项目二--简易助听器电路分析 2

项目二简易助听器电路分析,音量调节,任务二：共射放大电路分为固定偏置的共射放大电路、分压式偏置的共射放大电路两个子任务,任务三：共集、共基放大电路,任务四：简易助听器电路分析,任务一：双极型三极管,2.1.1BJT的结构,2.1.2BJT的电流分配与放大原理,2.1.3BJT的特性曲线,任务一双极型三极管,2.1.4BJT的使用常识,2.1.5特殊三极管,2.1.1BJT的结构,一、结构、符号和分类,发射极E,基极B,集电极C,发射结,集电结,基区,发射区,集电区,emitter,base,collector,NPN型,PNP型,分类：按材料分：硅管、锗管按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管按功率分：小功率管1W,BJT外形和引脚,B,E,C,内部条件,发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大,外部条件,发射结正偏,集电结反偏:NPN管:UCUBUEPNP管:UC1,IE=IC+IB=(1+)IB,IC=IB,UCE,UCE=UR,=ICRC,电压放大倍数:,：交流电流放大系数,2.1.3BJT的特性曲线,一、共发射极输入特性,输入回路,输出回路,与二极管特性相似,iB,iE,iC,特性基本重合(电流分配关系确定),特性右移(因集电结开始吸引电子),导通电压uBE,硅管：(0.60.8)V,锗管：(0.20.3)V,取0.7V,取0.2V,二、共发射极输出特性,ICEO,三、PNP型BJT共发射极特性曲线,输入特性,输出特性,例2.1.1已知放大电路中三个极的电位分别为：U1=4V,U2=1.2V，U3=1.4V，判断BJT类型、制造材料及电极。,解,NPN管,UCUBUE,PNP管,UCUBUE,硅管：UBE=0.7V；锗管：UBE=0.2V,本例中：U1U(BR)EBO,已知:ICM=20mA,PCM=100mW，U(BR)CEO=20V，当UCE=10V，ICmA当UCE=1V，ICmA当IC=2mA，UCEV,10,20,20,三、BJT的选管原则,1.使用时不能超过极限参数（ICM,PCM,U(BR)CEO）。,2.工作在高频条件下应选用高频或超高频管;工作在开关条件下应选用速度足够高的开关管。,3.要求反向电流小、允许结温高且温变大时，选硅管;要求导通电压低时选锗管。,4.同型号管，优先选用反向电流小的。值不宜过大，一般以几十一百左右为宜。（进口小功率管较大，如9013、9014等在200以上）,三、BJT的检测方法,三极管内的PN结具有单向导电性。,1.基极判别,万用表置于R1k档，用两表笔去搭接三极管的任意两只管脚，如果阻值很大，（几百千欧以上），将表笔对调再测一次，如果阻值也很大，则剩下的那只管脚必是基极B。,2.类型判别,万用表黑表笔接基极，红表笔分别搭接另外两只管脚，如果阻值很大，（几百千欧以上），则为PNP管，阻值较小（几千欧以下），则为NPN管。,3.集电极判别,4.电流放大能力估测,测NPN型的集电极时，先假设除基极以外的任一管脚为C极，并将B、C用手捏在一起（B、C极不接触），黑表笔接假设的C极上，红表笔接假设发射极上，看万用表偏转情况；再假设另一只为C极，重新判断一次，两次中指针偏转较大的那次测量，黑表笔相连的是C极。,万用表置于R1k档，红、黑表笔分别接NPN管的集电极和发射极，当用一电阻接于B、C两管脚时，指针右偏。右偏角度越大，说明放大能力越大。,5.穿透电流ICEO检测,万用表置于R1k档，红表管与NPN管的集电极相接、黑表笔与发射极相接，基极悬空，所测C、E极之间电阻越大，则漏电流越小，管子性能越好。,6.注意现万用表很多上设有测量晶体三极管的插孔，把万用表功能置于hFE挡，按EBC排列插入三极管，可以测量值或判断管型及管脚。,2.1.5特殊三极管,一、工作原理,像光电二极管一样实现光-电转换外，还能放大光电流。有NPN和PNP型之分。,IC=（1+）IB,=1001000,有3AU、3DU系列,如3DU5C：最高工作电压30V暗电流,O,2.3.1温度对静态工作点的影响,温度对ICEO的影响温度每升高10C，ICBO约增大1倍,ICEO增大更明显。,2.温度对的影响温度每升高1C，(0.51)%。输出特性曲线间距增大。,3.温度对UBE的影响温度每升高1C，UBE(22.5)mV。,2.3.2射极偏置电路,一、稳定静态工作点的原理,1.Rb1、Rb2的分压作用固定UB：,选用Rb1、Rb2时使：,I1(或I2)IB,不受BJT和温度变化的影响,2.Re产生反映IC变化的UE，引起UBE变化，使IC基本不变。,稳定“Q”的原理：,T,IC,UE,UB固定,UBE,IB,IC,二、静态工作点的估算,三、动态分析,小信号等效电路,1.电压放大倍数,Rc/RL,Au受和温度变化的影响小,2.输入电阻,Ri,Ri,Rb1/Rb2,3.输出电阻,Ro=Rc,2.4.1共集电极放大电路,2.4.2共基极放大电路,任务三共集电极放大电路和共基极放大电路,2.4.1共集电极放大电路(射极输出器、射极跟随器),一、静态分析,VCC=IBRb+UBE+IERe,=IBRb+UBE+(1+)IBRe,IB=(VCCUBE)/Rb+(1+)Re,IC=IB,UCE=VCCICRe,二、动态分析,交流通路,小信号等效电路,电压放大倍数：,1,输入电阻：,输出电阻：,RS=RS/RB,特点：Au1输入输出同相，Ri高，Ro低用途：输入级，输出级，中间缓冲级,2.4.2共基极放大电路,电路图,习惯画法,一、静态分析（略）,交流通路,小信号模型,二、动态分析,Ri,Ri,Ro,Ro=RC,特点：1.Au大小与共射电路相同。2.输入电阻小，Aus小。用途：高频特性好，常用于高频电路中。,三、BJT共基极电流放大系数,三种基本组态放大电路比较,电路组成、小信号等效电路、电压放大倍数输入电阻、输出电阻、电流放大系数、适用场合,共发射极,共集电极,共基极,Ro=RC,Ro=RC,1,直接耦合,电路简单，能放大交、直流信号，“Q”互相影响，零点漂移严重。,阻容耦合,各级“Q”独立，只放大交流信号，信号频率低时耦合电容容抗大。,光电耦合,主要用于耦合开关信号，抗干扰能力强。,变压器耦合,用于选频放大器、功率放大器等。,任务四简易助听器电路分析与仿真,一、多级放大电路的级间耦合形式,二、多级放大电路的组成及参数计算,考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理!,Ri=Ri1,Ro=Ron,电压放大倍数Au=Uo/Ui,电压增益Au(dB)=20lg|Au|dB,表2.5电压放大倍数Au与分贝数的关系,当输出量小于输入量时，分贝数为负值时，称为衰减。,放大倍数的分贝表示法,多级放大电路放大倍数的分贝表示法,解(1)Au62dB,即Au=1258.9uO=Au*ui=1258.9*2.5mv=3.147V(2)20lg4000=72dB,课内练习：P80题2.47,2.5.1绝缘栅场效应管,2.5.2结型场效应管,2.5场效应管及其基本放大电路,2.5.3场效应管的参数、特点及使用注意,2.5.4其它类型场效应管,2.5.5FET的偏置电路及静态分析,2.5.6FET放大电路的小信号模型分析法,引言,场效应管FET(FieldEffectTransistor),类型：,结型JFET(JunctionFieldEffectTransistor),绝缘栅型IGFET(InsulatedGateFET),特点：,1.单极性器件(一种载流子导电),3.工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低,2.输入电阻高(1071015，IGFET可高达1015),2.5.1绝缘栅场效应管,一、N沟道增强型MOSFET(MentalOxideSemiFET),1.结构与符号,P型衬底,(掺杂浓度低),用扩散的方法制作两个N区,在硅片表面生一层薄SiO2绝缘层,用金属铝引出源极s和漏极d,在绝缘层上喷金属铝引出栅极g,s源极source,g栅极gate,d漏极drain,2.转移特性曲线,UDS=10V,UGS(th),当uGSUGS(th)时：,uGS=2UGS(th)时的iD值,3.输出特性曲线,可变电阻区,uDS107,MOSFET：RGS=1091015,一、场效应管的主要参数,4.低频跨导gm,反映了uGS对iD的控制能力，单位S(西门子)。常用毫西(mS，mA/V)。,PDM=uDSiD，受管子最高工作温度限制。,5.最大漏极电流IDM,6.最大漏极功耗PDM,O,为管子工作时允许的最大漏极电流。,7.漏源击穿电压U（BR）DS：漏源间能承受的最大电压。,8.栅源击穿电压U（BR）GS：栅源间能承受的最大电压。,二、场效应管的主要特点及使用注意事项,特点：FET为电压控制型器件，栅极基本无电流，输入电阻高，常用做高输入阻抗输入级。多子导电，受温度、辐射等外界因素影响小。噪声比BJT小（尤其是JFET）。MOS管制造工艺简单，体积小，功耗小，易集成。,使用注意事项：MOS管衬底与源极通常接在一起。若需分开，衬源间电压须反偏（NMOSuGS0）。MOS管输入电阻极高，使栅极感应电荷产生高压造成管子击穿。为避免栅极悬空及减少感应，储存时应将三个极短路；焊接时，用镊子短路三个极，并将电烙铁断电后焊接；不能用万用表检测，只能接入测试仪后再去掉短路线测试，取下前也应先短路。JFET可在栅源极开路情况下储存和用万用表检测。,MOS管栅极过压保护电路,2.5.4其它类型场效应管*,一、砷化镓金属半导体场效应管MESFET(MentalSemiconductorFET),材料:GaAs,符号:,特点:为耗尽型器件，一般只制成N沟道，特性与JFET相似。开关时间特别短，导通电压很小。,用途:微波电路，高频放大电路，和高速数字逻辑电路。,二、VMOS场效应管,因工艺上利用光刻沿垂直方向刻出一个V型槽而得名。,特点:为大功率管，耐压可达1000V以上，最大连续电流高达200A。非线性失真小、噪声较低、温度稳定性较高、输入电阻高、驱动功率小。极间电容小，工作频率高，用于高频电路或开关式稳压电源。,2.5.5FET的偏置电路及静态分析,1.工作原理,一、自偏压电路,栅极电阻Rg的作用：,(1)为栅偏压提供通路,(2)泻放栅极积累电荷,源极电阻Rs的作用：,提供负栅偏压,漏极电阻Rd的作用：,把iD的变化变为uDS的变化,uGS=uGuS=iDRs,2.静态工作点的估