中職_《電子技術(shù)基礎(chǔ)》第四版_電子教案.ppt

目錄 1 1半導(dǎo)體的基本知識(shí) 2 1半導(dǎo)體三極管 2 2共射極基本放大電路 2 3分壓式射極偏壓電路 2 4多級(jí)放大器 2 5負(fù)反饋放大電路 2 6功率放大電路 3 1差動(dòng)放大電路 3 2集成運(yùn)算放大器概述 3 3集成運(yùn)算放大器的基本電路 3 4集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用電路 3 5集成運(yùn)放的使用常識(shí) 4 1正弦波振蕩電路的基本原理 4 2LC正弦波振蕩電路 4 3RC正弦波振蕩電路 4 4石英晶體振蕩電路 5 1單相整流電路 5 2整流器件的選用 5 3濾波電路 5 4穩(wěn)壓電路 5 5集成穩(wěn)壓器 5 6開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)介 6 1晶閘管 6 2晶閘管整流電路 6 3負(fù)載類型對(duì)晶閘管整流的影響 6 4晶閘管的選擇和保護(hù) 6 5晶閘管的觸發(fā)電路 6 6晶閘管的其它應(yīng)用電路 6 7雙向晶閘管簡(jiǎn)介 1 2半導(dǎo)體二極管 點(diǎn)擊目錄以打開相應(yīng)章節(jié) 電子技術(shù)基礎(chǔ) 第四版 中國(guó)勞動(dòng)與社會(huì)保障出版社ISBN978 7 5045 6043 8 1 1半導(dǎo)體的基本知識(shí) 一 半導(dǎo)體的基本概念 物質(zhì)按照導(dǎo)電能力分為 導(dǎo)體 容易導(dǎo)電 絕緣體 不導(dǎo)電 半導(dǎo)體 導(dǎo)電性能隨條件變化 影響半導(dǎo)體導(dǎo)電性能 電阻值 的常見條件因素有 1 溫度 稱熱敏特性 電阻值隨溫度變化 2 光照 稱光敏特性 電阻值隨亮度變化 3 雜質(zhì) 稱摻雜特性 電阻值隨摻入的微量元素顯著變化 聲光控開關(guān) 樓梯燈開關(guān) 在夜晚 人上樓梯發(fā)出的腳步聲會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮樓梯燈 在白天 哪怕使勁跺腳發(fā)出巨大聲響 樓梯燈還是不會(huì)點(diǎn)亮 為什么 開關(guān)面板上的窗口有什么作用 P N P型半導(dǎo)體或者N型半導(dǎo)體雖然具備導(dǎo)電能力 但單純的一塊P型半導(dǎo)體或者一塊N型半導(dǎo)體還是沒有實(shí)用價(jià)值 把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合到一塊 交界處形成一個(gè)很特殊的薄層 稱為PN結(jié) 有特殊的導(dǎo)電性能 這是制造半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ) 把這個(gè)PN結(jié)用管殼封裝成一體 并分別從P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體各引一個(gè)電極出來 這樣構(gòu)成的器件叫二極管 因此 PN結(jié)的導(dǎo)電特性可用二極管的實(shí)驗(yàn)來導(dǎo)出 PN結(jié) 即二極管 的基本特性 實(shí)驗(yàn)一 請(qǐng)2位同學(xué)上臺(tái)進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)的演示 實(shí)驗(yàn)電路圖 燈泡亮嗎 再把二極管反過來接試試看 請(qǐng)分析得出什么結(jié)論 PN結(jié) 即二極管 的基本特性 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?1 2半導(dǎo)體二極管 二極管的種類 1 按材料分 有硅二極管 鍺二極管和砷化鎵二極管等 2 按結(jié)構(gòu)分 根據(jù)PN結(jié)面積大小 有點(diǎn)接觸型 面接觸型二極管 3 按用途分 有整流 穩(wěn)壓 開關(guān) 發(fā)光 光電 變?nèi)?阻尼等二極管 4 按封裝形式分 有塑封 玻璃封及金屬封裝等 5 按功率分 有大功率 中功率及小功率等二極管 常見各種類型二極管的外觀 塑料封裝整流管 玻璃封裝穩(wěn)壓 普通管 金屬封裝大功率管 發(fā)光二極管 貼片二極管 快恢復(fù)二極管 半橋整流堆 復(fù)合2只 橋式整流堆 復(fù)合4只 由圖可見二極管型號(hào)比較多樣 如今很少?gòu)S家按書本提到的命名方法定型號(hào) 有興趣同學(xué)自己參考一下課本 實(shí)驗(yàn)二 1 按下圖連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備 4 總結(jié)實(shí)驗(yàn) 由圖可見 1 小于0 5V時(shí)I很小 二極管截止 稱0 5V為死區(qū)電壓 2 達(dá)0 7V時(shí)I急劇增大 二極管導(dǎo)通 稱0 7V為導(dǎo)通電壓 7 總結(jié)實(shí)驗(yàn) 由圖可見 1 反向電壓小于某個(gè)電壓值時(shí)I很小 二極管截止 2 反向電壓達(dá)到某個(gè)電壓值時(shí)I急劇增大 二極管擊穿 3 反向電壓達(dá)到擊穿電壓后 時(shí)間一長(zhǎng)二極管將會(huì)燒毀 現(xiàn)在將二極管極性調(diào)轉(zhuǎn)連接 測(cè)試其反向伏安特性 現(xiàn)在把二極管換成鍺管2AP4再重復(fù)上述實(shí)驗(yàn) 并歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)果 看看與之前硅管有何不同 鍺管的死區(qū)電壓為0 2V 導(dǎo)通電壓為0 3V 半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù) 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 二極管的檢測(cè) 檢測(cè)依據(jù) 二極管的單向?qū)щ娦?可見 我們可以用萬用表電阻檔檢測(cè)二極管的正反向阻值來判斷二極管性能 二極管的檢測(cè) 2 測(cè)量正向電阻 對(duì)于指針式萬用表 黑表筆連接著萬用表內(nèi)部電池的正極 所以是黑表筆流出電流 因此測(cè)正向電阻時(shí)黑表筆接二極管的正極 如圖 正常的二極管正向電阻值較小 指針擺幅大 3 測(cè)量反向電阻 測(cè)反向電阻時(shí)紅表筆接二極管的正極 如圖 正常的二極管反向電阻值很大 指針不擺動(dòng) 作業(yè)P9 1 2 3 4 5 6 2 1半導(dǎo)體三極管 一 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu) 符號(hào)和類型1 結(jié)構(gòu)和符號(hào) 1 NPN結(jié)構(gòu)三極管 P N N 3塊半導(dǎo)體區(qū) 3個(gè)電極 2個(gè)PN結(jié) 注意 這3塊半導(dǎo)體和2個(gè)PN結(jié)的工藝特殊 所以 1 不能簡(jiǎn)單理解成2個(gè)二極管的反向串聯(lián) 2 集電結(jié)和發(fā)射結(jié)不能互換使用 2 1半導(dǎo)體三極管 一 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu) 符號(hào)和類型1 結(jié)構(gòu)和符號(hào) 1 NPN結(jié)構(gòu)三極管 P N 集電結(jié) 發(fā)射結(jié) P 2 PNP結(jié)構(gòu)三極管 2 三極管的類型 三極管的種類很多 有下列常見的分類形式 1 按其結(jié)構(gòu)類型分為NPN管和PNP管 2 按其制作的半導(dǎo)體材料分為硅管和鍺管 3 按工作頻率分為高頻管和低頻管 4 按功率分為小功率 中功率 大功率管 三極管的型號(hào)命名方法三極管型號(hào)多樣 實(shí)際上廠家在生產(chǎn)三極管時(shí)很少按照書本的命名方法去定型號(hào) 該內(nèi)容請(qǐng)課后自行參考書本 二 三極管的放大作用 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié) 1 按下圖連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備 Ib Ic Ie 3 分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1 Ib Ic Ie三者之間有什么關(guān)系 2 Ib和Ic兩者之間有什么關(guān)系 3 Ic和Ie兩者之間有什么關(guān)系 1 Ic Ie Ib 2 每次實(shí)驗(yàn)Ic和Ib兩者的比值都相等即 Ic Ib 稱放大倍數(shù) 3 Ie Ib Ic 1 Ib 可見 三極管要實(shí)現(xiàn)放大作用的外部條件是 發(fā)射結(jié)正向偏置 集電結(jié)反向偏置 現(xiàn)在把三極管換成PNP型的再做一次實(shí)驗(yàn) 請(qǐng)注意PNP型管應(yīng)該如何接線 最后請(qǐng)大家把E極的電流表去掉 并將B極和C極的數(shù)字電流表?yè)Q成指針式的uA表和mA表 然后來回調(diào)節(jié)變阻器 不用記錄任何數(shù)據(jù) 只要觀察兩個(gè)表的變化規(guī)律 更直觀地來體會(huì)一下三極管的電流放大作用 IB只要有幾十微安的變化 就會(huì)引起IC有幾十毫安的同方向變化 變化量被擴(kuò)大了千多倍 二 三極管的放大作用 三 三極管的特性曲線 1 輸入特性 從輸入回路看Ib只跟一個(gè)發(fā)射結(jié)有關(guān) 與集電結(jié)沒關(guān) 所以等效成了一個(gè)二極管 b極相當(dāng)二極管的正極 e極相當(dāng)負(fù)極 因此三極管的輸入特性就是二極管的伏安特性 三 三極管的特性曲線 2 輸出特性 從輸出回路看Ic與發(fā)射結(jié) 集電結(jié)均有關(guān)系 所以三極管的輸出特性就比較復(fù)雜 即要反映Ic和Ube的關(guān)系 又要反映Ic和Ib的關(guān)系 1 截止區(qū) IB 0 三極管截止 IC接近0 CE極之間相當(dāng)開路 2 放大區(qū) IC受IB的控制 即有IC IB 3 飽和區(qū) UCE很小 0 3V CE之間相當(dāng)短路 IC很大且不受IB控制 用三極管做放大器時(shí)要避免三極管工作在截止區(qū)或飽和區(qū) 用三極管做開關(guān)用途時(shí) 飽和區(qū)為開關(guān)通態(tài) 截止區(qū)為開關(guān)斷態(tài) 要避免三極管工作在放大區(qū) 例2 1判斷下面三極管的工作狀態(tài) 四 三極管的主要參數(shù) 三極管的參數(shù)是用來表征其性能和適用范圍的 也是評(píng)價(jià)三極管質(zhì)量以及選擇三極管的依據(jù) 常用的主要參數(shù)有 1 電流放大系數(shù) hfe 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(fā)射極間的擊穿電壓U BR CEO 6 集電極最大耗散功率PCM 五 三極管的識(shí)別與檢測(cè) 很多資料 教材 包括我們的課本都會(huì)教我們用萬用表去判斷三極管的管型 NPN或PNP 引腳極性 區(qū)分哪個(gè)是B C E極 以及放大系數(shù)等等 在早期 三極管的外觀和引腳排列多樣化 這些測(cè)試方法普遍讓初學(xué)者難以承受 如今三極管的外形和引腳排列日趨標(biāo)準(zhǔn)化 單一化 給測(cè)試帶來很大方便 測(cè)試時(shí)記住如下幾點(diǎn) 一般即可滿足實(shí)際需要 1 記住三極管的兩種結(jié)構(gòu) 測(cè)試時(shí) 一個(gè)PNP三極管等效成兩個(gè)二極管 電流能從B流向C或E 即黑表筆 機(jī)械表 接B極 紅表筆接C或E極時(shí)導(dǎo)通 其它任何接法都截止 測(cè)試時(shí) 一個(gè)PNP三極管等效成兩個(gè)二極管 電流能從C或E流向B 即紅表筆 機(jī)械表 接B極 黑表筆接C或E極時(shí)導(dǎo)通 其它任何接法都截止 把一個(gè)三極管看作兩個(gè)二極管 能測(cè)出B極并確定管型 還能判斷兩個(gè)PN結(jié)是否正常 從而確定三極管的性能 2 記住三極管的幾種封裝規(guī)律 記住這幾種排列規(guī)律 在確定B極和管型后 可不必再通過測(cè)試去判斷C E極 實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)各小組同學(xué)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)提供的各種三極管進(jìn)行檢測(cè) 分清引腳排列 管型 并說明三極管的性能好壞 作業(yè)P52 1 2 3 4 5 6 2 2共射極基本放大電路 一 放大電路概述 所謂放大 從表面上看是將信號(hào)由小變大 實(shí)質(zhì)上 放大的過程是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過程 三極管有三個(gè)電極 在電路中可有三種不同的連接方式 或稱三種組態(tài) 即共 發(fā) 射極接法 共集電極接法和共基極接法 這三種接法分別以發(fā)射極 集電極 基極作為輸入回路和輸出回路的公共端 而構(gòu)成不同的放大電路 如下圖所示 二 共射極基本放大電路的組成及工作原理 1 組成及各元件的作用 2 電壓 電流的符號(hào)與方向規(guī)定 1 直流分量 用大寫字母和大寫下標(biāo)表示 如IB表示基極的直流電流 2 交流分量 用小寫字母和小寫下標(biāo)表示 如ib表示基極的交流電流 3 總變化量 是直流分量和交流分量之和 即交流疊加在直流上 用小寫字母和大寫下標(biāo)表示 如iB表示基極電流總的瞬時(shí)值 其數(shù)值為iB IB ib 4 交流有效值 用大寫字母和小寫下標(biāo)表示 如Ib表示基極的正弦交流電流的有效值 直流電交流電交直流疊加量 3 靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置 這是我們前面提到的共射基本放大電路 現(xiàn)在我們把基極電阻斷開不要 看看 思考 該電路能否把輸入的波形不失真地放大成右邊波形輸出 事實(shí)上只有輸入信號(hào)中 0 5V的那小部分能得到放大 大部分 0 5V和負(fù)半周信號(hào)都沒有放大輸出 為什么 很多實(shí)際情況是輸入信號(hào)都很微弱 例如 0 1V Ui 0 1V象這種信號(hào)能否被得到放大 如果不能怎么辦 利用基極電阻引入合適的直流偏置 使得基極在沒有輸入信號(hào)的時(shí)候能維持微導(dǎo)通 這個(gè)合適的偏置叫做靜態(tài)工作點(diǎn) 靜態(tài)工作點(diǎn)稱Q點(diǎn) 對(duì)應(yīng)輸入 輸出特性曲線上某一點(diǎn) 動(dòng)態(tài)是指放大電路輸入信號(hào)不為零時(shí)的工作狀態(tài) 當(dāng)放大電路加入交流信號(hào)ui時(shí) 電路中各電極的電壓 電流都是由直流量和交流量疊加而成的 各處波形如圖所示 4 工作原理 三 共設(shè)計(jì)放大電路的分析方法 2 動(dòng)態(tài)參數(shù)估算 2 輸出電阻ro 在圖中 根據(jù)戴維南定理可得 2 求空載電壓放大倍數(shù)Au 即不接負(fù)載RL RL 2 3分壓式射極偏置電路 這是上節(jié)課學(xué)習(xí)的固定偏置放大電路 溫度會(huì)影響三極管的靜態(tài)工作點(diǎn) 如圖增加兩個(gè)電阻 構(gòu)成分壓式放大電路 2 自動(dòng)穩(wěn)定Q點(diǎn) 2 4多級(jí)放大器 前面講過的基本放大電路 其電壓放大倍數(shù)一般只能達(dá)到幾十 幾百 然而在實(shí)際工作中 放大電路所得到的輸入信號(hào)往往都非常微弱 例如話筒 要將其放大到能推動(dòng)負(fù)載 例如音箱 工作的程度 僅通過單級(jí)放大電路放大 達(dá)不到實(shí)際要求 則必須通過多個(gè)單級(jí)放大電路連續(xù)多次放大 才可滿足實(shí)際要求 一 多級(jí)放大電路的耦合方式 多級(jí)放大電路是由兩級(jí)或兩級(jí)以上的單級(jí)放大電路連接而成的 在多級(jí)放大電路中 我們把級(jí)與級(jí)之間的連接方式稱為耦合方式 級(jí)與級(jí)之間耦合時(shí) 必須滿足 1 耦合后 各級(jí)電路仍具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn) 2 保證信號(hào)在級(jí)與級(jí)之間能夠順利地傳輸過去 3 耦合后 電路性能指標(biāo)必須滿足實(shí)際要求 為了滿足上述要求 一般常用的耦合方式有 阻容耦合 直接耦合 變壓器耦合 光電耦合 2 4多級(jí)放大器 1 阻容耦合 我們把級(jí)與級(jí)之間通過電容連接的方式稱為阻容耦合方式 電路如圖 電容對(duì)交流信號(hào)具有一定的容抗 信號(hào)傳輸過程中 會(huì)受到一定衰減 尤其對(duì)于變化緩慢的信號(hào)容抗很大 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(jí)放大電路不便于集成 2 4多級(jí)放大器 2 變壓器耦合 我們把級(jí)與級(jí)之間通過變壓器連接的方式稱為變壓器耦合方式 電路如圖 請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)這種耦合方式的優(yōu)缺點(diǎn) 2 4多級(jí)放大器 3 直接耦合 我們把級(jí)與級(jí)之間用導(dǎo)線直接連通的方式稱為直接耦合方式 電路如圖 優(yōu)點(diǎn) 既可以放大交流信號(hào) 也可以放大直流和變化非常緩慢的信號(hào) 電路簡(jiǎn)單 便于集成 所以集成電路中多采用這種耦合方式 缺點(diǎn) 存在著各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制和零點(diǎn)漂移這兩個(gè)問題 2 4多級(jí)放大器 4 光電耦合 級(jí)與級(jí)之間用光電耦合器連通 光電耦合器結(jié)構(gòu)如下 a LED 光敏電阻 b LED 光電二極管 c LED 光電三極管 d LED 光電池 原理是以光信號(hào)作為媒體將輸入的電信號(hào)傳送給后級(jí) 實(shí)現(xiàn)了 電 光 電 的轉(zhuǎn)換與傳遞 前后級(jí)的隔離度很高 二 多級(jí)放大器近似估算 2 輸入電阻 多級(jí)放大電路的輸入電阻 就是輸入級(jí)的輸入電阻 計(jì)算時(shí)要注意 當(dāng)輸入級(jí)為共集電極放大電路時(shí) 要考慮第二級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)負(fù)載時(shí)對(duì)輸入電阻的影響 3 輸出電阻 多級(jí)放大電路的輸出電阻就是輸出級(jí)的輸出電阻 計(jì)算時(shí)要注意 當(dāng)輸出級(jí)為共集電極放大電路時(shí) 要考慮其前級(jí)對(duì)輸出電阻的影響 2 5負(fù)反饋放大電路 一 反饋的基本概念 1 反饋的定義 將放大電路輸出量 電壓或電流 的一部分或全部 通過某些元件或網(wǎng)絡(luò) 稱為反饋網(wǎng)絡(luò) 反向送回到輸入端 來影響原輸入量 電壓或電流 的過程稱為反饋 有反饋的放大電路稱為反饋放大電路 其組成如圖所示 2 反饋極性 正 負(fù)反饋 在反饋放大電路中 反饋量使放大器凈輸入量得到增強(qiáng)的反饋稱為正反饋 使凈輸入量減弱的反饋稱為負(fù)反饋 通常采用 瞬時(shí)極性法 來區(qū)別是正反饋還是負(fù)反饋 具體方法如下 1 假設(shè)輸入信號(hào)某一瞬時(shí)的極性 2 根據(jù)輸入與輸出信號(hào)的相位關(guān)系 確定輸出信號(hào)和反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性 3 根據(jù)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的連接情況 分析凈輸入量的變化 如果反饋信號(hào)使凈輸入量增強(qiáng)即為正反饋 反之為負(fù)反饋 增大 正反饋 減少 負(fù)反饋 一 反饋的基本概念 3 反饋在輸出端的取樣方式 從輸出端看 若反饋信號(hào)取自輸出電壓 則為電壓反饋 若取自輸出電流 則為電流反饋 1 電壓反饋 在判斷電壓反饋時(shí) 根據(jù)電壓反饋的定義 反饋信號(hào)與輸出電壓成比例 可以假設(shè)將負(fù)載RL兩端短路 uo 0 但io 0 判斷反饋量是否為零 如果是零 就是電壓反饋 例2 6判斷反饋 首先 有反饋嗎 看聯(lián)系 Rf跨接在第一級(jí)與第二級(jí)之間 為反饋電阻 判斷反饋極性 負(fù)反饋 看輸入 一旦將Ui短路 反饋信號(hào)將依然存在 可見為串聯(lián)反饋 這是交 直流電壓串聯(lián)負(fù)反饋 看輸出 一旦將Uo短路 反饋信號(hào)將接地消失 可見為電壓反饋 負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響 2 改善非線性失真 實(shí)驗(yàn)演示 1 由信號(hào)發(fā)生器輸入一頻率為1kHz 峰 峰值為1V的正弦波 2 將開關(guān)S斷開 用示波器觀察輸出波形 可看到輸出波形明顯地失真 如圖中輸出波形 a 3 將開關(guān)S閉合 觀察輸出波形 可看到失真波形明顯地改善 如圖中的波形 b 演示現(xiàn)象分析 在開環(huán)放大器中 由于開環(huán)增益很大 使放大器工作在非線性區(qū) 輸出波形為雙向失真波形 開關(guān)閉合后 電路加上了負(fù)反饋 電路增益減小 放大器工作在線性區(qū) 輸出波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波 即負(fù)反饋能減小非線性失真 3 擴(kuò)展通頻帶 射極輸出器 電路如圖 交流信號(hào)從基極輸入 從發(fā)射極輸出 故該電路稱射極輸出器 由交流通路可看出 集電極為輸入 輸出的公共端 故稱為共集電極放大電路 簡(jiǎn)稱共集放大電路 特點(diǎn) 1 電壓放大倍數(shù)接近于12 輸入 輸出電壓同相3 輸入電阻很大4 輸出電阻很小應(yīng)用 阻抗匹配 緩沖 隔離 2 6功率放大電路 1 基本要求 功率放大器作為放大電路的輸出級(jí) 具有以下幾個(gè)特點(diǎn) 1 由于功率放大器的主要任務(wù)是向負(fù)載提供一定的功率 因而輸出電壓和電流的幅度足夠大 2 由于輸出信號(hào)幅度較大 使三極管工作在飽和區(qū)與截止區(qū)的邊沿 因此輸出信號(hào)存在一定程度的失真 3 功率放大器在輸出功率的同時(shí) 三極管消耗的能量亦較大 因此 不可忽視管耗問題 根據(jù)功率放大器在電路中的作用及特點(diǎn) 首先要求它輸出功率大 非線性失真小 效率高 其次 由于三極管工作在大信號(hào)狀態(tài) 要求它的極限參數(shù)ICM PCM U BR CEO等應(yīng)滿足電路正常工作并留有一定余量 同時(shí)還要考慮三極管有良好的散熱功能 以降低結(jié)溫 確保三極管安全工作 2 功率放大器的分類 根據(jù)放大器中三極管靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的不同 可分成甲類 乙類和甲乙類三種 如圖所示 二 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 1 OTL電路 1 電路組成及工作原理這類電路又稱無輸出變壓器的功率放大電路 簡(jiǎn)稱OTL電路 V1為NPN型管 V2為PNP型管 兩管參數(shù)對(duì)稱 圖中R1 R2為偏置電阻 適當(dāng)選擇R1 R2阻值 可使兩管靜態(tài)時(shí)發(fā)射極電壓為UCC 2 電容C兩端電壓也穩(wěn)定在UCC 2 這樣兩管的集 射極之間如同分別加上了UCC 2和 UCC 2的電源電壓 在輸入信號(hào)正半周 V3導(dǎo)通 V4截止 V3以射極輸出器形式將正向信號(hào)傳送給負(fù)載 同時(shí)對(duì)電容C2充電 在輸入信號(hào)負(fù)半周時(shí) V3截止 V4導(dǎo)通 電容C2放電 充當(dāng)V4管直流工作電源 使V4也以射極輸出器形式將負(fù)向信號(hào)傳送給負(fù)載 這樣 負(fù)載RL上得到一個(gè)完整的信號(hào)波形 1 OCL電路 1 電路組成及工作原理 右圖是雙電源乙類互補(bǔ)功率放大電路 這類電路又稱無輸出電容的功率放大電路 簡(jiǎn)稱OCL電路 V1為NPN型管 V2為PNP型管 兩管參數(shù)對(duì)稱 1 靜態(tài)分析 當(dāng)輸入信號(hào)ui 0時(shí) 兩三極管都工作在截止區(qū) 此時(shí)IBQ ICQ IEQ均為零 負(fù)載上無電流通過 輸出電壓uo 0 2 動(dòng)態(tài)分析 1 當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí) ui 0 三極管V1導(dǎo)通 V2截止 V1管的射極電流ie1經(jīng) CC自上而下流過負(fù)載 在RL上形成正半周輸出電壓 uo 0 2 當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí) ui 0 三極管V2導(dǎo)通 V1截止 V2管的射極電流ie2經(jīng) CC自下而上流過負(fù)載 在RL上形成負(fù)半周輸出電壓 uo 0 3 交越失真及其消除 實(shí)驗(yàn)演示 演示電路如圖所示 在放大器的輸入端加入一個(gè)1KHz正弦信號(hào) 用示波器觀察輸出端的信號(hào)波形 發(fā)現(xiàn)輸出波形在正 負(fù)半周的交界處發(fā)生了失真 產(chǎn)生這種失真的原因是 在乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路中 沒有施加偏置電壓 靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在零點(diǎn) UBEQ 0 IBQ 0 ICQ 0 三極管工作在截止區(qū) 由于三極管存在死區(qū)電壓 當(dāng)輸入信號(hào)小于死區(qū)電壓時(shí) 三極管V1 V2仍不導(dǎo)通 輸出電壓uo為零 這樣在輸入信號(hào)正 負(fù)半周的交界處 無輸出信號(hào) 使輸出波形失真 這種失真叫交越失真 為了解決交越失真 可給三極管加適當(dāng)?shù)幕鶚O偏置電壓 使之工作在甲乙類工作狀態(tài) 如圖所示 利用V3和V4產(chǎn)生合適的偏置 使V1和V2在靜態(tài)時(shí)維持微導(dǎo)通狀態(tài) 同學(xué)實(shí)習(xí)制作的分立元件OTL功放 三 集成功率放大器 集成功率放大器具有輸出功率大 外圍連接元件少 使用方便等優(yōu)點(diǎn) 目前使用越來越廣泛 它的品種很多 常見有TDA2030A音頻功率放大器 書本列舉的LM386等幸好 現(xiàn)以TDA2030A為例 TDA2030A音頻集成功率放大器簡(jiǎn)介 TDA2030A是目前使用較為廣泛的一種集成功率放大器 大量使用在電腦的有源音箱里 與其它功放相比 它的引腳和外部元件都較少 TDA2030A外形圖 同學(xué)實(shí)習(xí)用TDA2030制作的功放 TDA2030內(nèi)部結(jié)構(gòu) TDA2030單電源應(yīng)用 作業(yè)P54 11 12 13 14 15 2 靜態(tài)分析 輸入信號(hào)為零 即ui1 ui2 0 放大電路處于靜態(tài) 由于電路完全對(duì)稱 因此 IBQ1 IBQ2 IBQ IEQ1 IEQ2 IEQ ICQ1 ICQ2 ICQ UCQ1 UCQ2 UCC ICQRc UO UCQ1 UCQ2 0 共模輸入信號(hào)常用uic來表示 共模輸入電路如圖所示 由圖可得 2 對(duì)差模信號(hào)的放大作用 由圖示可以看出 當(dāng)從兩管集電極取電壓時(shí) 其差模電壓放大倍數(shù)表示為 3 對(duì)共模信號(hào)的抑制作用 4 衡量差動(dòng)放大電路的性能指標(biāo) 共模抑制比 實(shí)際應(yīng)用中 差動(dòng)放大電路兩輸入信號(hào)中既有差模信號(hào)成分 又有無用的共模輸入成分 此時(shí)可利用疊加原理來求總的輸出電壓 即 2 具有恒流源的差動(dòng)放大電路 恒流源差放電路如圖所示 V3 R1 R2 R3構(gòu)成恒流源 3 2集成運(yùn)算放大器概述 一 集成運(yùn)放的組成及其符號(hào)集成運(yùn)放內(nèi)部實(shí)際上是一個(gè)高增益的直接耦合放大器 其內(nèi)部組成原理框圖如下示 它由輸入級(jí) 中間級(jí) 輸出級(jí)和偏置電路等四部分組成 1 輸入級(jí) 輸入級(jí)是提高運(yùn)算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分 要求其輸入電阻高 為了能減小零點(diǎn)漂移和抑制共模干擾信號(hào) 輸入級(jí)都采用具有恒流源的差動(dòng)放大電路 也稱差動(dòng)輸入級(jí) 2 中間級(jí) 中間級(jí)的主要作用是提供足夠大的電壓放大倍數(shù) 故而也稱電壓放大級(jí) 要求中間級(jí)本身具有較高的電壓增益 3 輸出級(jí) 輸出級(jí)的主要作用是輸出足夠的電流以滿足負(fù)載的需要 同時(shí)還需要有較低的輸出電阻和較高的輸入電阻 以起到將放大級(jí)和負(fù)載隔離的作用 4 偏置電路 偏置電路的作用是為各級(jí)提供合適的工作電流 一般由各種恒流源電路組成 2 集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào) 二 集成運(yùn)算放大器件的封裝和分類 常見的集成運(yùn)算放大器有圓形 扁平型 雙列直插式等 有8管腳 14管腳等 2 集成運(yùn)算放大器的分類集成運(yùn)算放大器有四種分類方法 1 按其用途分類 集成運(yùn)算放大器按其用途分為通用型及專用型兩大類 2 按其供電電源分類 集成運(yùn)算放大器按其供電電源分類 可分為雙電源集成運(yùn)算放大器和單電源集成運(yùn)算放大器 3 按其制作工藝分類 可分為雙極型 單極型 雙極 單極兼容型集成運(yùn)算放大器三類 4 按運(yùn)放個(gè)數(shù)分類 可分為單運(yùn)放 雙運(yùn)放 四運(yùn)放 三 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù) 運(yùn)算放大器 簡(jiǎn)稱運(yùn)放 的特性參數(shù)是評(píng)價(jià)運(yùn)放性能優(yōu)劣的依據(jù) 1 極限參數(shù) 1 供電電壓范圍 UCC UEE 或 Us Us 定義 加到運(yùn)放上最小和最大允許的安全工作電源電壓 稱為運(yùn)放的供電電壓范圍 2 功耗PD 定義 運(yùn)放在規(guī)定的溫度范圍工作時(shí) 可以安全耗散的功率稱為功耗 3 工作溫度范圍 定義 能保證運(yùn)放在額定的參數(shù)范圍內(nèi)工作的溫度稱為它的工作溫度范圍 4 最大差模輸入電壓Uidmax 定義 能安全地加在運(yùn)放的兩輸入端之間最大的差模電壓稱為最大差模輸入電壓 5 最大共模輸入電壓Uicmax 定義 能安全地加在運(yùn)放的兩個(gè)輸入端的短接點(diǎn)與運(yùn)放地線之間的最大電壓稱為最大共模輸入電壓 3 增益特性 1 差模電壓增益Aud 2 共模電壓增益Auc 3 共模抑制比KCMR 3 3集成運(yùn)算放大器基本電路 1 理想集成運(yùn)放的性能指標(biāo) 理想集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)有 1 開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aud 2 輸入電阻rid 3 輸出電阻rod 0 此外還有 沒有失調(diào) 沒有失調(diào)溫漂 共模抑制比趨于無窮大等 盡管理想運(yùn)放并不存在 但由于集成運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)都比較接近理想值 在具體分析時(shí)將其理想化 是允許的 這種分析所帶來的誤差一般比較小 可以忽略不計(jì) 2 集成運(yùn)放的傳輸特性 實(shí)際電路中集成運(yùn)放的傳輸特性如圖所示 集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用 當(dāng)集成運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)或外接正反饋時(shí) 由于集成運(yùn)放的Aud很大 只要有微小的電壓信號(hào)輸入 集成運(yùn)放就一定工作在非線性區(qū) 其特點(diǎn)是 輸出電壓只有兩種狀態(tài) 不是正飽和電壓 Uom 就是負(fù)飽和電壓 Uom 1 當(dāng)同相端電壓大于反相端電壓 即u u 時(shí) uo Uom 2 當(dāng)反相端電壓大于同相端電壓 即u u 時(shí) uo Uom 二 集成運(yùn)算放大器的兩種基本電路 常見的基本運(yùn)算電路有比例運(yùn)算 加法 減法 微積分和乘法運(yùn)算等 1 反相輸入比例運(yùn)算電路 如圖所示為反相輸入比例運(yùn)算電路 輸出電壓與輸入電壓成比例關(guān)系 且相位相反 此外 由于反相端和同相端的對(duì)地電壓都接近于零 所以集成運(yùn)放輸入端的共模輸入電壓極小 這就是反相輸入電路的特點(diǎn) 當(dāng)R1 Rf R時(shí) 輸入電壓與輸出電壓大小相等 相位相反 稱為反相器 如圖所示 當(dāng)Rf 0或R1 時(shí) 即輸出電壓與輸入電壓大小相等 相位相同 該電路稱為電壓跟隨器 3 4集成運(yùn)算放大器應(yīng)用電路 1 加法運(yùn)算 如圖所示 2 減法運(yùn)算 當(dāng)R1 R2 R3 Rf R時(shí) uo ui1 ui2 在理想情況下 它的輸出電壓等于兩個(gè)輸入信號(hào)電壓之差 具有很好的抑制共模信號(hào)的能力 但是 該電路作為差動(dòng)放大器有輸入電阻低和增益調(diào)節(jié)困難兩大缺點(diǎn) 因此 為了滿足輸入阻抗和增益可調(diào)的要求 在工程上常采用多級(jí)運(yùn)放組成的差動(dòng)放大器來完成對(duì)差模信號(hào)的放大 集成運(yùn)放的調(diào)零電路有兩類 一類是內(nèi)調(diào)零 集成運(yùn)放設(shè)有外接調(diào)零電路的引線端 按說明書連接即可 例如我們常用的 A741 其中電位器RP可選擇10k 的電位器 如圖所示 另一類是外調(diào)零 即集成運(yùn)放沒有外接調(diào)零電路的引線端 可以在集成運(yùn)放的輸入端加一個(gè)補(bǔ)償電壓 以抵消集成運(yùn)放本身的失調(diào)電壓 達(dá)到調(diào)零的目的 常用的輔助調(diào)零電路如圖所示 二 集成運(yùn)放的保護(hù)1 電源保護(hù) 為了防止正負(fù)電源接反 可用二極管保護(hù) 若電源接錯(cuò) 二極管反向截止 集成運(yùn)放上無電壓 如圖所示 2 輸入端保護(hù) 當(dāng)輸入端所加的電壓過高時(shí)會(huì)損壞集成運(yùn)放 為此 可在輸入端加入兩個(gè)反向并聯(lián)的二極管 如圖所示 將輸入電壓限制在二極管的正向壓降以內(nèi) 3 輸出端保護(hù) 為了防止輸出電壓過大 可利用穩(wěn)壓管來保護(hù) 如圖所示 將兩個(gè)穩(wěn)壓管反向串聯(lián) 就可將輸出電壓限制在穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ的范圍內(nèi) 4 1正弦波振蕩電路的基本原理 來看一個(gè)在卡拉OK中常見的現(xiàn)象 嘯叫 聲音經(jīng)話筒拾音 功放擴(kuò)音后從音箱發(fā)出 再經(jīng)空間傳播重新進(jìn)入話筒 再被放大從音箱出來 再次進(jìn)入話筒 形成循環(huán) 類似于嘯叫現(xiàn)象 當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)接到2時(shí)就構(gòu)成了振蕩電路 正弦波振蕩的形成過程 放大電路在接通電源的瞬間 隨著電源電壓由零開始的突然增大 電路受到擾動(dòng) 在放大器的輸入端產(chǎn)生一個(gè)微弱的擾動(dòng)電壓ui 經(jīng)放大器放大 正反饋 再放大 再反饋 如此反復(fù)循環(huán) 輸出信號(hào)的幅度很快增加 這個(gè)擾動(dòng)電壓包括從低頻到甚高頻的各種頻率的諧波成分 為了能得到我們所需要頻率的正弦波信號(hào) 必須增加選頻網(wǎng)絡(luò) 只有在選頻網(wǎng)絡(luò)中心頻率上的信號(hào)能通過 其他頻率的信號(hào)被抑制 在輸出端就會(huì)得到如圖的ab段所示的起振波形 那么 振蕩電路在起振以后 振蕩幅度會(huì)不會(huì)無休止地增長(zhǎng)下去了呢 這就需要增加穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 當(dāng)振蕩電路的輸出達(dá)到一定幅度后 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)就會(huì)使輸出減小 維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的穩(wěn)幅振蕩 如圖的bc段所示 也就是說 在振蕩建立的初期 必須使反饋信號(hào)大于原輸入信號(hào) 反饋信號(hào)一次比一次大 才能使振蕩幅度逐漸增大 當(dāng)振蕩建立后 還必須使反饋信號(hào)等于原輸入信號(hào) 才能使建立的振蕩得以維持下去 4 2LC正弦波振蕩電路 先看看是否為正反饋 變壓器反饋式LC振蕩電路電路如圖 是正反饋 看看是否滿足條件 1 相位平衡條件 為了滿足相位平衡條件 變壓器初次級(jí)之間的同名端必須正確連接 電路振蕩時(shí) f f0 LC回路的諧振阻抗是純電阻性 由圖中L1及L2同名端可知 反饋信號(hào)與輸出電壓極性相反 即 F 180 于是 A F 360 保證了電路的正反饋 滿足振蕩的相位平衡條件 對(duì)頻率f f0的信號(hào) LC回路的阻抗不是純阻抗 而是感性或容性阻抗 此時(shí) LC回路對(duì)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生附加相移 造成 F 180 那 A F 360 不能滿足相位平衡條件 電路也不可能產(chǎn)生振蕩 由此可見 LC振蕩電路只有在f f0這個(gè)頻率上 才有可能振蕩 2 幅度條件 為了滿足幅度條件AF 1 對(duì)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(shù)越多 耦合越強(qiáng) 電路越容易起振 電路優(yōu)缺點(diǎn) 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(diào)頻方便 一般在LC回路中采用接入可變電容器的方法來實(shí)現(xiàn) 調(diào)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(duì)高次諧波的阻抗大 反饋也強(qiáng) 因此在輸出波形中含有較多高次諧波成分 RC正弦波振蕩電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 性能可靠 用來產(chǎn)生幾兆赫茲以下的低頻信號(hào) 常用的RC振蕩電路有RC橋式振蕩電路和移相式振蕩電路 1 RC橋式振蕩電路 4 3RC振蕩電路 二 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)由R2和C2并聯(lián)后與R1和C1串聯(lián)組成