萬用表進行檢測 1 二極管正 負極性及好壞的判斷 2 二極管好壞的判別 3 硅二極管和鍺二極管的判斷 4 普通二極管和穩壓管的判別 8 2 二極管使用注意事項 1 3幾種常用的特殊二極管 1 3 1穩壓二極管1 穩壓二極管的工作特性 a 伏安特性 b 符號圖1 9穩壓二極管的特性曲線和符號 9 2 穩壓管的主要參數 1 3 2發光二極管 1 普通發光二極管 2 紅外線發光二極管 3 激光二極管 1 1 3光電二極管 1 3 4變容二極管 a 壓控特性曲線 b 電路符號圖1 12變容二極管的壓控特性曲線和電路符號 10 1 4半導體二極管的應用 1 4 1整流 1 4 2鉗位 1 4 3限幅 a 限幅電路 b 波形圖1 14二極管限幅電路及波形 11 4 電路中的元件保護 12 本章重點內容l晶體三極管的放大原理 輸入特性曲線 輸出特性曲線l基本放大電路的工作原理及放大電路的三種基本偏置方式l利用估算法求靜態工作點l微變等效電路及其分析方法l三種基本放大電路的性能 特點 2 1半導體三極管 2 1 1三極管的結構及分類 1 三極管的內部結構及其在電路中的符號 第2章半導體三極管及其放大電路 13 a NPN b PNP圖2 1三極管的結構示意圖及其在電路中的符號 2 三極管的分類 2 1 2三極管的放大作用 1 三極管放大時必須的內部條件 14 2 三極管放大時必須的外部條件 3 三極管內部載流子的傳輸過程 3 電子被集電區收集的過程 1 發射區向基區發射電子的過程 2 電子在基區的擴散和復合過程 15 4 三極管電流放大作用的進一步理解 表2 1IB IC IE的實驗數據 2 1 3三極管的特性曲線 1 輸入特性曲線 16 2 輸出特性曲線 1 放大區 2 飽和區 3 截止區 2 1 4三極管正常工作時的主要特點 1 三極管工作于放大狀態的條件及特點 2 三極管工作于飽和狀態的條件及特點 3 三極管工作于截止狀態時的條件及特點 2 1 5特殊晶體管簡介 1 光電三極管 17 a 等效電路 b 電路符號 c LED 光電三極管 d LED 光電池圖2 4光電三極管的等效電路與電路符號圖2 5光電耦合器電路符號 2 光電耦合器 3 晶閘管 1 單向晶閘管 A 內部結構 18 B 工作原理 a b c 圖2 6單向晶閘管外形及電路符號 a 內部結構示意圖 b 分解圖 c 等效電路圖2 7晶閘管內部結構及其等效電路 19 A 判定晶閘管的電極 B 檢測量晶閘管的導通情況 2 雙向晶閘管 雙向晶閘管的結構 a b 圖2 8雙向晶閘管外形及電路符號 雙向晶閘管的測量 20 2 1 6三極管的主要參數 1 電流放大系數 2 反向飽和電流ICBO 3 穿透電流ICEO 4 集電極最大允許電流ICM 5 集電極 發射極間的擊穿電壓UCEO 6 集電極最大耗散功率PCM 2 1 7三極管的檢測與代換 1 國產三極管的命名方法簡介 2 三極管三個電極 管腳 的估測 21 a b c 圖2 10三極管引腳識別示意圖 3 南韓 日本三極管介紹 4 彩電和彩顯行輸出管簡介 5 三極管好壞的判別 6 三極管的代換原則 22 2 2三極管基本放大電路及其分析方法 2 2 1放大的基本概念 2 2 2三極管在實際應用中的三種放大電路形式 2 2 3放大電路的組成 1 基本放大電路的組成原則 2 放大電路的組成及各元件的作用 2 2 4放大電路的兩種狀態 靜態和動態 a 直流通路 b 交流通路圖2 13直流 交流通路 23 2 2 5基本放大電路的工作過程 圖2 14基本放大電路的工作波形 24 2 3 放大電路常用的直流偏置電路 2 3 1固定式直流偏置電路 2 3 2分壓式電流負反饋偏置電路 圖2 15分壓式電流反饋式偏置電路 1 工作點穩定過程 1 由基極電阻R1 R2分壓而得到固定的基極電位UB 設圖2 15中流過R1 R2的電流分別為I1 I2 則 2 利用發射極電阻Re的電流負反饋作用穩定靜態工作點 25 2 電容Ce的作用 2 3 3恒流源偏置電路 26 a 威爾遜恒流源 b 小電流恒流源 c 改變射極電阻比獲得不同輸出電流的恒流源圖2 17改進型恒流源電路 2 4放大電路的三種基本分析方法 2 4 1靜態工作點估算法 27 1 畫出放大電路的直流通路 2 由直流通路列出輸入回路和輸出回路方程 代入方程 分別求出IBQ ICQ UCEQ 例1估算圖2 18所示放大電路的靜態工作點 設VCC 12V Rc 3k RB 280k 50 a b 圖2 18 28 2 4 2放大電路的圖解分析法 1 用圖解法確定靜態工作點的步驟 1 在ic uce平面坐標上作出晶體管的輸出特性曲線 2 根據直流通路列出放大電路直流輸出回路的電壓方程式 UCE VCC IC RC 3 根據電壓方程式 在輸出特性曲線所在坐標平面上作直流負載線 因為兩點可決定一條直線 所以分別取 IC 0 UCE VCC 和 UCE 0 IC EC Rc 兩點 這兩點也就是橫軸和縱軸的截距 連接兩點 便得到直流負載線 4 根據直流通路中的輸入回路方程求出IBQ 5 找出IB IBQ這一條輸出特性曲線 該曲線與直流負載線的交點即為Q點 靜態工作點 該Q點直觀地反映了靜態工作點 IBQ ICQ UCQ 的三個值 即為所求靜態工作點的值 29 a 電路圖 b 特性曲線圖2 19例2電路圖 2 電路參數對靜態工作點的影響 1 Rb對Q點的影響 2 Rc對Q點的影響 30 圖2 20電路參數對Q點的影響 31 3 VCC對Q點的影響 2 4 3放大電路的微變等效電路分析法 1 三極管的微變等效電路 三極管輸入端be間和輸出端ce間的微變等效電路 1 三極管輸入端 be 間的微變等效電路 b e ic uce ib ube c iC ib uce rbe ube ib a b 圖2 21三極管的微變等效電路 2 三極管輸出端 ce 間的微變等效電路 2 放大電路的微變等效電路 第一 根據放大電路畫出交流通路 用三極管的微變等效電路代替交流通路中的三極管 畫出放大電路的微變等效電路 32 a 放大電路 圖2 22放大電路的微變等效電路 b 交流通路 c 微變等效電路 33 2 5放大電路的動態性能指標及分析 2 5 1放大電路的動態性能指標 1 放大倍數 2 輸入電阻ri 圖2 23放大電路的方框圖 34 3 輸出電阻ro 2 5 2放大電路性能指標估算的方法 步驟1 在放大電路靜態分析的基礎上 根據靜態工作點的數值及相關公式 求出rbe 2 畫出放大電路的微變等效電路 3 根據微變等效電路及Au ri ro的定義式 分別求出Au ri ro 2 5 3共射放大電路基本動態參數的估算 1 電壓放大倍數 2 源電壓放大倍數Aus 3 輸入電阻ri 4 輸出電阻ro 2 5 4共集電極 共基極放大電路 1 共集電極放大電路 35 a 典型電路 b 交流通路圖2 25共集電極電路 1 靜態工作點的估算 2 動態分析 2 共基極電路 36 a 電路圖 b 交流通路圖2 27共基放大電路 1 靜態分析 37 2 動態分析 電壓放大倍數Au 輸入電阻ri 輸出電阻ro 2 6三種基本放大電路的比較 2 7多級放大電路 38 2 7 1多級放大電路的組成 圖2 29多級放大電路的結構框圖 2 7 2多級放大電路的耦合方式 1 保證信號在級與級之間能夠順利地傳輸 2 耦合后 多級放大電路的性能必須滿足實際的要求 為了滿耦合后 各級電路仍具有合適的靜態工作點 2 7 3阻容耦合 39 圖2 30兩級阻容耦合放大電路 1 優點 因電容具有 隔直 作用 所以各級電路的靜態工作點相互獨立 互不影響 這給放大電路的分析 設計和調試帶來了很大的方便 此外 還具有體積小 重量輕等優點 2 缺點 因電容對交流信號具有一定的容抗 在信號傳輸過程中 會受到一定的衰減 尤其對于變化緩慢的信號容抗很大 不便于傳輸 此外 在集成電路中 制造大容量的電容很困難 所以這種耦合方式下的多級放大電路不便于集成 2 7 4直接耦合 40 1 優點 既可以放大交流信號 也可以放大變化非常緩慢 直流 的信號 電路簡單 便于集成 所以集成電路中多采用這種耦合方式 2 缺點 存在著各級靜態工作點相互牽制和零點漂移這兩個問題 第5章將討論零點漂移問題 2 7 5變壓器耦合 1 優點 因變壓器不能傳輸直流信號 只能傳輸交流信號和進行阻抗變換 所以 各級電路的靜態工作點相互獨立 互不影響 改變變壓器的匝數比 容易實現阻抗變換 因而容易獲得較大的輸出功率 2 缺點 變壓器體積大而重 不便于集成 同時頻率特性差 也不能傳送直流和變化非常緩慢的信號 41 2 7 6組合放大電路 1 共發 共基組合放大電路 42 2 共集 共發組合放大電路 1 電壓放大倍數 2 輸入電阻 3 輸出電阻 思考題1 基本放大電路由哪些必不可少的部分組成 各元件有什么作用 2 試畫出PNP型三極管的基本放大電路 并注明電源的實際極性 以及各電極實際電流方向 3 三極管具有放大作用的內部條件和外部條件各是什么 4 為什么說三極管放大作用的本質是電流控制作用 如何用三極管的電流分配關系來說明它的控制作用 5 試在特性曲線上指出三極管的三個工作區 放大區 截止區 飽和區 6 三極管發射極與集電極對調使用時 放大作用將如何 7 在哪些情況下 工作點沿直流負載線移動 在哪些情況下 工作點沿交流負載線移動 實際上工作點有沒有可能到達交流負載線的上頂端和下頂端 為什么 試分析電流負反饋偏置電路中 射極電阻Re和它的并聯電容Ce的作用原理 43 本章重點 l結型 絕緣柵型場效應管的工作原理 輸出特性 轉移特性及主要參數l共源 共漏極放大電路的工作原理場效應管的偏置方式及靜態工作點的求法 3 1概述 3 1 1場效應管的特點 3 1 2場效應管的分類 3 1 3場效應管與晶體三極管的比較 3 2場效應管 3 2 1結型場效應管 1結構 第3章場效應管及其放大電路 44 c N溝道 a N型溝道 b P型溝道 d P溝道 圖3 1結型場效應管的結構示意圖和符號 2 結型場效應管的工作原理 a uGS 0 uDS 0時的情況 b uGS 0 uDS VP 時的情況 45 c uGS 0 uDS VP 時的情況 d uGS 0 uDS VP 時的情況圖3 2改變uDS時結型場效應導電溝道的變化 a UGs 0時 b uGS VP時溝道被夾斷圖3 3 46 3 結型場效應管的特性曲線 1 轉移特性 2 輸出特性 圖3 5N溝道結型場效應管輸出特性曲線 47 可變電阻區 當漏源電壓uDS很小時 場效應管工作于該區 此時 導電溝道暢通 場效應管的漏源之間相當于一個電阻一 在柵 源電壓uGS一定時 溝道電阻也一定 iD隨uGS增大而線性增大 但當柵源電壓變化時 特性曲線的斜率也隨之發生變化 可以看出 柵源電壓uDS無關 我們稱這個區域為恒流區 也稱為放大區 在恒流區 iD主要由柵源電壓uGS決定 恒流區 隨著uDS增大到一定程度 iD的增加變慢 以后iD基本恒定 而與漏源電壓uDS無關 我們稱這個區域為恒流區 也稱為放大區 在恒流區 iD主要由柵源電壓uGS決定 擊穿區 如果繼續增大uDS到一定值后 漏 源極之間會發生擊穿 漏極電流iD急劇上升 若不加以限制 管子就會損壞 夾斷區 當uGS負值增加到夾斷電壓uGS off 后 iD 0 場效應管截止 3 2 2絕緣柵型場效應管 1 增強型絕緣柵場效應管的結構及工作原理 1 結構及符號 48 g 襯底引線 d g s SiO2 P型硅襯底 N N d s d s g a N溝道結構圖 b N溝道符號圖 c P溝道符號 圖3 6增強型MOS管結構及符號圖 2 工作原理 3 特性曲線 49 圖3 8N溝道增強型場效應管特性曲線 a 轉移特性 b 輸出特性 3 2 3耗盡型絕緣柵場效應管的結構及工作原理 a N溝道結構圖 b N溝道符號 c P溝道符號 圖3 9耗盡型MOS管結構及符號圖 50 a 轉移特性 b 輸出特性 圖3 10N溝道耗盡型場效應管特性曲線 3 3場效應管的主要參數 1 夾斷電壓UGS off 實質上是使iD 0時所需的uGS值 2 飽和漏電流IDSS在uGS 0的情況下 當uDS VP 時的漏極電流稱為飽和漏電流 通常令uDS 10V uGS 0V時測出的iD就是IDSS 3低頻互導 跨導 gm 4最大耗散功率PDM 51 3 4場效應管的檢測及使用注意事項 3 4 1場效應管的檢測 1 管腳的判別 2 質量判定 3 4 2場效應管使用注意事項 1 MOS管柵 源極之間的電阻很高 使得柵極的感應電荷不易泄放 因極間電容很小 幫會造成電壓過高使絕緣層擊穿 因此 保存MOS管應使三個電極短接 避免柵極懸空 焊接時 電烙鐵的外殼應良好地接地 或燒熱電烙鐵后切斷電源再焊 2 有些場效應晶體管將襯底引出 故有4個管腳 這種管子漏極與源極可互換使用 但有些場效應晶體管在內部已將襯底與源極接在一起 只引出3個電極 這種管子的漏極與源極不能互換 3 使用場效應管時各極必須加正確的工作電壓 4 在使用場效應管時 要注意漏 源電壓 漏源電流及耗散功率等 不要超過規定的最大允許值 52 3 5場效應管放大電路 3 5 1場效應管的直流偏置電路及靜態分析 1 直流偏置電路 1 自偏壓電路 a 自偏壓電路 b 分壓式自偏壓電路 圖3 11場效應管的偏壓電路 2 分壓式自偏壓電路 53 2 靜態工作點的確定 1 在輸出特性上作直流負載線 2 作負載轉移特性 3 作源極負載線 4 確定靜態工作點Q 5 轉移特性和輸出特性上求出Q點所對應的電壓電流值 uGS 0 7V iD 0 37mA uDS 9V 3 5 2場效應管放大器的微變等效電路分析法 1 場效應管的等效電路 a 場效應管在共源接法時的雙口網絡 b 低頻等效電路 圖3 12場效應管微變等效電路 54 2 應用微變等效電路法分析場效應管放大電路 a 電路圖 b 微變等效電路 圖3 13共源極電路及其微變等效電路 1 大倍數電壓放 2入電阻 3輸出電阻 3 三種基本放大電路的性能比較 55 思考題1 考慮P溝道結型場效應管對電源極性的要求 試畫出由這種類型管子組成的共源放大電路 2 增強型MOS管能否使用自給柵偏壓偏置電路來設置靜態工作點 3 試畫出自給柵偏壓共源放大電路的微變等效電路 并寫出Au ri ro的表達式 4 試在具有四象限的直角坐標上分別畫出各種類型場效應管 包括N溝道 P溝道MOS增強型和耗盡型 JFETP溝道 N溝道耗盡型 的轉移特性示意圖 并標明各自的開啟電壓或夾斷電壓 5 增強型場效應管能否用自偏壓的方法來設置靜態工作點 試說明理由 思考題與練習題 56 本章重點 l反饋極性 類型的判斷l負反饋對電路性能的影響l深度負反饋電路的估算 4 1反饋的定義及概念 a 射極輸出器 b 靜態工作點穩定電路 圖4 1兩種放大電路中的反饋 第4章負反饋放大電路 57 4 2負反饋放大電路的基本關系式 圖4 2反饋放大電路方框圖 4 3反饋的分類與判別 4 3 1反饋的分類 4 3 2正反饋與負反饋的判別 58 a b c d 圖4 3反饋極性的判別 59 4 3 3交流反饋與直流反饋的判別 Cf Ui R2 Rf R1 a b 圖4 4交流反饋與直流反饋 4 3 4電壓反饋與電流反饋的判別 60 a 電流反饋 b 電壓反饋 圖4 5電壓反饋與電流反饋 4 3 5串聯反饋與并聯反饋的判別 4 4負反饋的四種組態 4 4 1電壓串聯負反饋及其判別 61 a 電路圖 圖4 6電壓串聯負反饋放大電路 62 4 4 2電流串聯負反饋及其判別 a 電路圖 b 方框圖 圖4 7電流串聯負反饋放大電路 63 4 4 3電壓并聯負反饋及其判別 a 電路圖 b 由集成運放組成的電壓并聯負反饋電路 圖4 8電壓并聯負反饋放大電路 4 4 4電流并聯負反饋及其判別 64 a電路圖 b 方框圖 c 由集成運放組成的電流并聯負反饋電路 圖4 9電流并聯負反饋放大電路 65 4 5負反饋對放大電路性能的影響 4 5 1提高放大倍數的穩定性 4 5 2減小非線性失真和抑制噪聲及干擾 a 無反饋 b 有負反饋 圖4 10負反饋減小非線性失真 4 5 3擴展通頻帶 4 5 4負反饋對輸入電阻的影響 1 使用串聯負反饋可提高放大電路的輸入電阻 66 4 11串聯負反饋方框圖4 12并聯負反饋方框圖 2 使用并聯負反饋可減小放大電路的輸入電阻 4 5 5負反饋對放大電路輸出電阻的影響 Io 1 使用電壓負反饋可減小放大電路的輸出電阻 67 圖4 13電壓負反饋方框圖 2 使用電流負反饋可提高放大電路的輸出電阻 圖4 14電流負反饋方框圖 68 綜上所述 1 放大電路若引入的是串聯負反饋 則可以提高放大電路的輸入電阻 若引入的是并聯負反饋則使輸入電阻降低 其提高或降低的程度取決于反饋深度 1 AF 2 放大電路若引入的是電壓負反饋 則可減小放大電路的輸出電阻 若引入的是電流負反饋則使輸出電阻增加 其減小或增加的程度取決于反饋深度 1 AF 以上分析了放大電路引入負反饋后對性能的改善及影響 為了改善放大電路的某些性能應如何引入負反饋呢 一般是 1 要穩定直流量 靜態工作點 應該引入直流負反饋 2 要改善交流性能 應引入交流負反饋 3 要穩定輸出電壓 應引入電壓負反饋 要穩定輸出電流 應引入電流負反饋 4 要提高輸入電阻 應引入串聯負反饋 要減小輸入電阻 應引入并聯負反饋 性能的改善或改變都與反饋深度 1 AF 有關 且都是以犧牲放大倍數為代價 69 4 6深度負反饋放大電路的分析 4 6 1深度負反饋的特點 4 6 2深度負反饋的估算 a b 圖4 15 a 電壓串聯負反饋電路的計算 b 電流串聯負反饋電路的計算 70 本章重點 l直接耦合放大電路及存在的主要問題l典型差分放大電路的工作原理l理想運放及 虛短 虛斷 虛地 的基本概念l運放的兩種工作狀態及特點l運放的分析計算及在實際中的應用 5 1直接耦合放大電路中存在的主要問題 5 1 1前后級之間的直流工作狀態互相影響 5 1 2零點漂移 5 1 3減小零點漂的辦法 1 1選用高質量的硅管 2利用二極管或熱敏元件補償 第5章集成運算放大器 71 圖5 2二極管補償電路圖5 3利用熱敏電阻Rt補償溫漂的電路 1 3采用差分式放大電路 5 2差分放大電路 5 2 1基本差分放大電路 72 圖5 4基本差分放大電路 5 2 2靜態分析 5 2 3信號放大原理及電壓放大倍數 1 共模信號輸入 73 2 差模信號輸入 74 3 任意信號輸入 5 2 4差分放大器的其它指標 1 共模抑制比 2 差模輸入電阻 3 差模輸出電阻 4 共模輸出電阻 5 3常見的幾種改進型差分電路 5 3 1長尾式差分放大電路 1 電路中接入Re后對輸入差模信號的放大作用完全無影響 75 2 Re對共模輸入信號的放大有抑制作用 76 5 3 2帶恒流源的差分電路 1 恒流源特性 圖5 10恒流源的電流 電壓特性 2 恒流源差分放大電路 77 3 差分放大電路四種接法的比較 5 4集成運算放大器 5 4 1集成運算放大器的分類 1 通用型集成運算放大器 2 專用型集成運算放大器 1 低功耗或微功耗集成運算放大器 電源電壓 15V時 功耗小于6mW或 W級 2 高速集成運算放大器 3 寬帶集成運算放大器 一般帶寬應大于10MHZ 4 高精度集成運算放大器 特點是高增益 高共模抑制比 低偏流 低溫漂 低噪聲等 5 高電壓集成運算放大器 正常輸出電壓Uo大于 22V 6 功率型集成運算放大器 7 高輸入阻抗集成運算放大器 8 電流型集成運算放大器 9 跨導型集成運算放大器 10 程控型集成運算放大器 11 低噪聲型集成運算放大器 12 集成電壓跟隨器 5 4 2集成運算放大器的組成 78 1 組成 圖5 12集成運算放大器內部電路組成框圖 1輸入級 2中間級 3輸出級 4偏置電路 2 典型通用集成運算放大器F007內電路簡介 1 F007的內電路 3 集成運算放大器的識讀 79 4 集成運算放大器在電路中的符號 5 4 3集成運算放大器的傳輸特性 1 傳輸特性 a 實際運放的傳輸特性 b 理想運放的傳輸特性圖5 15集成運放的傳輸特性 2 線性區的特點 80 3 非線性區 飽和區 的特點 a 虛斷 虛短 b 虛斷 虛地 圖5 17集成運放工作在線性區時的等效電路 圖5 18集成運放工作在非線性區時的兩種情況 81 5 5理想集成運算放大器與實際集成運算放大器 5 5 1理想運算放大器及其性能指標 5 5 2理想運放與實際運放 5 5 3集成運放的三種基本輸入形式 1 反相輸入 2 同相輸入 82 3 差模輸入 圖5 22差動放大組態 5 6集成運算放大器在實際中的應用 5 6 1集成運放在信號運算方面的應用 1 加法運算電路 83 2 減法運算電路 1電路組成 2電路分析及減法運算條件 3 微分電路 a b 圖5 25微分運算電路 84 4 積分運算電路 a b 圖5 26積分運算電路 5 6 2集成運放在信號處理方面的應用 1 立體聲消音電路 2 高檔音響設備中的十五段優質均衡器 85 圖5 27立體聲消音電路 86 以下電路同上 僅C1 C2值不同 電路從略 圖5 28十五段優質均衡器 87 2 當R4的滑動觸頭移到最左邊時 其電路如圖5 30 a 所示 a 電路圖 b 幅頻特性 圖5 30R4的滑動觸頭移到最左邊 3 當R4的滑動頭移到最右邊時 其電路如圖5 31 a 所示 88 a 電路圖 b 幅頻特性 圖5 31R4的滑動觸頭移到最右邊 3 實時監控報警器 圖5 32監控報警器 89 5 6 3可編程增益放大器 圖5 33可編程增益放大器的基本電路圖34碼控四段轉換可編程增益放大器 90 本章重點內容l產生正弦振蕩的條件lLC正弦波振蕩電路的工作原理lLC正弦波振蕩電路的工作判別l石英晶體振蕩電路及其工作原理 6 1正弦波振蕩電路 6 1 1自激式正弦波振蕩電路與反饋放大器的異同 1 相同點 均引入反饋 2 不同點 1 自激式正弦波振蕩電路用來產生穩定的輸出信號 反饋放大電路用來放大信號 工作任務不同 2 自激式正弦波振蕩電路沒有外部信號輸入 反饋放大電路有待放大的信號輸入 3 正弦波振蕩電路中引入的是正反饋 反饋放大電路中一般引入負反饋 以改善性能 4 正弦波振蕩電路的振蕩也不同于負反饋放大電路的自激振蕩 前者是依靠外部接入的正反饋網絡產生振蕩 后者是放大電路的附加相移使負反饋變成正反饋而產生振蕩 第6章信號產生電路 91 6 1 2自激式振蕩電路的組成及產生和穩定振幅的條件 1 放大環節 放大電路2 正反饋網絡 供給維持振蕩的能量 必需滿足下列條件 1 振幅平衡條件 AF 1 2 相位平衡條件 A B 2n n 1 2 3 3 穩幅環節 產生穩定的信號輸出 條件 4 選頻網絡 選出振蕩器產生維持振蕩所需要的信號頻率 6 2LC振蕩電路 1 電路的組成 圖6 1變壓器反饋式正弦波振蕩電路 92 2 振蕩條件 1 相位平衡條件 為滿足相位平衡條件 變壓器的初 次級之間同名端必須正確連接 如圖6 1所示 設某一瞬間基極對地信號電壓為正極性 由于共射電路的倒相作用 集電極的瞬時極性 即A 180 電當頻率0時 LC回路的諧振阻抗是純電阻性 由圖中L1及L2的同名端可知 反饋信號與輸出電壓極性相反 即 于是A B 360 保證了電路的正反饋 滿足振蕩的相位條件 當頻率0時 LC回路的阻抗不是純電阻性 而是感性或容性阻抗 此時LC回路對信號會產生附加相移 造成 那么A B 360 不能滿足相位平衡條件 電路也不可能產生振蕩 由此可見 LC振蕩電路只有在0這個頻率上 才有可能產生振蕩 2 振幅條件 為了滿足振幅平衡條件AF 1 對晶體管的 值有一定要求 一般只要 值較大 就能滿足振幅平衡條件 反饋線圈匝數越多 耦合越強 電路越容易起振 3 電路振蕩頻率 4 電路優缺點 1 易起振 輸出電壓較大 由于采用變壓器耦合 易滿足阻抗匹配的要求 2 調頻方便 一般在LC回路中采用接入可變電容器的方法來實現 調頻范圍較寬 工作頻率通常在幾兆赫左右 3 輸出波形不理想 由于反饋電壓取自電感兩端 它對高次諧波的阻抗大 反饋也強 因此在輸出波形中含有較多高次諧波成份 6 2 2電感三點式LC振蕩器 1 電路的組成 2 振蕩條件分析 1 相位條件 設基極瞬間極性為正 由于放大器的倒相作用 集電極電位為負 則電感的 端為負 端為公共端 端為正 各瞬時極性如圖6 2所示 反饋電壓由 端引至三極管的基極 故為正反饋 滿足相位條件 2 幅度條件 從圖6 2可以看出 反饋電壓取自電壓L2的兩端 并通過C1的耦合后加到晶體管的b e間的 所以改變線圈抽頭的位置 即改變L2的大小 就可以調節反饋電壓的大小 當滿足 AF 1時 電路便可起振 93 圖6 2電感三點式LC振蕩電路 3 振蕩頻率 4 電路的優缺點 1 由于L1和L2之間的耦合很緊 故電路易起振 輸出幅度大 2 調頻方便 電容C若采用可變電容器 就能獲得較大的頻率調節范圍 3 由于反饋電壓取自電壓L2的兩端 它對高次諧波的阻抗大 反饋也強 因此在輸出波形中含有較多的高次諧波成份 輸出波形不理想 6 2 3電容三點式振蕩電路 94 圖6 3電容三點式振蕩器 1 相位條件 2 幅度條件3 振蕩頻率 4 電路的優 缺點 1 容易起振 振蕩頻率高 可達100MHZ以上 2 輸出波形較好 這是由于C2對高次諧波的阻抗小 反饋電路中的諧波成份少 故振蕩波形較好 3 調節頻率不方便 因為C1 C2的大小既與振蕩頻率有關 也與反饋量有關 改變C1 或C2 時會影響反饋系數 從而影響反饋電壓的大小 造成工作性能不穩定 95 6 2 4串聯改進型電容三點式LC振蕩電路 圖6 4克拉潑振蕩電路 6 3石英晶體振蕩電路 6 3 1石英晶體的諧振特性與等效電路 96 97 6 3 2石英晶體振蕩電路 1 并聯型石英晶體振蕩電路 a 實際電路 b 石英晶體等效后的電路圖6 7并聯型石英晶體正弦波振蕩電路 98 2 串聯型石英晶體振蕩電路 6 4RC正弦波振蕩電路 6 4 1RC串并聯網絡的選頻特性 99 a R C串并聯電路 b 低頻等效電路 c 高頻等效電路圖6 9RC串并聯網絡及其高低頻等效電路 6 4 2RC串并聯網絡的頻率特性 圖6 10RC串并聯網絡的頻率特性 100 6 4 3橋式振蕩電路 6 4 4RC移相式振蕩電路 101 6 5非正弦波產生電路 6 5 1矩形波產生電路 1 工作原理 a 電路 b 波形圖6 13矩形波發生電路及其波形 2 振蕩頻率及其調節 6 5 2三角波發生器 102 a 電路圖 b 波形圖圖6 14三角波發生器 103 6 5 3鋸齒波發生器 a 電路 b 波形圖6 16鋸齒波發生器 104 本章重點內容l功率放大電路的特點l互補對稱推挽功率放大電路及其工作原理l集成功率放大電路的原理及應用 7 1功率放大電路概述 7 1 1功率放大電路的特點 圖7 1放大器方框圖 1 要求輸出足夠大的功率 2 效率要高 3 非線性失真要小 4 要考慮功率管的散熱和保護問題 5 在分析方法上 通常采用圖解法 第7章功率放大電路 105 7 1 2功率放大電路的三種工作狀態 1 甲類放大狀態 2 甲乙類放大狀態 3 乙類放大狀態 圖7 2功放電路的三種工作狀態 a 甲類放大 b 甲乙類放大 c 乙類放大 106 7 2互補對稱功率放大電路 7 2 1OCL互補對稱功率放大電路 1 乙類OCL互補對稱電路 a 基本互補對稱電路 b 由NPN管組成的射極輸出器 c 由PNP管組成的射極輸出器圖7 3兩射極輸出器組成的基本互補對稱電路 2 乙類OCL互補對稱電路主要參數估算 1 輸出功率及效率 圖7 4乙類OCL互補對稱電路圖解分析 107 2 管耗 3 功率管參數的選擇 3 甲乙類OCL互補對稱電路 圖7 5交越失真 108 a 用二極管提供偏置 b 用UBE倍增電路提供偏置圖7 6甲乙類互補對稱電路 7 2 2OTL互補對稱功率放大電路 1 基本電路 圖7 7采用一個電源的互補對稱電路 109 2 帶自舉的OTL電路 圖7 8帶自舉的單電源互補對稱電路 7 2 3采用復合管的準互補對稱功率放大電路 1 復合管 110 圖7 10準互補對稱功放電路 2 復合管組成的準互補對稱功放電路 7 2 4實際功率放大電路分析 1 OTL音頻功率放大電路 1 電路組成 7 11OTL音頻功率放大電路 111 2 主要技術指標的估算 1 電路組成 圖7 12高保真OCL功率放大電路 2 主要技術指標的估算 7 3集成功率放大電路 7 3 1集成功率放大電路分析 1 LM386內部電路 112 圖7 13LM386內部電路原理圖 2 LM386的電壓放大倍數 3 LM386的外形和引腳圖 113 7 3 2集成功率放大電路的主要性能指標 7 3 3集成功率放大電路的應用1 集成OTL電路的應用 圖7 15LM386外接元件最少的用法 圖7 16LM386電壓增益最大的用法 114 圖7 17LM386的一般用法 2 集成OCL電路的應用 115 7 4功率管的安全使用和保護 7 4 1功放管的二次擊穿問題 a 二次擊穿 b S B曲線圖7 19晶體管的擊穿現象 7 4 2功放管的散熱問題 116 7 4 3功放管的保護措施 1 過熱保護 2 過壓和過流保護 圖7 22由ICM PCM U BR CEO和二次擊穿臨界曲線限制的安全工作區 圖7 23功放管的保護電路 117 第8章直流穩壓電源 本章重點內容l整流電路的工作原理及元器件參數的選擇l電容濾波電路的工作原理l分立及集成穩壓電路的工作原理 8 1直流穩壓電源的組成直流穩壓電源的組成如圖8 1所示 直流穩壓圖8 1電源的組成 1 電源變壓器 2 整流電路 3 濾波器4 穩壓電路 118 8 2小功率整流與濾波電路 8 2 1單相整流電路 1 整流電路的主要技術指標 2 橋式整流電路的工作原理 119 圖8 3橋式整流電路的波形圖 3 橋式整流電路的參數計算 120 8 2 2濾波電路1 電容濾波電路 2 電感濾波電路 3 復合濾波電路 R C2 C1 uD uO L C uD uO 121 c LC 型濾波電路圖8 7常用的復合濾波電路 8 3串聯型穩壓電路 8 3 1穩壓電路的技術指標 1 穩壓系數SV 2 紋波抑制比Sr 3 輸出電壓的溫度系數ST 122 4 輸出電壓的溫度系數ST 5 電流調整率SI 8 3 2串聯型穩壓電路 1 電路組成和工作原理 圖8 8串聯型穩壓電路 123 1 采樣電路 2 基準電壓和放大電路 3 調整管 2 輸出電壓的調節范圍 3 調整管的選擇 1 集電極最大允許電流ICM 2 集電極和發射極之間的反向擊穿電壓U BR CEO 3 集電極最大允許耗散功率PCM 4 高精度基準電源 124 a 結構框圖 b 電路符號 c 典型應用電路圖8 10LM399的結構與應用電路 8 3 3三端集成穩壓器 1 三端集成穩壓器的產品分類及特點 1 固定式三端集成穩壓器 2 可調式三端集成穩壓器 125 2 三端集成穩壓器的工作原理 1 固定式