高职模拟电子技术(机工版)教案

集成运算放大器的应用（一）目标：1.记住集成运放理想化条件2.了解负反馈对集成运放性能的影响3.理解集成运放的两个特性（虚短、虚断）4.掌握反相输入放大电路和同向输入放大电路集成运算放大器的应用概述回顾旧知：集成运算放大器的组成、符号、主要参数及特性。集成运算放大器的应用十分广泛，包括什么？什么是集成运算放大器最基本的应用电路？集成运算放大器有哪两种闭环工作方式？其各自应用范围是？集成运放理想化条件理想运放：Aod→∞Rid→∞Rod=0UIO=0IIO=0KCMR→∞BW→∞实际运放达不到。当运放低频小信号情况下，分析时视为理想运放。集成运放线性应用条件及其特性1.集成运放线性应用的必要条件将集成运放接成负反馈组态（Negativefreedbackconfigration）。2.负反馈对集成运放性能的改善①减少失调及其温漂对输出的影响，反馈越深，失调及温漂对输出的影响越小；②提高放大倍数精度及稳定度；③将带宽扩展（1+AF）倍；④使输入电阻、输出电阻、失真度等性能得到改善。3.理想集成运放线性应用时具有两个特性：虚短和虚断。（1）虚短：Aod→∞=0（2）虚断：Rid→∞i+=i-=0注意：虚短不能认为两个输入端短路，因为实际上的uID不可能等于零，虚断也不能认为是开路，因为实际上iID不可能等于零。集成运放线性应用基本电路1.反相输入放大电路电路组成反相输入放大电路如图4.2.1所示。Rf为反馈电阻，构成电压并联负反馈组态。图中电阻RP称为直流平衡电阻，以消除静态时集成运放内输入级基极电流对输出电压产生影响，进行直流平衡，且Rp=R1∥Rf。 图4.2.1反相输入放大电路“虚地”概念根据虚断，虚断概念有：ii=if，u-=u+=0，因集成运放两输入端的电位均为零，但它们并没有真正直接接地，故称之为“虚地”（Virtucalground），“虚地”是“虚短”的特例。估算，，输出电压与输入电压相位相反，且成比例关系，故又称为反相比例放大器。反相器若取R1=Rf，则Auf=-1，即电路的uo与ui大小相等，相位相反，称此时的电路为反相器。、Ro估算由于“虚地”，故放大电路的输入电阻。输出电阻为Ro=0。2.同相输入放大电路（Noninveringproportionalcircuit）1）电路组成同相输入放大电路如图4.2.2所示，Rf为反馈电阻，Rf与R1使运放构成电压串联负反馈电路。图4.2.2同相输入放大电路2）估算由虚断,虚短性质可列出：，则。3）电压跟随器当R1→∞,则Auf=1，即uo与ui大小相等，相位相同，称此电路为电压跟随器，电路如图4.2.3所示。其实用电路还有其它两种形式，电路如图4.2.4所示。图4.2.4(b)电路在同相输入端加一隔离电阻，防止因输入电阻过高而引人周围电场的干扰，Ri=R。图4.2.3电压跟随器电压跟随器与射极跟随器类似，但其跟随性能更好，输入电阻更高、输出电阻为零，常用作变换器或缓冲器。在电子电路中应用极广。4）、Ro估算同相输入放大器的输入电阻Ri→∞，输出电阻Ro=0。由于二输入端存在共模输入电压，因此必须选用共模抑制比高的集成运放。图4.2.4电压跟随器其它形式电路集成运放理想化条件在理解的基础上进行记忆。复习理想集成运放的特性：虚短、虚断，重在理解。画出反相输入基本放大电路图，并写出输入和输出电压的关系式。画出反相输入基本放大电路图，并写出输入和输出电压的关系式。集成运算放大器的应用（二）目标：1.掌握差分输入放大电路和反相加法器复习回顾同相输入放大电路一．差动输入(Differentialinput)放大电路1.电路组成图4.2.5所示为差动输入放大电路，它的两个输入端都有信号输入。ui1通过R1接至运放的反相输入端，ui2通过R2、R3分压后接至同相输入端，而uo通过Rf、R1反馈到反相输入端。图4.2.5差动输入放大电路2.与的关系因i-=0，u-为ui1和uo共同作用的结果，应用叠加定理得：；根据分压公式得：；又因为u+=u-，故当R1=R2和Rf=R3时，，可见其输出电压uo与两个输入电压的差值(ui2-ui1)成正比。故称为差值放大电路，又称为减法运算电路。3.特点集成运放组成差动输入组态，对共模信号有抑制作用，即使使用一级运放电路，选用较高共模抑制比的运放，电路也具有一定的抗共模噪声干扰的能力。[例题]两运放组成的抗共模噪声电路如图4.2.6所示。求Auf。图4.2.6两运放抗共模噪声电路解题分析：在分析多个运放组成电路时，应把输入输出关系搞清楚，然后应用虚短、虚断概念和叠加定理求解。本例中A1的输出为A2的输入。A1组成同相比例放大器，A2组成差动放大组态。该电路具有很高的输入电阻可达几十兆欧。为提高抑制共模信号的能力，要求A1、A2具有较高的共模抑制比。解：A1组成同相比例放大电路，根据同相输入放大电路的输出电压公式得：A2组成差动输入放大电路。当uo1单独作用，ui2对地短接,A2为反相比例放大电路。则当ui2单独作用，u01对地短接，A2为同相比例放大电路。则该电路输出电压与输入电压差值成正比，为高输入电阻的减法电路。二．反相加法器反相加法器如图4.2.7所示，Rf为反馈电阻，R3为直流平衡电阻，其作用：消除输入偏置电流影响，保证“零输入、零输出”。其值R3=R1∥R2∥Rf。图4.2.7反相加法器根据虚短、虚断性质和KCL电流定理：；电路特点：调整某一路的输入电阻不影响另一电路的输入电压与输出电压的比例关系。当R=Rf时，，说明电路实现了各输入信号电压的反相相加。当R1=R2=R时，；作业1.画出差分输入基本放大电路图，并写出输入和输出电压的关系式。（试写出分析过程）2.画出反相加法器的电路图，并写出输入和输出电压的关系式。（试写出分析过程）3.在理解的基础上做到熟练掌握这两个电路。（加强记忆为后面应用作准备）集成运算放大器的应用（三）目标：1.掌握同相加法器2.掌握比例放大器、加法运算电路、减法运算电路的简单运用复习比例放大器、加法运算电路、减法运算电路的输入与输出的关系，并画出各自具体的基本放大电路图。一．同相加法器1.同相加法器如图4.2.8所示。图4.2.8同相加法器2.应用叠加定理进行分析：(1)设ui1单独作用，ui2=0，则。(2)设ui2单独作用，ui1=0，(3)二者迭加得：若R1=R2、R3=Rf,则，表明输出电压为两输入电压之和。这种电路共模输入电阻较高，且输入端电阻不易调整。［例题4.3.1］(P121)［例题4.3.2］(P122)习题用理想运算放大器设计具有下列运算功能的放大电路。（1）uo=-2uI1-5uI2（2）uo=-uI1+2uI2作业1.电路如下图所示，试求：（1）当R1=20kΩ，Rf=100kΩ,uo与uI的关系。（2）Rf=100kΩ，若uo=26uI，求R1的值。证明下图所示电路中，uo=（1+R1/R2）（uI2-uI1）低频功率放大电路概述（一）目标：了解功放的概念、特点、要求和分类理解OCL电路的工作原理能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路（Poweramplifier），简称功放。一、功率放大电路特点和要求1．功率放大电路的特点从能量控制的观点来看，功率放大电路与电压放大电路都属于能量转换电路，均将电源的直流功率转换成被放大信号的交流功率。两种电路的比较如下表所示：电路适用信号主要分析方法主要研究对象电压放大电路小信号微变等效电路法、、功率放大电路大信号图解法、工程估算法、2．对功率放大电路的要求（1）应有足够大的输出功率。（2）效率要尽可能的高。（3）非线性失真要小。（4）功率放大管要采取散热等保护措施。二、功率放大电路的分类1．按静态工作点分类：分类甲(A)类乙(B)类甲乙(AB)类Q点在负载线中点附近在截止区接近于截止区特点大，大，低，≤50%。高，失真大高，静态时管子微微导通。图５.1.1各类功率放大电路的静态工作点及其波形a）工作点位置b）甲类波形c）甲乙类波形d）乙类波形2．按信号频率分类(1)低频功放(2)高频功放三、低频功率放大电路的主要技术指标1．最大输出功率Pom输出功率Po等于输出电压与输出电流的有效值乘积，即Po=Iom表示输出电流振幅，Uom表示输出电压振幅。最大输出功率Pom是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率。2．效率η(Efficiency)η就是负载上得到的有用信号功率Po与电源供给的直流功率PV之比，即。3．非线性失真系数THD(Totalharmonicdistortion)THD用来衡量非线性失真的程度，即：式中，Im1、Im2、Im3…和Um1、Um2、Um3…分别表示输出电流和输出电压中的基波分量和各次谐波分量的振幅。四、OCL电路双电源互补对称电路又称无输出电容（Outputcapacitorless）的功放电路，简称OCL电路，其原理电路如图5.2.1a所示。图中V1、V2为导电类型互补（NPNPNP）且性能参数完全相同的功放管。两管均接成射极输出电路以增强带负载能力，为双电源互补对称功放电路。图5.2.1OCL基本原理电路a)基本原理电路b)输入信号波形c)输出信号波形1．静态分析静态时，两管零偏而截止,故静态电流为零，又由于两管特性对称，故两管输出端的静态电压为零。2．动态工作情况电路输入如图5.2.1b所示的正弦信号。(1)在ui正半周，V1Je正偏而导通，V2Je反偏而截止，各极电流如图(a)中实线所示。(2)在ui负半周,V1Je反偏截止，V2Je正偏导通，各极电流如图中虚线所示。V1、V2两管分别在正、负半周轮流工作，负载RL获完整的正弦波信号电压，如图5.2.1c所示。3．电路特点这种电路的结构对称，两管互相补偿、轮流导通工作，故称为互补对称电路（或互补推挽电路）。作业1.低频功率放大电路、电压放大电路各有何特点?2.对功率放大电路的要求有哪些？3.功率放大电路是如何分类的？4.画出OCL电路图，并简述其工作原理。低频功率放大电路概述（二）目标：了解OTL电路的组成理解OTL电路的工作原理OTL电路的组成T3管组成电压放大级，Rc1为其集电极负载电阻。D1、D2是二极管偏置电路，为T1、T2提供一定的偏置电压。T1、T2组成互补对称电路。T1、T2对称，静态时，K点电位应为Vcc/2.(电容C很大，满足RLC2>>T，具有隔直作用)T3的偏置由K点电压经过R2R1提供形成直流负反馈，稳定静态工作点。工作原理与OCL电路相似。输入信号电压的负半周，经T3倒相放大，T3集电极电压瞬时极性为“正”，T1正偏导通，T2反偏截止。经T1放大后的电流经C送给负载，并对C充电。RL上获得正半周电压。输入信号的正半周，经T3倒相放大，T3集电极电压瞬时极性为“负”，T1反偏截止，T2正偏导通，C放电，经T2放大的电流由该管集电极经RL和C流回发射极，负载RL上获得负半周电压。输出电压的最大幅度约为Vcc/2。作业画出OTL电路图，并简要说明各组成部分的作用。简述OTL电路（单电源供电）的工作原理。功率放大器的输出功率大是由于什么？单电源（+12V）供电的OTL功放电路，在静态时输出耦合电容两端的直流电压为（）A.0VB.+6VC.+12V5.甲乙类OCL电路可以克服乙类OCL电路产生的（）A.交越失真B.饱和失真C.截止失真D.零点漂移正弦波振荡电路的基本概念任课教师：李川授课日期：________目标：掌握正弦波振荡电路的振荡条件了解起振与稳幅过程理解振荡电路的组成和分析方法重点：正弦波振荡电路的振荡条件及判断相位平衡方法难点：正弦波振荡电路相位平衡方法的判断产生正弦波振荡的条件图6.1.1（P178）A--------放大电路的放大倍数F--------反馈网络的反馈系数设维持Uo不变所需输入电压为Uid，若反馈电压Uf=Uid电路就可以维持稳定的输出电压。因不需外加信号，故又称自激振荡电路。振荡电路产生自激振荡的条件：AF=AF∠φa+φf=1，即∣AF∣=AF=1——振幅平衡条件（使反馈电压的大小与所需输入电压相等）φa+φf=2nπ，n=0，1，2，···——相位平衡条件（使反馈电压的相位与所需输入电压的相位相同）起振与稳幅过程振幅起振条件：∣Uf∣>∣Uid∣，即∣AF∣>1相位起振条件：φa+φf=2nπ，（n=0，1，2，···）微小信号经过正反馈，不断地放大，输出信号在很短时间内就由小变大，使振荡电路起振。稳幅过程由图6.1.2来说明。（P179）振荡电路的组成及作用和分析方法组成及作用：（1）放大电路用来将微弱信号迅速放大到足够大小，使振荡电路输出信号的幅度达到要求，并补偿反馈电路的损耗使电路满足振荡条件。（2）反馈网络用来将放大电路的输出信号正反馈到放大电路的输入端，以维持放大电路的输入信号。（3）选频网络用以选择所需频率信号进行放大和反馈，使振荡电路输出单一频率的正弦波信号，它提供振荡频率稳定条件，其参数决定了振荡频率的大小。（4）稳幅环节用以起振容易、改善输出波形、稳定输出幅度。实用的稳幅环节常用两种方法：内稳幅和外稳幅。利用放大器件工作在非线性区来实现稳幅的称内稳幅。若放大器件保持为线性工作状态，外接非线性环节进行稳幅，称为外稳幅。分析方法检查电路基本环节检查放大电路静态工作点是否正常检查电路是否引入正反馈，即是否满足相位平衡条件判断电路是否满足振幅起振条件：∣AF∣>1（分别求解A和F）注：判断相位平衡方法：断开反馈信号至放大电路的输入端点，并把放大电路的输入阻抗作为反馈网络的负载。在放大电路断开点加信号Vi，经放大电路和反馈网络得反馈电压Vf，分析Vi与Vf的相位关系，若在某一特定频率f=f0时，相应差位±2nπ（n=0，1，2，···）则电路满足相位平衡条件。（即引入正反馈）振荡器的频率稳定性的指标频率准确度绝对频率准确度⊿f=∣f-f0∣相对频率准确度⊿f/f0=∣f-f0∣/f0频率稳定度指在一定观测时间内，由于各种因素引起振荡频率相对于标称频率变化的程度。正弦波振荡电路的分类RC振荡电路它的选频网络由R、C元件组成。根据选频网络的结构和连接方式不同，又可分为文氏电桥振荡电路、移相式和双T式RC振荡电路。工作频率低：1Hz~1MHz（常用外稳幅）LC振荡电路它的选频网络由L、C元件组成。它又可分为变压器反馈式、电感三点式和电容三点式三种。工作频率高：一般在1MHz以（放大器可以工作在非线性区实现内稳幅）石英晶体振荡电路它的选频作用是依靠石英晶体谐振器来完成的。根据石英晶体谐振器的工作状态和连接方式的不同又可分为串联型石英晶体振荡电路和并联型石英晶体振荡电路。工作频率取决于石英晶体的振荡频率，频率稳定度高，多用于时基电路和电子测量仪器设备中。作业产生弦波振荡电路的振荡条件是？正弦波振荡电路的组成及作用？简要说明振荡电路的分析方法。正弦波振荡电路如何分类？RC正弦波振荡电路任课教师：李川授课日期：_______目标：掌握RC正弦波振荡电路的组成掌握RC串并联选频网络的选频特性重点：RC正弦波振荡电路的组成及RC串并联选频网络的选频特性难点：RC串并联选频网络的选频特性一、电路组成（图6.2.2P182）1）放大电路AV：为由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路，取其输入阻抗高和输出阻抗低的特点。改善失真。网络FV：由Z1（RC串）、Z2（RC并）组成，同时兼作正反馈网络。（电压并联正反馈）二、RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的幅频响应及相频响应如图9.2.2ω=ω0时，FV=1/3，φf=0ω很高时，ω>>ω0,ω/ω0>>1,FV→0,φf→-90°ω很低时，ω<<ω0,ω/ω0<<1,FV→0,φf→+90°f<f0或f>f0，相位都不为01振荡频率f0=————2πRC起振条件|AF|>1|F|max=1/3,∴|A|>3三、振荡的建立与稳定在ω=ω0=1/RC时，经RC选频网络传输到运放同相端的电压Vf与Vo同相，即有φf=0和φa+φf=2nπ。这样，放大电路和由Z1、Z2组成的反馈网络刚好形成正反馈系统，可以满足φa+φf=2nπ的相位平衡条件，因而有可能振荡。四、振荡频率与振荡波形前面提到，从正弦稳态的工作情况来看，振荡频率是由相位平衡条件所决定的，这是一个重要的概念。由前面的式子可知，只有当ω=ω0=1/（RC），φf=0，φa=0时，才满足相位平衡条件，振荡频率f0=1/（2πRC）。当适当调整负反馈的强弱，使AV的值略大于3时，其输出波形为正弦波，如AV的值远大于3，则因振幅的增长，致使放大器件工作到非线性区域，波形将产生严重的非线性失真。五、稳幅措施为了进一步改善输出电压幅度的稳定问题，可以在放大电路的负反馈回路里采用非线性元件来自动调整反馈的强弱以维持输出电压恒定。举例1：见图9.2.4分析：上图是利用二极管的非线性自动完成稳幅的电路。在负反馈电路中，二极管D1、D2与R4并联，不论U0是正半周还是负半周，总有一个二极管导通，放大倍数为Auf=1+[(rd//R4)+Rf]/R3rd为二极管导通时的动态电阻。振荡电路刚起振时，输出电压较小，二极管正向偏置电压小，二极管的正向交流电阻较大，负反馈较弱，使∣AF∣>3，满足起振条件。当输出电压增大时，通过二极管的电流相应增大，导致二极管的动态电阻减小，负反馈增强，使∣AF∣减小，从而达到自动稳定输出幅度的目的。图9.2.6是RC移相式正弦波振荡电路（分析过程P185）。起振条件为∣Auf∣>29,即Rf>29R。RC串并联正弦波振荡电路的特点RC串并联正弦波振荡电路具有电路简单，易于起振的优点，适用于f0<1MHz的场合。缺点是频率调节不方便，振荡频率不高。作业画出RC串并联网络，并分析其选频特性。2.简述下面电路的稳幅过程3.若下图中（图6.2.1P182）R1=R2=100Ω,C1=C2=0.22uF,R3=10KΩ,求振荡频率以及满足振荡条件的Rf的值。LC正弦波振荡电路任课教师：李川授课日期：_______目标：了解LC并联回路的频率特性了解LC正弦波振荡电路的特点及振荡频率的估算了解三点式振荡电路振荡与否的判断方法重点：LC正弦波振荡电路的组成及LC并联回路的选频特性三点式振荡电路振荡与否的判断难点：LC串并联选频网络的选频特性一．变压器反馈式LC振荡电路电路的组成晶体管放大电路LC振荡回路反馈回路Lf负载RL通过变压器耦合从振荡回路取用交流电能。3.振荡频率f0的估算4.判断起振：相位平衡条件的判断和振幅平衡条件的判断二．三点式LC振荡电路先来看电感三点式振荡电路。见图9.3.7∵谐振为纯阻，∴φa=180°vf与vi（即vb）相位一致，∴正反馈，φf=180°反馈电压的大小可用改变抽头位置来调整。即Vf大，L2多能易于起振，但易造成波形失真。Vf小，L2太少，不易起振通常，L2匝数为总匝数的1/8—1/4。考虑L1、L2间的互感，电路的振荡频率可近似表示为1f=f0≈——————————2π√（L1+L2+2M）C三点式：画出交流等效电路必须是（1）b—e╲∣→接相同电抗元件XC时c—e╱b—c→一定接电抗感性XL（2）b—e╲∣→接相同电抗元件XL时c—e╱b—c→一定接电抗容性XC三．小结：1.LC并联回路当LC并联回路总阻抗呈纯电阻性时，电路发生并联谐振。1f0=——————————2π√LC变压器反馈式LC振荡电路1f0=——————————2π√LC电感三点式振荡电路：哈特莱振荡电路1f0≈——————————2π√（L1+L2+2M）C特点：电感三点式振荡电路简单，易于起振，但由于反馈信号取自于自感L1,电感对高次谐波的感抗大，因而输出振荡电压的谐波分量大，波形较差。（几十兆赫兹以下）电容三点式振荡电路：考毕兹电路、克拉波电路、西勒电路5.三点式振荡电路振荡与否的判断方法作业Lc振荡电路通常有哪几种？画出变压器反馈式LC正弦波振荡电路图，并简述其组成。简述三点式振荡电路振荡与否的判断方法画出电感三点式振荡电路图，简述其组成和特点。石英晶体振荡器任课教师：李川授课日期：_______目标：了解石英晶体结构，晶体的压电效应了解并联型石英晶体振荡器和串联型石英晶体振荡器重点：串联谐振频率和并联谐振频率难点：石英晶体的阻抗特性一．石英晶体振荡器的结构

石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的二．若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。等效电路当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L表示，值为几十mH到几百mH。晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。石英晶体的阻抗特性图4-10晶体的阻抗频率特性根据电抗定理，等效电路必然有两个谐振频率，一个是串联谐振频率ωq，另一个是并联谐振频率ωp，而且ωq＜ωp，它的表达式为ωq＝（4－18）ωp＝（4－19）1.当ω<ωq或ω>ωp时，等效为电容；2.

当ωq<ω<ωp时，等效为电感；3.

当ω=ωq时，为串联谐振；4.

当ω=ωp时，为并联谐振；五．并联型石英晶体振荡器

图4-11示出了一种典型的晶体振荡器电路,当振荡器的振荡频率在晶体的串联谐振频率和并联谐振频率之间时，晶体呈感性,该电路满足三端式振荡器的组成原则,为电容反馈的振荡器,通常称为皮尔斯(Pierce)振荡器。图4-11并联型晶体振荡器电路电路的振荡角频率为ω0(4-20)六．串联型石英晶体振荡器石英晶体产生串联谐振时，其等效阻抗很低，为纯阻性，φ=0.图中V1组成共基放大器，V2组成共集电极电路。设V1发射极极性为正，集电极也为正，V2发射极为正，经石英晶体反馈到V1发射极瞬时极性为正，石英晶体构成正反馈电路，φf=0，满足相位平衡条件。图中R5用以改变正反馈信号的幅度，使之满足振幅平衡条件，使电路起振。R5也不能过小，否则，振荡波形会产生失真。作业：复习本次课内容稳压电源主要性能指标和并联稳压电路任课教师：李川授课日期：_______目标：了解稳压电源的主要性能指标理解并联稳压电路的工作原理掌握并联稳压电路元器件的选择方法重点：并联稳压电路的工作原理难点：运用并联稳压电路的工作原理去选择电路的元器件导入：经过整流、滤波所得到的直流电压较平滑，波纹也较小，但输出的直流电压并不稳定。如果在要求较高的场合和对电源电压稳定性要求较高的电子电路中是不适用的。所以电子设备中的直流电源，一般在滤波电路和负载之间加接稳压电路，以实现稳压供电。一、稳压电源及其主要性能指标1．特性指标的内容特性指标规定了电源的适用范围，其中包括电源允许输出电流和输出电压（或输出电压可调范围）。2．质量指标(1)稳压系数（CoefficientofVoltagestabilization）负载不变时，输出电压相对变化量和输入电压相对变化量之比，即Sγ=△UO/Sγ=△UI/UI△Io=0△T=0UI为稳压电路输入直流电压，即整流滤波电路的输出电压。显然，Sγ越小，Uo稳定性越好。一般，Sγ为10-2~10-4。电压调整Su为：Su=△II=0△Su=△II=0△T=0×100%(%/V)△UISI为输入电压和温度不变时输出电流从零变到最大时输出电压相对变化量：SI=△SI=△Io=0△T=0×100%UO (2)输出电阻（Outputresistance）Ro=△Ro=△IO△UI=ORo的大小反映了当负载变动时，稳压电路保持输出电压稳定的能力。Ro越小，表示它的稳定性能越好。(3)最大纹波电压（RippleVoltage）与纹波抑制比（Ripplerelectionratio）叠加在输出电压上的波动分量称为最大纹波电压，常用其峰一峰值△UOP-P来表示，一般为毫伏级。纹波抑制比SR表示，稳压电路输入纹波电压峰—峰值△UIP-P与输出纹波电压峰-峰值△UOP-P之比，并取其分贝数，即SR=20lg(dBSR=20lg(dB)))△UOP-PSR对△UIP-P抑制能力更有可比性。(4)温度系数（Temperaturecoefficient）(mV/℃)ST=△U(mV/℃)ST=△UI=0△Io=0△T二、并联稳压电路组成、工作原理1．电路组成及元件作用因稳压管与负载并联而得名，又称硅稳压管稳压电路（Zenervoltageregualator）。图中R为限流电阻（Limitingcurrentresistance）,限制IZ，防止超过IZM而损坏。2．稳压管工作条件稳压管正常工作时必须反偏，且反偏电流IZ必须满足：IZmin≤IZ≤IZM，Izmin，在元件手册中查得的IZ即为Izmin。3．输出电压图7.3.1硅稳压管稳压电路4.工作原理（1）电源不稳定的主要原因①电网电压波动；②RL变化。（2）稳压原理①UO↑UI↑（或RL↑）→UO↑→IZ↑↑→UR↑△UO↓UO↓=UI-UR②UO↓UI↓（或RL↓）→UO↓→IZ↓↓→UR↓△UO↓UO↑=UI-UR四、限流电阻的选择当输入直流电压最低（UImin）而负载电流最大（ILmax）时，IZ最小，其值应大于Izmin，否则稳压管不能可靠地稳压。则当输入直流电压最高(UImax)而负载电流最小时（IL=0），IZ最大，其值小于IZM，否则，会使稳压管过热而损坏。即，故R应满足：五、稳压管的选择1．UZ选取UZ=UO若一个管子稳压值不够，可用两个或多个稳压管串联。2．IZM选取IZM=(2~3)ILmax。[例7.3.1]稳压电路如图7.1.1所示。稳压电路输入电压UI=15V。当UI波动±10%和负载电阻在0.5 ~2kΩ变化时，输出电压稳定在6V，试选择稳压管和限流电阻。解：输入电压UI=15V,若电网电压波动±10%，则UImax=15V×1.1=16.5V，UImin=15V×0.9=13.5V。在一般情况下，若没有说明UI波动情况，亦按上述方法计算UImax和UImin。(1)稳压管选择UZ=UO=6V查阅附录表A－3，可选2CW54，其参数为UZ=5.5∽6.5VIzmin=10mA(Izmin为稳压管的测试电流，10mA)PM=250mWRo≤30ΩIZM=38mA因（2~3）ILmax=(24∽36)mA＜IZM，满足要求。使用时，从2CW54中选一只UZ=6V的管子。(2)选择限流电阻0.3kΩ＜R＜0.34kΩ取电阻标称值0.33kΩ。电阻R的功率计算为可靠起见，选阻值330Ω、功率1W的金属膜电阻。六、并联稳压电源特点及适用场合并联稳压电源电路结构简单、使用元件少。但稳压值不能调节。因此，故这种稳压电路适用于电压固定、负载电流小、负载变动不大的场合。作业：直流稳压电源的主要性能指标有哪些？画出硅稳压管并联稳压电路，并分析其工作原理。在实际应用电路中为什么要加稳压电路？9.29串联反馈型稳压电路任课教师：李川授课日期：_______目标：了解串联稳压电路的组成理解串联稳压电路的工作原理掌握串联型稳压电路输出电压调节范围的计算重点：串联型稳压电路输出电压调节范围的计算难点：串联稳压电路的工作原理的理解复习提问：1.在电子电路中为什么要进行稳压？直流稳压电源主要有哪些稳压指标？画出硅稳压管并联稳压电路。（学生板演）一、串联反馈型稳压电路组成（1）取样环节由R1、R2构成；（2）基准即基准源（voltagereference）由稳压管VZ和限流电阻R3构成；（3）比较放大器V2组成；（4）V1为调整管（Regulatingdevice）；R4作用：①V2的集电极负载电阻，②V1的基极偏流电阻，使V1处于线性放大状态。故又称为线性串联型稳压电路。图7.3.2串联型稳压电路a）原理图b）方框图二、工作原理串联型稳压电路稳压原理：放大△UBEF放大△UBEF基本不变取样UI↑或IL↓→UO↑UR2↑UBE2↑IC2↑UOUO=UI—UCE1UO↓UCE1↑←IC1↓←UB1↓←UC2←反之，因某种原因使UO下降，通过负反馈过程，使UCE1减小，从而使UO增加，结果使UO基本保持恒定。2．UO估算在图7.3.2a中有=UBE2+UREF=UREF+0.7V=UBE2+UREF=UREF+0.7V设UREF»UBE2，则UR2≈UREF，则有式中，n=R2/(R1+R2)称为取样比。3．输出可调电路组成可调串联稳压电路如图7.3.3所示。图中用集成运放组成比放大器，调节RP以改变输出电压UO的大小。图7.3.3输出电压可调串联稳压电源4．提高稳压电源性能的措施(1)用差动放大器作比较放大器，以抑制零点漂移，提高稳压电源的温度稳定性。(2)用辅助电源构成基准电压源电路提高电源的稳压系数。(3)用限流保护电路防止调整管电流过大或电压过高超过管耗而损坏。[例7.3.2]如图7.3.3所示电路，若不考虑集成运放和晶体管极限参数的限制，设UZ=5V，RP=1kΩ，R1=510Ω，R2=3kΩ，输入电压UI足够大，求输出电压调节范围。解：由集成运放组成比较放大器，根据理想集成运放在线性工作时的“虚短”特性有u+=u-从图中可知u-=UO—UZ代入数据可得因此，该电路输出电压调节范围为15V～35V。作业画出简单的串联型稳压电路，并介绍其各组成部分。试分析串联型稳压电路的工作原理（P219图7.2.1）。3.输出电压可调串联稳压电路如下所示。若不考虑集成运放和晶体管极限参数的限制，设UZ=6V，5V，RP=1kΩ，R1=510Ω，R2=3kΩ，输入电压UI足够大，求输出电压调节范围。半导体二极管(复习)任课教师：李川授课日期：_______目标：了解半导体基础知识了解二极管的结构、类型、符号掌握二极管的伏安特性重点：二极管的伏安特性难点：运用二极管的伏安特性求解两点之间的电压一、半导体基础知识1．半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）和砷化镓（GaAs）等。2．本征半导体：纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体。3．共价键：相邻原子共有价电子所形成的束缚。4．半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。5．空穴产生：价电子获得能量挣脱原子核吸引和共价键束缚后留下的空位，空穴带正电。图1.1.1共价健结构与空穴产生示意图6．半导体的特性半导体的特性热敏特性温度升高或受到光照，半导体材料的导电能力增强。光敏特性掺杂特性本征半导体中掺入某种微量元素(杂质)后，它的导电能力增强，利用该特性可形成杂质半导体。7．杂质半导体的分类：(1)N型半导体(N-typesemiconductor)：在四价的本征半导体(硅)中掺入微量五价元素磷，就形成了N型半导体。(2)P型半导体(P-typesemiconductor)：在四价的本征半导体(硅)中掺入微量三价元素(硼)，就形成P型半导体。8．杂质半导体中多数载流子的产生见图1.1.2。图1.1.2掺杂半导体共价健结构示意图a)N型半导体b)P型半导体9．总结：(1)N型半导体中自由电子为多数载流子，简称多子，空穴为少数载流子，简称少子。(2)P型半导体中空穴为多子，自由电子为少子。(3)杂质半导体中，多子的浓度主要由掺杂浓度决定，而少子只与温度有关。(4)空位与空穴：P型半导体形成共价键过程中所形成的空缺的位子为空位，而邻近共价键中电子填补这一空位而形成的空位称为空穴。二、二极管的结构、类型、电路符号1．通过一定的生产工艺把半导体的P区和N区部分结合在一起，则它们的交界处就会形成一个具有单向导电性的薄层，称为PN结（PNJuntion）。2．以PN结为管芯，在P区和N区均接上电极引线，并以外壳封装，就制成了半导体二极管，简称二极管（Diode）。3．二极管电路符号：箭头方向表示二极管导通时的电流方向。图1.1.3二极管内部结构示意图和电路符号a)内部结构b)电路符号4．二极管的分类(1)按所用材料不同划分：硅管和锗管；(2)按制造工艺不同划分：①点接触型：结电容（Junctioncapacitance）很小，允许通过的电流也很小（几十毫安以下），适用于高频检波、变频、高频振荡等场合。2AP系列和2AK系列；②面接触型：允许通过的电流较大，结电容也大，工作频率较低，用作整流器件。如国产硅二极管2CP和2CZ系列；③硅平面型，2CK系列开关管。图1.1.4二极管结构a)点接触型b)硅面接触型c)硅平面型5．国产半导体器件命名方法查表B.1。用字母表示规格号用字母表示规格号用数字表示序号用字母表示类型用字母表示材料和极性用数字表示电极数目2AP9,“2”表示电极数为2,“A”表示N型锗材料,“P”表示普通管,“9”表示序号。查附录表A—1练习：说明半导体器件的型号2AP8A和2CZ82F各部分的含义。三、二极管的伏安特性1．二极管的单向导电性图(a)中的开关闭合，灯亮，大电流（正向电流），二极管导通；图(b)开关闭合，灯不亮，电流几乎为零（反向饱和电流），二极管截止。图1.1.5半导体二极管单向导电性实验a)二极管正向偏置b)二极管反向偏置二极管阳极电位高于阴极电位，称为二极管(PN结)正向偏置，简称正偏(Forwardbias)；二极管阳极电位低于阴极电位，称为二极管(PN结)反向偏置，简称反偏(Reversebias)。二极管正偏导通，反偏截止的这种特性称为单向导电性(Onilateralconductivity)；2．二极管的伏安特性(Volt-amperecharacteristics)（1）二极管的伏安特性方程为：I=IS(－1)(1.1.1)式中，Is为反向饱和电流，室温下为常数；u为加在二极管两端电压；UT为温度的电压当量，当温度为室温27℃时，UT≈26mV。当PN结正偏时，若u≥UT，则式（1.1.1）可简化为：IF≈ISeu/UT。当PN结反偏时，若︱u︱≥UT，则式（1.1.1）可简化为：IR≈－IS。可知-IS与反向电压大小基本无关，且IR越小表明二极管的反向性能越好。（2）二极管的伏安特性曲线如图1.1.6所示，分为三部分：图1.1.6半导体二极管(硅管)伏安特性(a)正向特性：①OA段为死区，此时正偏电压称为死区电压Uth（又称阈值电压或门槛电压），硅管0.5V，锗管0.1V。②AB段为缓冲区。③BC段为正向导通区。u稍增大，正向电流显著增加。当u≥Uth时，二极管才处于完全导通状态，导通电压UF基本不变。硅管为0.7~0.8V,一般取0.7V，锗管为0.2~0.3V，通常取0.2V。当二极管为理想二极管时，UF=0。(b)反向特性：如图OD段所示，二极管处于截止状态，在电路中相当于开关处于关断状态。反向电流基本上不随反向偏置电压的变化而变化。(c)反向击穿特性：如图所示，反向电流在E处急剧上升，这种现象称之为反向击穿（Reversebreakdown），此时所对应的电压为反向击穿电压UBR。对于非特殊要求的二极管，反向击穿时会使二极管PN结过热而损坏。四、温度对二极管特性的影响1．温度升高1℃，硅和锗二极管导通时的正向压降UF将减小2.5mv左右。2．温度每升高10℃，反向电流IS增加约一倍。3．温度升高，反向击穿电压UBR下降。五、二极管主要参数1．最大整流电流IFIF是指二极管长期运行时允许通过的最大正向直流电流。IF与PN结的材料、面积及散热条件有关。大功率二极管使用时，一般要加散热片。在实际使用时，流过二极管最大平均电流不能超过IF，否则二极管会因过热而损坏。2．最高反向工作电压URM（反向峰值电压）URM为二极管在使用时允许外加的最大反向电压。URM=UBR。在实际使用时，二极管所承受的最大反向电压值不应超过URM，以免二极管发生反向击穿。3．反向电流IRIR是指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值。4．最高工作频率二极管的工作频率若超过一定值，就可能失去单向导电性，这一频率称为最高工作频率。主要由PN结的结电容的大小来决定。点接触型二极管结电容较小，可达几百兆赫兹。面接触型二极管结电容较大，只能达到几十兆赫兹。注意!手册上给出的参数是在一定测试条件下测得的数值。如果条件发生变化，相应参数也会发生变化。因此，在选择使用二极管时应注意留有余量。[例1.1.1]图1.1.7所示二极管电路，设VD1、VD2都是理想二极管，求UAO和流过电阻R的电流。所谓理想二极管是指U＞0V时，二极管导通（无死区电压），电阻为零，UF=0；U＜0V时，二极管截止，反向电流为零。初看两个二极管似乎均正向偏置而导通,但其实并非如此。分析此类电路用到“优先导通”和“钳位”的概念。图1.1.7例1.1.1图对于含有多个二极管电路，首先求出各二极管假设未导通时的阳极和阴极电位；再比较各二极管阳极对阴极的电位差，电位差为正且较高的二极管优先导通（即其它二极管来不及导通时，它已导通），理想二极管用短路线代替（非理想二极管用UF代替，硅管为0.7V，锗管为0.2V）；然后决定其它二极管的状态，阳极对阴极电位为负值，二极管截止；最后计算各处电压、电流。解：本例中两个二极管的阳极连接在一起，即阳极电位相同，而VD1阴极电位为零，VD2阴极电位为－6V，VD2所加的正向偏压大，优先导通，VD2用短路线代替，UAO钳位在－6V，使VD1因反偏而截止。所以UAO=－6V，，方向自下向上。作业复习本次课内容，下次课通过提问来检查学生的复习效果特种二极管BJT（1）（复习）任课教师：李川授课日期：_______目标：了解各特种二极管的用途了解二极管的结构、类型、符号掌握稳压二极管的伏安特性理解晶体管的输入特性曲线重点：稳压二极管的伏安特性、晶体管的输入特性曲线难点：晶体管的输入特性曲线的理解一、稳压二极管（Voltageregulatordiode）稳压二极管就是通过半导体特殊工艺处理后，使它具有很陡峭的反向击穿特性的二极管。又称齐纳二极管（Zenerdiode），简称稳压管。稳压二极管的电路符号与其伏安特性如图1.2.1所示。常用稳压二极管有2CW和2DW系列。图1.2.1稳压二极管电路符号与伏安特性a)电路符号b)稳压二极管伏安特性1．稳压管的工作条件：(1)外加电压反偏且大于反向击穿电压，即工作在反向击穿区。(2)工作电流I必须满足：IZ＜I＜IZmax。2．稳压管主要参数(1)稳定电压UZ它是指稳压管中电流为规定值IZ时的反向击穿电压。(2)稳定电流IZ它是指保持稳定电压UZ时的电流。也就是管子的最小稳定电流IZmin＝IZ。当反向击穿电流小于IZmin时，管子不能稳压或效果不好。(3)最大耗散功率PM和最大工作电流IZMPM为稳压管所允许的最大功率，IZM为稳压管允许流过的最大工作电流，超过PM或IZM时，管子因温度过高而损坏。PM＝UZIZM(4)动态内阻rZ它是指稳压管两端电压变化量ΔUZ与相应电流变化量ΔIZ之比值。它反映管子的稳压性能，rZ越小，稳压性能越好。(5)稳定电压的温度系数CTV稳压管中流过的电流为IZ时，环境温度每变化10C，稳定电压相对变化量（用百分数表示）称为稳定电压的温度系数。它表示温度变化对稳定电压UZ的影响程度。通常UZ＜5V的稳压管具有负温度系数，UZ＞8V的稳压管具有正温度系数，而UZ在6V左右时稳压管（如2DW7型）的温度系数最小。二、变容二极管（Varactordiode）1．变容二极管原理、电路符号变容二极管是利用PN结反偏时结电容大小随外加电压而变化的特性制成的。其电路符号如图1.2.2（a）所示。图1.2.2（a）变容二极管电路符号图2．C-U曲线变容二极管使用时，要使其工作于反向偏置状态。变容二极管电容量一般较小，最大电容值为几十到几百皮法。最大电容与最小电容之比约为5：1。典型变容二极管电容电压曲线如图1.2.2(b)所示。图1.2.2(b)变容二极管C-U曲线3．用途它主要在高频电路中用作自动调谐、调频、调相等，例如在电视接收机的调谐回路中作可变电容等。三、肖特基二极管（Schottkybarrierdiode）肖特基二极管是利用金属和N型或P型半导体接触形成具有单向导电性的二极管,电路符号如图1.2.3所示。具有工作速度快、反向恢复时间短、正向压降低的特点。它在数字集成电路中与晶体三极管做在一起，形成肖特基晶体管，以提高开关速度。还可用在高频检波和续流二极管等。四、快速恢复二极管（Fastrecoverydiode）快速恢复二极管电路符号如图1.2.4所示。它与普通二极管相似，但制造工艺与普通二极管有所不同，在靠近PN结处的掺杂浓度很低，以此获得较高的开关速度和较低的正向压降。它主要用作高速整流元件，在开关五、晶体管半导体三极管分为双极型三极管(Bipolarjunctiontransistor，BJT)和单极型三极管。双极型三极管又称为晶体三极管，简称三极管(或晶体管)，它是多数载流子与少数载流子均参与导电的三极管。)单极型三极管又称为场效应管(Fieldeffecttransistor，FET)，它工作时只有多数载流子参与导电。1．三极管的分类(1)按结构划分：NPN和PNP。(2)按所用半导体材料划分：硅管和锗管。(3)按用途划分：放大管和开关管。(4)按工作频率划分：低频管和高频管。(5)按功率大小划分：小功率管、中功率管、大功率管。2．三极管的结构、电路符号三极管结构与符号如图1.3.1所示。它们有三区：集电区、基区、发射区；三极：各对应引出的电极分别称为集电极c（Collector）、基极b（Base）和发射极e（Emitter）；两结：发射区与基区之间的PN结称为发射结Je，基区与集电区之间的PN结称为集电结Jc。图1.3.1三极管的内部结构与符号a）NPN型b）PNP型注意：(1)两种管子的电路符号用发射极箭头方向的不同以示区别，箭头方向表示发射结正偏时发射极电流的实际方向。(2)三极管具有信号放大作用。(3)保证放大的制造工艺：基区很薄且掺杂浓度低，发射区掺杂浓度高，集电结的面积比发射结的面积大等。(4)在使用时三极管的发射极和集电极不能互换。3．三极管命名方法参阅附录表B-1。查表练习：3AX85C、3DX200B、3AK10、3AG53E、3AD50A、3DD101C。六、三极管的电流放大作用及其放大基本条件1．三极管各极的电流分配NPN型三极管的电流分配实验电路如图1.3.2所示，图中，IB为基极电流，IC为集电极电流，IE为发射极电流，它们的方向如图中箭头所示。UBE为发射结的正偏压，UCE为集电极与发射极之间的电压。调节实验电路的电位器RP可以改变UBE并产生相应的基极电流IB，而IB的变化又将引起IC和IE的变化。每产生一个IB值，就有一组IC和IE值与之对应，该实验所得数据见表2.1.1。图1.3.2三极管电流分配实验电路表1.3.1三极管三个电极上的电流分配IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.010.561.141.742.332.91IE/mA0.010.571.161.772.372.96由上表得出规律：IE=IB+IC，即发射极电流等于基极电流与集电极电流之和。三极管发射极电流iE与发射结电压UBE成指数关系：，且UT≈26mV。2．三极管的电流放大作用由表1.3.1可知，当IB从0.02mA变化到0.03mA时，IC随之从1.14mA变化到了1.74mA，则两变化量之比（1.74-1.14）/（0.03-0.02）=60，说明此时三极管IC的变化量为IB的变化量的60倍。（1）三极管的电流放大作用就是基极电流IB的微小变化控制了集电极电流IC较大的变化。（2）三极管放大电流时，被放大的IC是由电源VCC提供的，并不是三极管自身生成的，放大的实质是小信号对大信号的控制作用。（3）三极管是一种电流控制器件。3．三极管放大的基本条件（1）放大的偏置条件：Je正偏，Jc反偏。（2）NPN管具有放大作用时的电位关系：UC＞UB＞UE；PNP管：UC＜UB＜UE。七、三极管的输入特性曲线（Inputcharacteristiccurves）三极管的各个电极上电压和电流之间的关系曲线称为三极管的伏安特性曲线或特性曲线。常用的是输入特性曲线和输出特性曲线。三极管在电路中的连接方式（组态）不同，其特性曲线也不同。用NPN型管组成的共射特性曲线测试电路如图1.3.3所示。图1.3.3三极管共射特性曲线测试电路共射输入特性曲线方程式：iB=f(uBE)∣uCE=常数。图1.3.4为NPN型硅管3DG4的共射输入特性曲线，由图可知：(1)uCE＝0：c极与b极相连，相当于两个二极管并联，输入特性曲线与二极管伏安特性曲线的正向特性相似。(2)uCE＝1V：曲线右移。(3)uCE＞1V：曲线与uCE=1V时的曲线近乎重合。实际中，通常就用uCE＝1V这条曲线来代表。(4)三极管放大状态的依据：硅管0.7V，锗管0.2V。图1.3.4共射输入特性例1.3.1用直流电压表测量某放大电路中某个三极管各极对地的电位分别是：U1=2V，U2=6V，U3=2.7V，试判断三极管各对应电极与三极管管型。解：本题的已知条件是三个电极的电位，根据三极管能正常实现电流放大的电位关系是：NPN型管UC＞UB＞UE，且硅管放大时UBE约为0.7V，锗管UBE约为0.2V，而PNP型管UC＜UB＜UE，且硅管放大时UBE为－0.7V,锗管UBE为－0.2V。所以先找电位差绝对值为0.7V或0.2V的两个电极，若UB＞UE，则为NPN型三极管，若UB＜UE则为PNP型三极管，本例中，U3比U1高0.7V，所以此管为NPN型硅管，③脚是基极，①脚是发射极，②脚是集电极。本例中是否可以根据U1＜U3＜U2判别此管为PNP型管呢?若凭上述电位关系得出③脚为基极，②脚为发射极，UBE=U3-U2＝2.7V－6V＝－3.3V，显然UBE绝对值不符合三极管发射结正偏电压的数值，故此管不是PNP型管。作业复习本次课内容，下次课通过提问来检查学生的复习效果BJT（2）（复习）任课教师：李川授课日期：_______目标：了解各特种二极管的用途了解二极管的结构、类型、符号掌握稳压二极管的伏安特性理解晶体管的输出特性曲线重点：稳压二极管的伏安特性、晶体管的输出特性曲线难点：晶体管的输入特性曲线的理解画测试电路复习输入特性曲线一、输出特性曲线（Outputcharacteristiccurves）1．方程输出特性曲线方程式：iC=f(uBE)∣iB=常数。2．输出特性曲线测试测试时，先调节RP1使iB为某一值固定不变，再调节RP2，得到与之对应的uCE和iC值，根据所对应的值可在直角坐标系中画出一条曲线。重复上述步骤，可得不同IB值的曲线族，如图1.3.5所示。由图可知：图1.3.5共射输出特性曲线(1)曲线起始部分较陡，且不同iB曲线的上升部分几乎重合。(2)对一条曲线而言，uCE增大，iC增大，但当uCE大于0.3V左右以后，曲线较平坦，只略有上翘。这说明三极管具有恒流特性。(3)输出特性曲线不是直线，是非线性的，说明三极管是一种非线性器件。3．三极管输出特性曲线的四个区(1)放大区（Activeregion）是指iB＞0和uCE＞0.3V的区域，即曲线的平坦部分。放大区的特点：①Je正偏，Jc反偏，且为0.7V(硅管)或0.2V(锗管)；＞1V；②iC＝βiB，体现了三极管的放大作用。曲线间隔的大小反映小，即β值的大小；③iC大小与uCE基本无关。(2)饱和区（Saturationregion）是指iB＞0，uCE≤0.3V的区域。饱和区的特点：①Je、Jc均为正偏，且为0.7V(硅管)或0.2V(锗管)；＝0.3V(硅管)或0.1V(锗管)。②iC不受iB控制，即失去放大作用。③当uBE=uCE时，集电结零偏，为临界饱和状态。此时UCE称为饱和压降，用UCE(sat)表示；大小为0.3V(硅管)或0.1V(锗管)。(3)截止区(Cutoffregion)是指iB=0曲线以下的区域。特点：Je反偏或零偏，Jc反偏，管子失去放大作用，处于截止状态，iC很小。此时的iC称为三极管的穿透电流ICEO。(4)击穿区(Breakdownregion)当三极管uCE增大到某一值时，iC将急剧增加，特性曲线迅速上翘，这时三极管发生击穿。工作时应避免管子击穿。4．PNP管特性曲线由于电源电压极性和电流方向不同，PNP管与NPN管的特性曲线是相反、“倒置”的。二、三极管的主要参数及温度对特性的影响三极管的参数用来表征管子性能优劣和适用范围，它是合理选用三极管的依据。1．电流放大系数（Currentamplificationfactor）电流放大系数是表征三极管放大能力的参数。电路工作状态有两种：电路无交流信号输入而工作在直流状态时，称为静态；电路有交流信号输入而工作在交流状态时，称为动态。（1）共射电流放大系数，常数，前者反映静态时集电极电流与基极电流之比值；而后者反映动态时的电流放大作用。一般与β数值相近，在实际应用中=β，本课程统一用β表示。（在输出特性曲线中求、β）（2）β与温度的关系温度升高，β值增大。每升高1℃，β值增加0.5%～1%，反映在输出特性曲线上就是各条曲线的间距增大。*（3）共基电流放大系数（自学），常数，前者反映静态时集电极电流与发射极电流之比值，而后者反映动态时的电流放大作用。*（4）α与β的关系（自学）EMBEDEquation.3。2．极间反向电流极间反向电流是由少数载流子形成的，其大小表征了管子的温度特性。（1）ICBO指发射极开路时，集电极和基极之间的反向饱和电流。ICBO很小，温度升高，ICBO增加。一般硅管热稳定性比锗管好。图1.3.6（a）为该参数的测试电路。（2）ICEO是指基极开路时，集电极和发射极之间的反向饱和电流，又称为穿透电流。ICEO=(1+β)ICBO图1.3.6极间反向电流的测量a)测量ICBO的电路b)测量ICEO的电路3．极限参数它是表征三极管能安全工作的参数。（1）集电极最大允许电流ICM(Maximumallowablecollectorcurrent)是指当β下降到正常β值的2/3时所对应的IC值。当IC超过这个值时，放大性能下降或损坏管子。（2）反向击穿电压（Reversebreakdownvoltage）U(BR)CBO发射极开路时，集电极－基极之间允许施加的最高反向电压，超过此值，集电结发生反向击穿。U(BR)EBO集电极开路时，发射极－基极之间允许施加的最高反向电压。U(BR)CEO基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压。为可靠工作，使用时VCC取U(BR)CEO的1/2或2/3。在输出特性曲线中，iB＝0的曲线开始急剧上翘所对应的电压即为U(BR)CEO，其值比U(BR)CBO小。T↑，U(BR)↓。（3）集电极最大允许耗散功率PCM(Maximumallowablepowerdissipation)PCM的大小主要决定于允许的集电结结温。一般硅管约为150℃，锗管约为70℃。显然，PCM的大小与管子的散热条件及环境温度有关。且PCM=iCuCE，由此可画出三极管的安全工作区。四、总结1．双极型半导体三极管有NPN、PNP两大类。IE=IB+IC。它的输入特性曲线与二极管类似，输出特性曲线分饱和、放大、截止、击穿四个区，NPN型三极管的三种工作状态见下表。NPN型三极管的三种工作状态表项目状态外加偏置电压uBE电流iC电压uCE放大状态发射结正偏集电结反偏硅管0.6V～0.7V锗管0.2V～0.3V△iC≈β△iB(受控)iB一定时，iC恒流uCE＞uBEuCE＞1V饱和状态发射结正偏集电结正偏硅管uBE≈0.7V锗管uBE≈0.3V△iC≠β△iB(不受控)iC不随uCE的增加而增大uCE≤uBE硅管UCE(sat)≈0.3V锗管UCE(sat)≈0.1V截止状态发射结零偏或反偏集电结反偏uBE≤0V(或uBE＜Uth)iB≈0βiB≈0iC＝ICEOuCE≈VCC2．半导体三极管主要参数有：极间反向饱和电流ICBO、ICEO；电流放大系数、β、、；极限参数U(BR)CEO、U(BR)CBO、U(BR)EBO、ICM、PCM等。温度升高，反向饱和电流增加、反向击穿电压下降，β值增大。选用三极管时应尽量选择β在几十至一百多倍、反向饱和电流尽量小的管子。作业复习本次课内容，下次课通过提问来检查学生的复习效果共射基本放大电路任课教师：李川授课日期：_______目标：熟悉放大电路的主要性能指标熟悉共射放大电路的基本组成极其工作原理会画直流通路和交流通路会用估算法计算静态工作点。重点：直流通路与交流通路的画法估算法计算静态工作点难点：交流通路的画法一、BJT放大电路的基本要求及主要性能指标1．BJT放大电路的基本要求要使BJT放大电路完成预定的放大功能，必须满足以下要求：(1)有直流电源。三极管Je正偏，Jc反偏，工作在放大区。(2)输入信号能输入。(3)输出信号能输出。(4)信号不失真地放大，满足放大电路的性能指标要求。2．放大电路的主要性能指标(1)放大倍数（Amplification）放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，常用A表示：电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数。定义：；(源电压放大倍数)；；。图2.1.1放大电路框图工程上常用对数来表示放大倍数，称为增益G，单位为分贝（dB），如：Gu=20lg│Au│，Gi=20lg│Ai│(2)输入电阻（Inputresistance）输入电阻就是向放大电路输入端看进去的交流等效电阻，用表示。(a)定义：。(b)相当于信号源的负载，表征电路向信号源获取信号的能力。一般，希望大一些。(3)输出电阻（Outputresistance）输出电阻就是从放大电路输出端（不包括）看进去的交流等效电阻，用表示。(a)的求法如下图所示，其定义式为：图2.1.2输出电阻的求法(b)越小，电压放大电路带负载能力越强，且负载变化时，对放大电路影响也小，越小越好。二、共射基本放大电路的组成根据输入和输出回路公共端的不同，放大器有三种基本形式：共射放大器、共基放大器和共集放大器。1．共射基本放大电路的组成图2.1.3共射放大电路组成a)双电源电路b)实际电路图2.1.3a为阻容耦合共射基本放大电路，元件作用如下：(1)三极管V是电路的核心，起电流放大作用。(2)和使V的发射结正偏导通，产生合适的静态偏置电流IB。(3)直流电源和使V的集电结反偏，使V工作在放大区。同时，提供能量，将iC转换成uO。若，则电路不能正常工作。(4)C1、C2为耦合电容，起到传递交流、隔断直流的作用，C1、C2常选几微法至几十微法的电解电容器。实用单电源电路如图2.1.3b所示。该电路的信号由三极管的基极输入、集电极输出，发射极是输入、输出回路的公共端，故该电路称为共射放大器。2．工作原理（1）静态工作原理当时，电路各处的电压、电流都是不变的直流，此时电路的状态为直流状态或静止工作状态，简称静态。静态时，，，，固定不变，分别确定输入输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点Q。输出回路方程为：。（2）动态工作原理当正弦信号输入(即)时，电路中各处的电压、电流是变动的，电路处于交流状态或动态工作状态，简称动态。简言之，动态就是在静态值的基础上叠加了变化的交流值。输入经C1加至发射结↓△↓△↓△↓△↓输出：C2隔直作用，，负号表示与相位相反。与b、同相，因此与反相。电路中相应的电压、电流波形如图2.1.3b中所示。（3）分析放大电路注意事项1）三极管电流和电压都是在直流量上叠加随输入信号变化的交流量，放大电路中交、直流并存。2）符号的含义：①小写字母小写下标（如，）为交流量，②大写字母大写下标（如，）为直流量，③小写字母大写下标（如，）为总的瞬时量（直流＋交流），④大写字母小写下标（如Ube，）为有效值。三、直流通路与交流通路放大电路的分析包括静态分析（Quiescentanalysis）和动态分析（Dynamicanalysis）。两者比较如下表所示。放大电路分析分类分析对象功用分析工具静态分析直流量确定静态工作点画直流通路图动态分析交流量用以分析放大电路的动态性能指标画交流通路图画图2.1.4a所示的共射放大电路为例加以说明。图中，为信号源（Messagesource），为信号源内阻，为放大电路的负载电阻（Loadresistance）。直流、交流通路及其画法通路定义画法注意事项及通路特点画法示例直流通路电路时所形成的电流通路C开路，L短接，其它元器件不变通路中不存在C、L，但必有直流电源将图2.1.4a逐步画成2.1.4b交流通路电路只考虑交流信号作用时所形成的电流通路容量较大的C、直流电源短接，L开路，其它不变。前提：信号频率足够大。信号源不能短接将图2.1.4a逐步画成图2.1.5图2.1.4共射基本放大电路及其直流通路a)共射放大电路b）直流通图2.1.5共射基本放大电路的交流通路将BJT随意组成电路不一定能起放大作用。能否放大，一般通过直流通路和交流通路对照2.1.1节放大电路基本要求加以判别。[例2.1.1]当输入电压为正弦波时，图2.1.6所示三极管有无放大作用？解：在图2.1.6a的电路中，VBB经Rb向三极管的发射结提供正偏电压，VCC经RC向集电结提供反偏电压，因此三极管工作在放大区，但是，由于VBB为恒压源，对交流信号起短路作用，因此输入信号加不到三极管的发射结，放大器没有放大作用。图2.1.6b的电路，由于C1的隔断直流作用，VCC不能通过Rb使管子的发射结正偏即发射结零偏，因此三极管不工作在放大区，无放大作用。图2.1.6[例2.1.1]的图四、共射基本电路静态工作点1．求Q点思路为：IBQ→ICQ→UCEQ一般，三极管的UBE可视为已知量，硅管取0.7V，锗管取0.2V，VCC>>UBE。(1)从图2.2.2b所示共射基本电路的直流通路输入回路可得：，则IBQ=（VCC－UBEQ）/Rb≈VCC/Rb当VCC和Rb选定后，偏流IB即为固定值，故共射基本电路又称为固定偏流电路。(2)若三极管工作在放大区，且忽略ICEO，则ICQ≈βIBQ，(3)从输出回路可得：UCEQ=VCC－ICQRc2.饱和状态判别及特点若按上式算得UCE≤0.3V，说明三极管已处于或接近饱和状态，此时ICQ称为集电极饱和电流ICS，集电极与发射极间电压称为饱和电压UCES。一般，硅管的UCES取0.3V，锗管取0.1V。饱和状态下，ICQ不再与IBQ成β倍关系。此时，EMBEDEquation.3(因VCC>>UCES)上式表明，ICS基本上只与VCC及Rc有关，而