(论文)大型电子游戏机原理与维修_第一篇

大型电子游戏机 原理与维修 第一篇 电子技术基础电子技术基础 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 第一章第一章 半导体器件半导体器件 半导体器件是器件的导电性介于良导电体与绝缘体之间，是利用半导体材料 特殊电特性来完成特定功能的电子器件。通常，这些半导体材料是硅、锗或砷化 镓，可用作整流器、振荡器、发光器、放大器、测光器等器材。 为了与集成电路相区另，有时也称为分立器件，半导体器件主要有二端器件 和三端器 件两大类。绝大部分二端器件（即晶体二极管）的基本结构是一个 PN 结。利用不同的半导体材料、采用不同的工艺和几何结构，制造出种类繁多、功 能用途各异的晶体二极管，可用来产生、控制、接收、变换、放大信号和进行能 量转换。晶体二极管的频率覆盖范围可从低频、高频、微波、毫米波、红外直至 光波。三端器件一般是有源器件，典型代表是各种晶体管（又称晶体三极管） 。 晶体管又可以分为双极型晶体管和场效应晶体管两 类。根据用途的不同，晶体 管可分为功率晶体管微波晶体管和低噪声晶体管。除了作为放大、振荡、开关用 的一般晶体管外，还有一些特殊用途的晶体管，如光晶体管、磁敏晶体管，场效 应传感器等。这些器件既能把一些环境因素的信息转换为电信号，又有一般晶体 管的放大作用得到较大的输出信号。 此外，还有一些特殊器件，如单结晶体管可用于产生锯齿波，可控硅可用于 各种大电流的控制电路，电荷耦合器件可用作摄橡器件或信息存储器件等。在通 信和雷达等军事装备中，主要靠高灵敏度、低噪声的半导体接收器件接收微弱信 号。随着微波通信技术的迅速发展，微波半导件低噪声器件发展很快，工作频率 不断提高，而噪声系数不断下降。微波半导体 器件由于性能优异、体积小、重 量轻和功耗低等特性，在电子电路中已得到广泛的应用。 第一节第一节 P P 型和型和 N N 型半导体概念型半导体概念 在一块半导体片上，通过特殊的工艺操作，使它的一边变成P 型（空穴导电型） ， 另一边变成 N 型（电子导电型） ，则在P 型和 N 型半导体的交界面两侧，会形成一个带 电薄层见图 1-1-1Z 中间区域，该层称为 PN 结。 图 1-1-1 PN 结 P 型半导体：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体 内部形成带正电的空穴。 N 型半导体：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体 内部形成带负电的自由电子。 由图 1-1-1 可以看出，P 型半导体和 N 型半导体组合起来就是半导体二极管， 将在下节课重点讲述。在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的。 N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。 当 P 型和N 型半导体接触时， 在界面附近空穴从 P 型半导体向 N 型半导体扩散，电子从 N 型半导体向 P 型半导 体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段 距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区。P 型半 导体一边的空间电荷是负离子，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子 在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散，达到平衡。 在 PN 结上外加一电压，如果 P 型一边接正极，N 型一边接负极，电流便从 P 型一边流向 N 型一边， 空穴和电子都向界面运动， 使空间电荷区变窄， 甚至消失， 电流可以顺利通过。如果 N 型一边接外加电压的正极，P 型一边接负极，则空穴 和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是 PN 结的单向导电性。 PN 结电容：PN 结加反向电压时，空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性 的器件， 它的电容量随外加电压改变。 在集成电路中一般利用 PN 结的势垒电容， 即让 PN 结电容。 根据 PN 结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利用其基本特 性可以制造多种功能的晶体二极管。如利用 PN 结单向导电性可以制作整流二极 管、检波二极管和开关二极管，利用击穿特性制作稳压二极管和雪崩二极管；利 用高掺杂 PN 结隧道效应制作隧道二极管；利用结电容随外电压变化效应制作变 容二极管。使半导体的光电效应与 PN 结相结合还可以制作多种光电器件。如利 用前向偏置异质结的载流子注入与复合可以制造半导体激光二极管与半导体发 光二极管；利用光辐射对 PN 结反向电流的调制作用可以制成光电探测器；利用 光生伏特效应可制成太阳电池。此外，利用两个 PN 结之间的相互作用可以产生 放大，振荡等多种电子功能。PN 结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心， 是现代电子技术的基础。在晶体管中广泛被应用。 第二节第二节 半导体二极管构造及应用半导体二极管构造及应用 半导体二极管按其结构的不同可分为点接触型和面接触型两类。具体结构见图 1-1-2。 点接触型二极管是将一根很细的金属触丝(如三价元素铝）和一块半导体(如锗） 熔接后做出相应的电极引线，再外加管壳密封而成，其结构图如图(a）所示。点接触 型二极管的极间电容很小，不能承受高的反向电压和大的电流，往往用来作小电流整 流、高频检波及开关管。面接触型二极管的结构如图(b）所示。这种二极管的PN 结面 积大，可承受较大的电流，但极间电容也大。这类器件适用于整流，而不宜用于高频 电路中。图(c)为集成电路中的平面型二极管的结构图，图(d)为二极管的代表符号。 （1）半导体的VI 特性分三部分加以说明： 1.正向特性：当正向电压较小，正向电流几乎为零。此工作区域称为死区。Vth称 为门坎电压或死区电压 （该电压硅管约为 0.5V， 锗管为 0.2V)。 当正向电压大于Vth 时， 内电场削弱，电流因而迅速增长,呈现的很小正向电阻。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 图 1-1-2 二极管结构图 2.反向特性：由于是少数载流形成反向饱和电流，所以其数值很小，当温度升高 时，反向电流将随之急剧增。 3.反向击穿特性：当反向电压增加到一定大小时，反向电流剧增，二极管的反向 击穿。其原因和 PN 击穿相同。器件的参数是对其特性的定量描述，也是我们正确使用 和合理选择器件的依据。 （2）半导体二极管主要参数有： 1最大整流电流IF。指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，它是由 PN 结的结面积和外界散热条件决定的。 实际应用时， 二极管的平均电流不能超过此值， 并要满足散热条件，否则会烧坏二极管。 2.最大反向工作电压VR。指二极管的使用时所允许加的最大反向电压，超过此值 二极管就有发生反向击穿的危险。通常取反向击穿电压的一半作为UR。 3.反向电流IR。指二极管击穿时的反向电流值。此值越小，二极管的单向导电性 越好。此值与温度有密切关系，在高温运行时要特别注意。 4.最高工作频率fM。主要由PN 结的结电容大小决定，超过此值，二极管的单向导 电性将不能很好地体现。由于制造工艺的限制，即使是同一型号的管子，参数的分散 性也很大，手册上往往是给出参数的范围。 （3）二极管的伏安特性 点接触型二极管：通过的电流小，结电容小，适用于高频电路和开关电路。 面接触型二极管：结面积较大时可以通过较大电流，适用于大功率整流，结 面积较小时，用于数字电路中的开关管。 （4）二极管的主要参数 1.最大整流电流 IF：指二极管长期工作，允许通过的最大直流电流。 2.最高反向工作电压 UR：指二极管正常使用允许加的最高反向电压。 3.稳压管：稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管。当稳压管 外加反向电压的数值大到一定程度时则击穿。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 （5）稳压管的主要参数 1.稳定电压 UZ：UZ 是在规定电流下稳压管的反向击穿电压。 2.稳定电流 IZ：IZ 是稳压管工作在稳压状态时的参考电流。只要不超过稳 压管的额定功率，电流愈大，稳压效果愈好。 3.额定功耗 PZM： PZM等于稳压管的稳定电压 UZ与最大稳定电流 IZM的乘积。 稳压管超过此值时，会因结温升高而损坏。 4.动态电阻 rZ：rZ 为稳压管工作在稳压区时，稳压管电压的变化量与电流 变化量之比，即 。rZ 愈小，电流变化时 UZ 的变化愈小，稳压性能愈好。 5.温度系数：表示温度每变化 1C 稳压值的变化量。 6.限流电阻：稳压管电路中必须串联一个电阻来限制电流，从而保证稳压管 正常工作，故称这个电阻为限流电阻。 （6）其它类型二极管： 发光二极管：具有单向导电性。只有当外加的正向电压使得正向电流足够大 时才发光，正向电流愈大，发光愈强。 光电二极管：远红外线接收管，是一种光能与电能进行转换的器件。 光敏二极管：它是利用 PN 结外加反向电压时，在光线照射下，改变反向电 流和反向电阻， 当没有光照射时， 反向电流很小， 反向电阻很大； 当有光照射时， 反向电阻减小，反向电流加大。 暗电流：光电二极管在无光照射时的反向电流称为暗电流。 明电流：有光照射时的电流称为明电流。 （7）半导体器体的型号命名 根据国家标准，半导体器件型号主要由5 个部分组成，第一部分表示电极数，第 二部分表示材料和极性,第三部分表示类别， 第四部分表示序号， 第五部分表示规格号。 例如：PNP 型低频小功率管 NPN 型低频小功率管 二极管的检测请看本书附录一常用电子元器件测量与好坏判断 ，二极管的替换 请看本书附录八常用晶体管查询手册 。 第三节第三节 导体三极管构造及应用导体三极管构造及应用 导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。具有三个电极，能起放大、振荡 或开关等作用的半导体电子器件。 半导体电子器件， 有两个PN 结组成， 组成一个 PNP(或 NPN)结构见图 1-1-3。 中间的 N 区(或 P 区)叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条 电极引线，分别叫基极b、 发射极 e 和集电极 c。 电子三极管分别为屏极、 栅极、阴极。 晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管，而每一种又有 NPN 型 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 和 PNP 型两种结构形式。但使用最多的是硅NPN 和 PNP 两种三极管，两者除了电源极 性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍 NPN 硅管的电流放大原理。 图 1-1-3 三极管结构图 对于 NPN 管，它是由两块 N 型半导体中间夹着一块 P 型半导体所组成，发射区与 基区之间形成的 PN 结称为发射结,而集电区与基区形成的 PN 结称为集电结,三条引线 分别称为发射极 e、基极 b 和集电极c，当 b 点电位高于e 点电位零点几伏时，发射结 处于正偏状态，而 C 点电位高于b 点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源 Ec 要高于基极电源 Ebo。 在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做 得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确，发 射区的多数载流子（电子）极基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向 对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这 股电子流称为发射极电流Ie。 由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部 分越过集电结进入集电区而形成集电集电流 Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的 空穴进行复合， 被复合掉的基区空穴由基极电源 Eb 重新补给， 从而形成了基极电流 Ibo. 根据电流连续性原理得： Ie=Ib+Ic 这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这 就是所谓电流放大作用，Ic 与 Ib 是维持一定的比例关系， 即：1=Ic/Ib 式中：-称为直流放大倍数， 集电极电流的变化量Ic 与基极电流的变化量Ib 之比为： = Ic/Ib 式中 -称为交流电流放大倍数，由于低频时 1 和 的数值相差不大，所以有 时为了方便起见，对两者不作严格区分， 值约为几十至一百多。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 三极管是一种电流放大器件，作用把微弱信号放大成辐值较大的电信号，也用作 无触点开关。 （1）三极管的特性曲线 输入特性图 1-1-4（b)是三极管的输入特性曲线，它表示Ib 随 Ube 的变化关系。 其特点是： 1.当Uce在0-2伏范围内，曲线位置和形状与Uce 有关，但当Uce高于2伏后，曲线 Uce基本无关通常输入特性由两条曲线（和）表示即可。 2当UbeUbeR时，IbO称（0UbeR)的区段为“死区”当UbeUbeR时，Ib随 Ube增加而增加，放大时，三极管工作在较直线的区段。 3三极管输入电阻，定义为:rbe=(Ube/Ib)Q点，其估算公式为：rbe=rb+( +1)(26毫 伏/Ie毫伏），rb为三极管的基区电阻，对低频小功率管，rb约为300欧。 图 1-1-4 三极管的输入特新与输出特性 （2）输出特性 输出特性表示Ic随Uce的变化关系（以Ib为参数）从图1-1-4（C）所示的输出特性 可见，它分为三个区域：截止区、放大区和饱和区。截止区当Ube0时，则Ib0，发 射区没有电子注入基区，但由于分子的热运动，集电集仍有小量电流通过，即Ic=Iceo 称为穿透电流，常温时Iceo约为几微安，锗管约为几十微安至几百微安，它与集电极 反向电流Icbo的关系是： Icbo=(1+)Icbo 常温时硅管的Icbo小于1微安， 锗管的Icbo约为10微安， 对于锗管， 温度每升高12， Icbo数值增加一倍，而对于硅管温度每升高8，Icbo数值增大一倍，虽然硅管的Icbo 随温度变化更剧烈，但由于锗管的Icbo值本身比硅管大，所以锗管仍然受温度影响较 严重的管，放大区，当晶体三极管发射结处于正偏而集电结于反偏工作时，Ic随Ib近 似作线性变化，放大区是三极管工作在放大状态的区域。饱和区 当发射结和集电结均 处于正偏状态时，Ic基本上不随Ib而变化，失去了放大功能。根据三极管发射结和集 电结偏置情况，可能判别其工作状态。截止区和饱和区是三极管工作在开关状态的区 域，三极管和导通时，工作点落在饱和区，三极管截止时，工作点落在截止区。 （3）三极管的分类 1.按材质分：硅管、锗管。 2按结构分：NPN 、 PNP。 3按功能分：开关管、功率管、达林顿管、光敏管等。 4按功率分：小功率管、中功率管、大功率管。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 5按工作频率分：低频管、高频管、超频管。 6按结构工艺分：合金管、平面管。 （4）三极管的参数 1.特征频率fT：当f= fT时,三极管完全失去电流放大功能.如果工作频率大于fT, 电路将不正常工作。 2工作电压/电流：用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围。 3hFE：电流放大倍数。 4VCEO：集电极发射极反向击穿电压,表示临界饱和时的饱和电压。 5PCM：最大允许耗散功率。 6封装形式：常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类，引脚的排列 方式具有一定的规律，见图1-1-5底视图位置放置，使三个引脚构成等腰三角形的顶点 上，从左向右依次为e、b、c；对于中小功率塑料三极管按图使其平面朝向自己，三个 引脚朝下放置，则从左到右依次为e、b、c。 图1-1-5 常用三极管封装外形 晶体管三极管的型号： 例如： 2CZ56A， 其中的 2 表示二极管， C 表示 N 型硅材料的二极管， Z 表示整流管， 56 表示器件的序号， 即其额定正向整流电流为3A， 是有M10 螺柱可安装散热器的外形， A 表示规格号，即其反向工作峰值电压为25V。又如，3DG111C 则表示高频小功率NPN 型硅三极管，其集电极最大允许电流为20mA，其集电极最大允许耗散功率为 200mW 等 等。 三极管的检测请看本书附录一常用电子元器件测量与好坏判断 ，三极管的替换 请看本书附录十常用晶体管替换手册 。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 第四节第四节 场效应管的构造及应用场效应管的构造及应用 场效应管可分为两大类：结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET)。这里 我们只简单介绍绝缘栅型场效应管。 绝缘栅型场效应管：也称金属氧化物半导体三极管(Metal Oxide Semiconductor FET，简写为 MOSFET)，它分为增强型(Enhancement-mode)和耗尽型(depletion-mode) 两种。它是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属-氧化物-半导体场 效应管，简称 MOS 场效应管。 图 1-1-6 场效应管的结构及符号 结构、电极及符号见图1-1-6 所示，以一块P 型薄硅片作为衬底，在它上面扩散 两个高杂质的 N 型区，作为源极S 和漏极D。在硅片表覆盖一层绝缘物，然后再用金属 铝引出一个电极 G（栅极）由于栅极与其它电极绝缘，所以称为绝缘栅场面效应管。在 一块掺杂浓度较低的 P 型硅衬底上，制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两 个电极，分别作漏极 d 和源极 S。然后在半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(SiO2) 绝缘层，在漏-源极间的绝缘层上再装上一个铝电极,作为栅极 g。在衬底上也引出一个 电极 B，这就构成了一个N 沟道增强型 MOS 管。MOS 管的源极和衬底通常是接在一起的 (大多数管子在出厂前已连接好)。它的栅极与其它电极间是绝缘的。图1-1-6(a)、(b) 分别是它的结构示意图和代表符号。代表符号中的箭头方向表示由P(衬底)指向 N(沟 道)。P 沟道增强型 MOS 管的箭头方向与上述相反，如图 1-1-6(c)所示。 场效应管是利用改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。 具有双极型三极管，体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，还具有输入电阻高、 热稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单、便于集成等特点。 （1）场效应管主要参数有：直流参数：开启电压,饱和漏极电流,输入电阻。 交流参数：低频跨导。安全参数：反向击穿电压,最大漏极功耗。 （2）场效应管与三极管的性能比较 场效应管的源极s、栅极g、漏极d分别对应于三极管的发射极e、基极b、集电极 c，它们的作用相似。 场效应管是电压控制电流器件，由vGS控制iD，其放大系数gm一般较小，因此场 效应管的放大能力较差；三极管是电流控制电流器件，由iB（或iE）控制iC。 场效应管在源极未与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使用，且特性变化 不大；而三极管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大，b值将减小很多。 场效应管和三极管均可组成各种放大电路和开关电路。 场效应管的噪声系数很小，在要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 第二章第二章 基本放大电路基本放大电路 第一节第一节 放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理 放大电路又称放大器，是一种用来放大电信号的装置，是电子设备中广泛使用的 一种电子线路。目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号，以实现能量的控制（小 能量对大能量的控制作用）。可以将电压、电流或功率，可以是高频、低频，可以是 小信号、大信号等放大成所需要的电路要求。这里只简单说明一下低频小信号电压放 大电路。放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图2-1-1 所示。 图 2-1-1 放大电路等效示意图 电路图和波形图常用英文字母标注符号说明：见图2-1-2。 图 2-1-2 符号说明 Au：放大倍数指输出信号与输入信号的变化量之比。 IB：表示直流(静态）量 ib：表示交流瞬时值 Ib：表示交流有效值 iB：表示全量（直流交流） t：表示时间 vpp：表示峰值电压 in：表示输入 out：表示输出 Vcc：表示电源正极 GND：表示电源的负极 A：电流单位（安），符号为“I” 其它符号以后在做说明。 三极管放大电路有三种类型分为：共基极放大器、 共集极放大器、共射极放大器。 现在我们着重以共射极放大器为例讲解工作原理。 共射放大电路的基本组成如图2-1-3 所示。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 图 2-1-3 基本放大电路的组成 放大电路的基本工作原理如图 2-1-4 所示。 图 2-1-4 工作原理 从图上输入输出的波形可知， 输入交流脉冲幅度较小， 输出交流脉冲幅度变大大， 要保持和原来同相位的，再加一个放大即可，称为多级放大。对于单级放大电路我们 将电路不变，去掉 C1、C2，就是直流等效电路（交、直等效电路我们这里不做介绍） ， 即是一个反向器，在后面的集成电路中我将详细说明。 第二节第二节 射极输出器的工作原理射极输出器的工作原理 射极输出器的用途：射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，这是射 极跟随器最突出的优点。射极跟随器常用作多级放大器的第一级或最末级，也可用于 中间隔离级。用作输入级时，其高的输入电阻可以减轻信号源的负担，提高放大器的 输入电压。用作输出级时，其低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响，并 易于与低阻负载相匹配，向负载传送尽可能大的功率。 图2-2-1 射极输出电路 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 1.晶体管V。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。 2.电源UCC和UBB。使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，同 时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。 3.偏置电阻RB。用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为 几十千欧到几百千欧。 4.集电极负载电阻RC。 将集电极电流iC的变化转换为电压的变化， 以获得电压放大， 一般为几千欧。 5.电容C1、C2用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号 源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，C1、C2应选得 足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。 射极输出器的特点：电压放大倍数小于1；输入电阻较高；输出电阻较低。 第三节第三节 互补对称功率放大电路的工作原理互补对称功率放大电路的工作原理 一、甲乙类双电源互补对称电路 1.基本电路 为了克服乙类互补对称电路的交越失真，需要设置偏置电路，使之工作在甲乙类 状态。如图 2-3-1 所示。 图 2-3-1 甲乙类双电源互补对称电路 图中：T3 组成前置放大级（注意，图中未画出 T3 的偏置电路） ，给功放级提供足 够的偏置电流。 T1 和 T2 组成互补对称输出级。 静态时， 在D1、 D2 上产生的压降为 T1、 T2 提供了一个适当的偏压，使之处于微导通状态，工作在甲乙类。这样，即使vi 很小 （D1 和 D2 的交流电阻也小） ，基本上可线性地进行放大。上述偏置方法的缺点：偏置 电压不易调整，改进方法可采用VBE 扩展电路. 2.VBE 扩展电路，如图 2-3-2 所示，图中流入T4 的基极电流远小于流过 R1、R2 的电流，则由图可求出：VCE4=VBE4（R1+R2）/R2 由于 VBE4 基本为一固定值（硅管约为0.60.7V） ，只要适当调节 R1、R2 的比值， 就可改变 T1、T2 的偏压 VCE4 值。Vce4 就是 T1、T2 的偏置电压，这种电路称为 VBE 扩展电路。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 图 2-3-2 VBE 扩展电路 二、甲乙类单电源互补对称电路 1.电路组成 甲乙类单电源互补对称电路如图2-3-3 所示。 图 2-3-3 甲乙类单电源互补对称电路 图中：T3 组成前置放大级，T2 和 T1 组成互补对称电路输出级。 2.工作原理 在 vi=0 时，调节 R1、R2，就可使IC3、VB2 和 VB1 达到所需大小，给 T2 和 T1 提 供一个合适的偏置，从而使 K 点电位 VK=VC=VCC/2。 vi0 时，在信号的负半周，T1 导电，有电流通过负载 RL，同时向C 充电；在信 号的正半周， T2导电， 则已充电的电容C起着双电源互补对称电路中电源-VCC的作用， 通过负载 RL 放电。只要选择时间常数 RLC 足够大（比信号的最长周期还大得多） ，就 可以认为用电容 C 和一个电源 VCC 可代替原来的+VCC 和-VCC 两个电源的作用。 3.分析计算 采用一个电源的互补对称电路，由于每个管子的工作电压不是原来的VCC，而是 VCC/2，即输出电压幅值Vom 最大也只能达到约 VCC/2，所以前面导出的计算 Po、PT、 和 PV 的最大值公式，必须加以修正才能使用。修正的方法也很简单，只要以 Vcc/2 代 替原来的公式中的 VCC 即可。 4.自举电路 电路解决上述矛盾方法是如果把图 2-3-3 中 D 点电位升高，使 VD 大于VCC，例如 将图中 D 点与 VCC 的连线切断，VD 由另一电源供给，则问题即可以得到解决。通常的 办法是在电路中引入 R3、C3 等元件组成的所谓自举电路，如图2-3-4 所示。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 图 2-3-4 有自举电路单电源互补对称电路 5.工作原理 在图 2-3-4 中，当 vi=0 时，vD=VD=VCC-Ic3R3，而 vK=VK=VCC/2，因此电容 T1 两 端电压被充电到 VC3=VCC/2-Ic3R3。当时间常数R3C3 足够大时，vC3（电容 C3 两端电 压）将基本为常数（vC3VC3） ，不随 vi 而改变。这样，当vi 为负时，T1 导电，vK 将由 VCC/2 向更正方向变化，考虑到vD=vC3+vK=VC3+vK，显然，随着K 点电位升高，D 点电位 vD 也自动升高。因而，即使输出电压幅度升得很高，也有足够的电流iB1，使 T1 充分导电。这种工作方式称为自举，意思是电路本身把vD 提高了。 5乙类互补对称功率放大电路的交越失真 理想情况下，乙类互补对称电路的输出没有失真。乙类互补对称功率放大电路如 图 2-3-5 所示。由于没有直流偏置，只有当当输入信号 vi 大于管子的门坎电压（NPN 硅管约为 0.6V，PNP 锗管约为 0.2V）时，管子才能导通。当输入信号vi 低于这个数值 时，T1 和 T2 都截止，ic1 和 ic2 基本为零，负载RL 上无电流通过，出现一段死区， 这种现象称为交越失真。 图 2-3-5 乙类互补对称功率放大电路的交越失真 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 第四节第四节 集成运算放大器方框图集成运算放大器方框图 运算放大器（常简称为“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路 中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以 实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。运放是一个从功能的 角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着 半导体技术的发展， 如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。 现今运放的种类繁多， 广泛应用于几乎所有的行业当中。运算放大器最早被发明作为模拟信号的运算（实现 加减乘除比例微分积分等）单元，是模拟电子计算机的基本组成部件，由真空电子管 组成。目前所用的运算放大器，是把多个晶体管组成的直接耦合的具有高放大倍数的 电路，集成在一块微小的硅片上。 图 2-4-1 同相放大器 图 2-4-2 反向放大器 同相放大器如图2-4-1所示、反向放大器如图2-4-2所示，放大器有“-”和“+” 两个输入端和一个输出端，“-”端称为倒向输入端（反相输入端），“+”端称为非 倒向输入端（同相输入端）和输出端。当信号加在“+”端时，其实际方向从“+”端 指向输出端， 输出信号方向与输入信号方向相同，即为同相，当输入信号加在 “-”端， 输出信号方向与输入信号方向相同，即为反相。为了区别起见，输入端分别用“-”和 “+”号标出，但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性，电压的正负极性应另外 标出或用箭头表示。 一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口(Out)和同相、反相两个高阻抗 输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大 器。 运放的供电方式分双电源供电与单电源供电两种。对于双电源供电运放，其输出 可在零电压两侧变化， 在差动输入电压为零时输出也可置零。 采用单电源供电的运放， 输出在电源与地之间的某一范围变化。运放的输入电位通常要求高于负电源某一数值， 而低于正电源某一数值。经过特殊设计的运放可以允许输入电位在从负电源到正电源 的整个区间变化，甚至稍微高于正电源或稍微低于负电源也被允许。这种运放称为轨 到轨（rail-to-rail）输入运算放大器。 按照集成运算放大器的参数来分，集成运算放大器可分为如下几类。 1通用型运算放大器 通用型运算放大器就是以通用为目的而设计的。这类器件的主要特点是价格低廉、 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 产品量大面广,其性能指标能适合于一般性使用。例A741（单运放）、LM358（双运 放）、LM324（四运放）及以场效应管为输入级的LF356都属于此种。它们是目前应用 最为广泛的集成运算放大器。 2高阻型运算放大器 这类集成运算放大器的特点是差模输入阻抗非常高，输入偏置电流非常小，一般 rid1G1T，IB为几皮安到几十皮安。实现这些指标的主要措施是利用场效应管 高输入阻抗的特点，用场效应管组成运算放大器的差分输入级。用FET作输入级，不仅 输入阻抗高，输入偏置电流低，而且具有高速、宽带和低噪声等优点，但输入失调电 压较大。常见的集成器件有LF355、LF347（四运放）及更高输入阻抗的CA3130、CA3140 等。 3低温漂型运算放大器 在精密仪器弱信号检测等自动控制仪表中，总是希望运算放大器的失调电压要小 且不随温度的变化而变化。低温漂型运算放大器就是为此而设计的。目前常用的高精 度、低温漂运算放大器有OP07、OP27、AD508及由MOSFET组成的斩波稳零型低漂移器件 ICL7650等。 4高速型运算放大器 在快速A/D和D/A转换器、视频放大器中，要求集成运算放大器的转换速率SR一定 要高，单位增益带宽BWG一定要足够大，像通用型集成运放是不能适合于高速应用的场 合的。高速型运算放大器主要特点是具有高的转换速率和宽的频率响应。常见的运放 有LM318、A715等，其SR=5070V/us，BWG20MHz。 5低功耗型运算放大器 由于电子电路集成化的最大优点是能使复杂电路小型轻便，所以随着便携式仪器 应用范围的扩大，必须使用低电源电压供电、低功率消耗的运算放大器相适用。常用 的运算放大器有TL-022C、 TL-060C等,其工作电压为2V18V， 消耗电流为50250A。 目前有的产品功耗已达W级，例如ICL7600的供电电源为1.5V，功耗为10mW，可采用 单节电池供电。 6高压大功率型运算放大器 运算放大器的输出电压主要受供电电源的限制。在普通的运算放大器中，输出电 压的最大值一般仅几十伏， 输出电流仅几十毫安。 若要提高输出电压或增大输出电流， 集成运放外部必须要加辅助电路。高压大电流集成运算放大器外部不需附加任何电路， 即可输出高电压和大电流。 7可编程控制运算放大器 在仪器仪表得使用过程中都会涉及到量程得问题，为了得到固定电压得输出，就 必须改变运算放大器得放大倍数。例如：有一运算放大器得放大倍数为10倍，输入信 号为1mv时，输出电压为10mv，当输入电压为0.1mv时，输出就只有1mv，为了得到10mv 就必须改变放大倍数为100。程控运放就是为了解决这一问题而产生得。例PGA103A通 过控制1、2脚的电平来改变放大的倍数。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 第三章第三章 直流稳压电源直流稳压电源 大型游艺机对电源电路的要求是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能， 而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就 是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。 稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交流稳压 电源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压电源；按调整 管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类型分有简单稳压电源 和反馈型稳压电源，等等。如此繁多的分类方式往往让初学者摸不着头脑，不知 道从哪里入手。其实应该说这些看似繁多的分类方法之间有着一定的层次关系， 只要理清了这个层次自然可以分清楚电源的种类了。本书中简要的说明稳压电源 的基础知识，先从整流、滤波、稳压开始讲起，主要以游戏机电源盒、扫描的稳 压电源做重点说明。 第一节第一节 整流电路整流电路的工作原理的工作原理 所谓整流电路即是利用半导体的单向导电特性将交流电能转换为直流电能的电 路。整流电路按类型分为：半波整流、全波整流、桥式整流、升压整流。 一、半波整流电路工作原理 如图3-1-1所示，由电源变压器T 、整流二极管VD和负载电阻RL组成。220V50HZ市 电由变压器变换次级为12V50HZ交流电压，经过二极管VD整流为脉动的直流电在经负载 RL到变压器另外一个抽头。A到A箭头部分为电流方向示意。A、B为波形测试点，波 形图如图3-1-2。 图3-1-1 半波整流电路原理分析图 图3-1-2 半波整流波形图 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 从图3-1-1测试点A波形是一个方向和大小都随时间变化的50HZ正弦波电压，半周 即为25HZ，它的波形如图3-1-2 A所示。t0t2时间为一个周期，t0t1时间为正半周 即变压器次级A、A绕组上端为正,下端为负，此时二极管VD承受正向电压导通，通过 它加在负载电阻RL上，在t1t2时间内为负半周，变压器次级A、A绕组下端为正， 上端为负。二极管VD承受反向电压不导通， 负载电阻RL上无电压。在t2t3时间内，重复t0t1时间的过程，在t3t4时间 内，又重复t1t2时间的过程，这样反复下去，交流电的负半周就被“削“掉了，只有 正半周通过负载电阻RL，在RL上获得了一个单向上正下负的电压，波形如图3-1-2 B所 示，达到了整流的目的， 在负载上的电压以及负载电流的大小还随时间而变化，因此， 通常称它为脉动直流。 半波整流计算公式：EE45. 0 2 =UR1 半波整流二极管反向峰值电压计算公式：EEUD83. 2221 这种留上半周、削下半周的整流方法，叫半波整流。不难看出，半波整说是以“牺 牲“一半交流为代价而换取整流效果的，电流利用率很低，适合用于在高电压、小电流 的场合，比如扫描板上的180V视放电压，显象管加速极、聚焦极电压等。 二、全波整流电路工作原理 如图3-1-3所示，由电源变压器T 、整流二极管D1、D2和负载电阻RL组成。220V市 电由变压器变换次级为双路12V交流电压，经过二极管D1、D2整流为脉动的直流电在经 负载RL到变压器中心抽头。A、B两点的波形如图3-1-5。 从图3-1-3测试点A、B点波形是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它的 波形如图3-1-5(1)所示。t0t2时间为一个周期， A、A绕组如图3-1-4(1)所示，t0 t1时间正半周即变压器次级A、A绕组上端为正,下端为负，此时二极管D1承受正向电 压导通，通过负载电阻RL到A 图 3-1-3 全波整流电路原理图 图 3-1-4 全波整流电路原理分析图 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 图 3-1-5 全波整流波形图 抽头上，在t1t2时间内为负半周，变压器次级次级A、A绕组下端为正，上端 为负。二极管VD承受反向电压不导通，负载电阻RL上无电压。同时在B、B绕组如图 3-1-4 (2)所示，波形图为了区分做虚线处理，t0t1时间负半周即变压器次级B、B 绕组上端为正， 下端为负，二极管D2承受反向电压不导通，在t1t2时间内为正半周， 变压器次级B、B绕组上端为负，下端为正，二极管D2承受正向电压导通，通过负载 电阻RL到B 抽头上。 此后在t2t3时间内， 重复t0t1时间的过程， 在t3t4时间内， 又重复t1t2时间的过程，这样反复下去，相当于两路半波整流延时半个周期合并， 在RL上获得了一个单向上正下负的脉动电压，全波整流波形如图3-1-5所示。 全波整流计算公式：EE90. 0 2 =UR 全波整流二极管反向峰值电压计算公式：EEUD83. 222 全波整流和桥式整流的整流效果一样，全波整流优点是使用整流二极管比桥式整 流少一倍，但全波整流对变压器要求是对称的双绕组，而桥式整流无此要求，使用应 用比较方便，全波整流适合变压器次级是双路输出。 三、桥式整流电路工作原理 图3-1-6 桥式整流电路原理图 图3-1-7 桥式整流电路原理分析 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 如图3-1-6所示， 图(1)是完整的桥式整流电路图， 图(2)是简化的桥式整流电图图， 两者原理一样由电源变压器T 、整流二极管D1、D2、D3、D4和负载电阻RL组成。220V 市电由变压器变换次级为12V交流电压，经过二极管D1、D2、D3、D4整流为脉动的直流 电加在负载RL上。 从图3-1-7测试点A、A点波形是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压，它 的波形如图3-1-8(1)所示。t0t2时间为一个周期，A、A绕组如图3-1-7(1)所示。 t0t1时间正半周即变压器次级A、A绕组上端为正,下端为负，此时二极管D4承受正 向电压导通， 通过负载电阻RL、 整流二极管D2到A 抽头上， 整流的波形图如图3-1-8(2) 所示。在t1t2时间内为负半周，变压压器次级次级A、A绕组下端为正，上端为负。 二极管D1承受正向电压导通，通过负载电阻RL、整流二极管D2到A抽头上，整流的波形 图如图3-1-8(3)所示。此后在t2t3时间内，重复t0t1时间的过程，在t3t4时间 内，又重复t1t2时间的过程，这样反复下去，桥式整流相当于两路半波整流，将负 半周反向整流合并，在RL上获得了一个单向上正下负的脉动电压，桥式整流波形如图 3-1-8（4）所示。 图 3-1-8 桥式整流波形图 需要注意的是，电流是从高流到低，例如图3-1-7（1），当A点电平为高（正半周 时）此时电流D3二极管反向截止不导通，从D4二极管正向导通（D1反向截止）加在负 载RL上，到D2二极管正向导通，到变压器A抽头构成回路。因电流加在D3二极管上， D3阳极电位比阴极电位高，故不能导通。负半周也是如此， D2阳极电位比阴极电位高， 故不能导通。 桥式整流计算公式：EE90. 0 2 =UR 桥式整流二极管反向峰值电压计算公式：EEUD41. 12 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 桥式整流电路广泛用于游戏机电源盒、扫描板等等。整流效果好、利用率高等特 点。 四、倍压整流工作原理 如图3-1-9所示，也叫升压整流，由桥式整流电路演变而成，只需增加一个电容， 开关即可。这种整流电路一般用于电源盒和扫描上，当输入端为交流110V输入时，将 SW置110V位置， 输出为300V直流电压；当输入端为交流220V输入时，将SW置220V位置， 输出为300V直流电压供开关电源逆变使用。 图3-1-9 二倍压整流电路原理图 输入端为110V输入时，SW置110V位置，输入A、A交流正半周时，上端为正，下 端为负，D4二极管正向导通，给电容C2充电约150V，即上正下负，当输入A、A交流 负半周时，上端为负，下端为正，D2二极管正向导通，给电容C1充电约150V，即上正 下负，将两个电容充得的电压叠加起来，相当于两组半波整理电路叠加在一起（类似 两个干电池串联），为300V直流电压。输入端为220V输入时，SW置220V位置，构成桥 式整流电路，这里不再赘述。 二倍压整流电路前面介绍的还有另外一种形式，见图3-1-10A和B两种形式，要求 输出电压大于输入交流电压有效值时可以采用倍压电路。 图3-1-10 二倍压整流电路原理图 图3-1-11 二倍压整流正半周原理分析电路 图3-1-12 二倍压整流负半周原理分析电 路 由图 3-1-11可知，在电源的正半周，变压器B1次级上端为正下端为负，D1导通， D2截止，C1通过D1充电，充电后C1两端电压接近B1次级电压峰值，方向为左端正右端 负；由图二倍整流电路原理分析2可知，在电源的负半周时如图3-1-12。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 变压器B1次级上端为负下端为正，D1截止，D2导通，C2通过D1充电，充电后C2两 端电压接近C1两端电压与B1次级电压峰值之和，方向为下端正上端负。由于负载R1与 C1并联，当R1足够大时，R1两端的电压即为接近2倍B1次级电压。 图 3-1-13 N倍倍压整流原理图 N倍倍压整流原理与二倍整流电路完全一致，只是表现形式不一样，二倍压电路还 可以扩展为N倍压电路。 第二节第二节 滤波电路的工作原理滤波电路的工作原理 滤波电路用于滤去整流输出直流电压中的交流纹波，一般由电抗元件组成，如在 负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，由电容、电感组合而成的电容滤 波、电感滤波、LC滤波、RC滤波等等各种复式滤波电路。由于电抗元件在电路中有储 能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量存储起来，而当电源 电压降你时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑。 1.电容滤波 电容滤波电路图见图3-2-1，(A)图为电容滤波电路，(B)图为电容滤波波形图，均 以桥式整流电路来分析，电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。在 脉动直流波形的上升段，电容C充电，由于充电时间常数很小，所以充电速度很快；在 脉动直流波形的下降段，电容C放电，由于放电时间常数很大，所以放电速度很慢。在 C还没有完全放电时再次开始进行充电。这样通过电容C1的反复充放电实现了滤波作用。 滤波电容C两端的电压波形见电容滤波波形图。 图3-2-1 电容滤波电路 2.电感滤波 在桥式整流电路和负载电阻RL之间串入一个电感器L，如图3-2-2所示。 大型电子游戏机原理与维修-电子技术基础 图 3-2-2 电感滤波电路 利用电感的储能作用可以减小输出电压的纹波，从而得到比较平滑的直流。当忽 略电感器L的电阻时， 负载上输出的平均电压和纯电阻 （不加电感） 负载相同， 即VL=0.9V2。 电感滤波的特 点是，整流管的导电角较大（电感L的反电势使整流管导电角增大），峰值电流很 小，输出特性比较平坦。其缺点是由于铁心的存在，笨重、体积大，易引起电磁干扰。 一般只适用于低电压、大电流场合。此外，为了进一步减小负载电压中的纹波，电感 后面可再接一电容而构成倒L型滤波电路或RC-型滤波