路灯自动控制器的分析与制作

1、学习项目2 路灯自动控制器的分析与制作项目描述、任务要求及学习目标基础训练1 半导体三极管的识别、检测与选用基础训练2 单管放大电路的分析与测试（路灯自动控制器的分析与制作） 任务实施思考与提高返回主目录 项目描述 人们常看到路灯在傍晚时自动亮，而天亮时自动熄，那么灯是怎样自动亮和熄的呢？如图2.1为光敏二极管、三极管构成的路灯亮、熄自动控制电路。当天亮，光线较强时，路灯不会亮，而当天快黑时，路灯自动亮，达到自动控制路灯亮和熄的目的，节省电力。图2.1 路灯亮熄自动控制电路1工作任务及要求根据给定的路灯自动控制电路图，要求：（1）根据给定电路，认识电路组成，确定实际电路器件，记录实际器件的规格

2、、型号，并查阅实际器件的主要参数指标；（2）分析电路的基本工作原理；（3）进行电路的装配与测试，要求装配的电路能自动控制灯亮和熄的作用；（4）以小组为单位汇报分析与制作的思路、过程；（5）完成产品技术文档。2学习产出 装配的电路板；技术文档（产品的功能说明，产品电路原理图及分析，元器件及材料清单，通用电路板上电路布局图，电路装配的工艺流程说明，测试结果分析，总结）。学习目标（1）识别各种三极管，检测三极管的质量和管脚、以及选择器件的能力。（2）熟悉三极管的放大和开关应用。（3）掌握单管放大电路的测试技术，了解放大电路的特点及分析方法。（4）掌握万能电路板手工焊接技能。学习目标（5）学习万用表、

3、示波器、低频信号发生器、直流稳压电源的使用技能。（6）掌握路灯控制电路的装配与调试。（7）具有安全生产意识和预防措施。（8）能与他人合作、交流完成元件的测试、电路的组装与测试等任务，具有敬业乐业、敢于创新的精神和解决问题的可迁移的关键能力。基础训练1 半导体三极管的识别、检测与选用基础训练1 半导体三极管的识别、检测与选用学习目的：能识别常用半导体三极管的种类，掌握检测三极管的质量、管脚技能和选用三极管的基本方法。知识要求：掌握三极管的基本特性；了解三极管的种类；能识别常用的三极管；掌握三极管检测的基本方法；掌握三极管选用的依据。技能要求：查阅晶体管代换手册的技能；识别和测试三极管的技能；万用

4、表正确使用的技能。素质要求：相互协作，沟通交流的能力。相关理论知识 为了对半导体三极管有初步的感性认识，我们先做一个实验演示。 演示电路如图2.2所示，用信号发生器在其输入端输入电压为10mV、频率为1kHz的正弦信号，用示波器分别接在输入端和输出端，观察输入信号和输出型号波形。结果发现：输入端正弦信号幅度很小，而输出端得到一个幅度很大的正弦信号。 该电路为什么能将小信号变成大信号？在图2.2中，起放大作用的核心元件是半导体三极管。本任务将讨论半导体三极管识别、检测与选用的方法。10Fuiuo100K示波器20K10K5.1K1K10F47F+12V3DG6信号发生器图2.2单管放大电路的演示

5、电路一 三极管的结构、符号、外形 三极管的结构示意图如图2.3（a）所示,它是由三层不同性质的半导体组合而成的。按半导体的组合方式不同,可将其分为NPN型管和PNP型管。 三极管的电路符号如图2.3（b）所示,符号中的箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向。VcbePNPVcbeNPN(b)图2.3三极管的结构示意图与电路符号 （a）结构示意图;（b）电路符号 三极管的种类很多按其结构类型分为NPN管和PNP管; 按其制作材料分为硅管和锗管; 按工作频率分为高频管和低频管; 按功率大小分为大功率、中功率和小功率管；按工作状态分为放大管和开关管。 常见三极管的外形结构如图2.4所示。图2.4 常

6、见三极管的外形结构贴片三极管二 三极管的电流放大作用 1放大的内在和外在条件 三极管结构特点是：含两个背靠背的PN结，发射区掺杂浓度高，基区很薄且掺杂浓度低，集电结面积大等，这些特点是三极管具有电流放大作用的内在条件。 三极管实现放大作用的外部条件是发射结正向偏置，集电结反向偏置。对NPN型三极管应有VCVBVE，对PNP型三极管应有VCVBVE。图2.5三极管内部载流子的运动情况多数载流子运动少数载流子运动2三极管电流放大作用 三极管内部载流子的运动情况，图2.5所示为三极管内部载流子运动的示意图。 1) 发射区向基区发射电子的过程形成发射极电流IE 2) 电子在基区的扩散和复合过程形成基极

7、电流IB 3) 电子被集电区收集的过程形成集电极电流IC 由图2.5不难得出： （2.1）以上式说明,在三极管中发射极电流IE等于集电极电流IC和基极电流IB之和。 对于PNP管,三个电极产生的电流方向正好和NPN管相反。 三极管的电流放大作用 （2.2） 把集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比定义为三极管的共发射极交流电流放大系数，其表达式为 （2.3） 图2.6所示是NPN型三极管和PNP型三极管中电流方向和各电极极性。 图2.6 三极管的电流分配关系(a)NPN型三极管; (b)PNP型三极管三. 三极管的特性输入特性和输出特性 三极管的输入、输出特性是表示三极管各电极电压和电流之间

8、相互关系的，它反映了三极管的性能，是分析放大电路的重要依据。最常用的是共发射极接法时的输入特性曲线和输出特性曲线。这些特性曲线可用特性图示仪直观地显示出来，也可通过实验电路进行测绘。1输入特性曲线 输入特性曲线是指当集电极电压UCE为某一常数时，输入回路中三极管基极电流IB与基射电压UBE之间的关系曲线。用函数式表示为 （2.4）图2.7（a）是9013硅三极管的输入特性曲线。 图2.7 三极管的特性曲线(a)输入特性曲线; (b)输出特性曲线1) 当uCE时 从输入端看进去，相当于两个PN结并联且正向偏置，此时的特性曲线类似于二极管的正向伏安特性曲线。2) 当uCE1 从图中可见，uCE的曲

9、线比uCEV时的曲线稍向右移，说明在相同的UBE下，IB减小。2输出特性曲线 输出特性曲线是在基极电流一定的情况下，三极管输出回路中集电极电流IC与集射电压UCE之间的关系曲线，用函数表示为 （2.5） 图2.7（b）是9013硅三极管的输出特性曲线。根据输出特性形状，可将其划分成三个区域：放大区、饱和区、截止区。（1）放大区 输出特性曲线近似于水平的部分是放大区。放大区， IC和IB成比例关系。三极管处于放大状态的条件是发射结正偏，集电结反偏。（2）饱和区 饱和区是对应于UCE较小（UCEUBE）的区域，此时集电结处于正向偏置，以致使IC不能随IB的增大而成比例增大，即IC处于“饱和”状态。

10、在饱和区 ，此时发射结和集电结都处于正向偏置。（3）截止区 IB=0的曲线以下的区域称为截止区。IB=0时，IC=ICEO。对于硅管UBE0.5V时，已开始截止，但是为了可靠，常使UBE0。即发射结零偏或反偏，集电结也处于反偏。四.三极管的主要参数 三极管的特性除用特性曲线表示外，还可用一些数据来说明，这些数据就是三极管的参数。三极管的参数也是设计电路选用三极管的依据。主要参数有下面几个：1.电流放大系数 三极管接成共射极电路时，其电流放大系数用 表示。 共发射极静态（无输入信号）电流放大系数。 共发射极动态（有输入信号）电流放大系数。和数值较为接近，一般没有区分。 在选用三极管时，如果 值太

11、小，则电流放大能力差；若 值太大，则会使工作稳定性差。低频管的 值一般选20100，高频管的 值只要大于10即可。2特征频率 使三极管电流放大系数 的数值下降到1时的信号频率称为特征频率，用 表示，应用时应为实际工作频率的310倍。3极间反向电流（1）反向饱和电流ICBO 反向饱和电流ICBO是发射极开路时，集电极和基极间的反向饱和电流。该电流是少数载流子定向移动形成的，所以它受温度变化的影响很大。常温下，小功率硅管的ICBO1A，锗管的ICBO约10A左右。ICBO的大小反映了三极管的热稳定性，ICBO越小，说明其稳定性越好。因此，在温度变化范围大的工作环境中，尽可能地选择硅管。（2）穿透电

12、流ICEO 穿透电流ICEO是基极开路，集电极与发射极间加反向电压时，流过集电极和发射极之间的电流。它与ICBO的关系为4极限参数（1）集电极最大允许电流ICM 当集电极电流太大时，三极管的电流放大系数 值要下降。当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流，称为集电极最大允许电流ICM。因此，在使用三极管时，流过集电极的电流IC必须小于ICM。（2）集射反向击穿电压U（BR）CEO 它是基极开路时，加在集电极与发射极间的反向击穿电压。当温度上升时，击穿电压U（BR）CEO要下降，故在实际使用时，必须满足 U（BR）CEO。（3）集电极最大耗散功率PCM 集电极最大耗散功率是指三极管正常工作时最

13、大允许消耗的功率。当三极管消耗的功率超过PCM值时，其发热量将使管子性能变差，甚至烧坏管子。因此，在使用三极管时，PC必须小于PCM才能保证管子正常工作。五三极管命名及型号的意义1三极管型号的意义 国产三极管的型号一般由五大部分组成,如3AX31A、3DG12B、3CG14G等。下面以3DG110B为例说明各部分的命名含义。 第一部分由数字组成，表示电极数。“3”代表三极管。 第二部分由字母组成，表示三极管的材料与类型。如A表示PNP型锗管，B表示NPN型锗管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。 第三部分由字母组成，表示管子的类型，即表明管子的功能。如A表示高频大功率晶体管，D表示低频大

14、功率晶体管，X表示低频小功率晶体管，G表示高频小功率晶体管。 第四部分由数字组成，表示三极管的序号。 第五部分由字母组成，表示三极管的规格号。目前国内市场上常用的进口晶体管有2S系列、2N系列、90系列等。 2S系列型号意义说明如下： 第一部分由数字组成，表示PN结数量。“1”代表二极管，“2”代表三极管。 第二部分S字母，表示已在日本电子协会注册，所有管子都用S，无实际意义。 第三部分由字母组成，表示三极管的材料与类型。如A表示PNP型锗管，B表示NPN型锗管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。 第四部分由数字组成，表示公布的序号，与管子的特性无关，数字越大越是近期产品。 第五部分由字

15、母组成，表示三极管特殊用途和特性。 2N系列型号意义与2S系列型号意义大致相同，只是用数字和N分别表示PN结数和在美国电子协会已注册，后面的数字也是顺序号。这与2S系列注册号不同，也就是说，相同注册号的管子性能不一样，2N系列型号命名的方法不分NPN、PNP和场效应管等，一律用2NXXXX表示。2三极管手册的查阅方法 三极管手册给出了三极管的技术参数和使用方法，是正确使用三极管的依据。三极管手册的基本内容有：三极管的型号；电参数符号说明；主要用途；主要参数。在实际使用中，可根据实际需要来查阅三极管手册，一般已知三极管的型号查阅其性能参数和使用范围或根据使用要求选择三极管，确定三极管的型号。六.

16、场效应管概述场效应管（FET）是一种电压控制器件，它是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流大小的器件。它具有体积小、质量轻、寿命长、输入电阻大、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、便于集成化等优点。 1场效应管的种类与符号 按其结构不同分为绝缘栅型和结型两大类。绝缘栅型场效应管由于制造工艺简单，便于实现集成化，应用更加广泛。绝缘栅型场效应管简称MOS管，有N沟道和P沟道两类，每一类又分为增强型和耗尽型两种，共有四种类型，图形符号如图2.8所示。三个引脚分别为源极（S）、栅极（G）、漏极（D），它们相当于三极管的发射极、基极、集电极。 结型场效应管也包含N沟道和P沟道两种，图形符号如图2.9所

17、示。GDS（a） GDS（b）GDS(c)GDS(d)图2.8 绝缘栅型场效应管图形符号（a）N沟道增强型 （b）P沟道增强型（c） N沟道耗尽型（d）P沟道耗尽型DSG（a）DSG（b）图2.9 结型场效应管图形符号（a）N沟道型 （b）P沟道型 将N沟道MOS管和P沟道MOS管组成互补电路，就构成CMOS管，其具有输入电流小，功耗小，工作电源范围宽等优点，广泛应用于集成电路中。VMOS管从结构上较好地解决了散热问题，其耗散功率大，工作速度快，耐压高，是理想的大功率器件。2场效应管的工作特点 场效应管也有三个工作区域：可变电阻区、恒流区和夹断区。当利用场效应管作放大管时，应工作在恒流区。对于

18、增强型的场效应管，必须建立一个栅源极电压值达到开启电压，才会形成导电沟道，并有漏极电流；对于耗尽型的场效应管不加栅源极电压时已存在导电沟道，只有栅源极电压达到某一值时，才能使漏源极之间电流为零，此时的栅源极电压称为夹断电压。实践操作：半导体三极管的识别、检测与选用一目的识别常用三极管的种类掌握检测三极管的质量、管脚及选用方法二器材万用表确定识别和测试的器件（各种三极管）实践操作： 半导体三极管的识别、检测与选用三操作步骤1.由管子型号判断管子类型 根据三极管外壳上的型号，初定其类型。如：3DG管，就是NPN型、硅材料的高频小功率三极管。2.由三极管外形判断管脚 根据三极管的外形的特点，初判其管

19、脚，常见典型三极管的管脚排列如图2.10所示。实践操作：半导体三极管的识别、检测与选用3. 用万用表检测三极管的管脚和管型（1）基极和管型的判断 将模拟万用表的“功能开关”拨至“R100或R1k”挡；假设三极管中的任一电极为基极，并将黑（红）表笔始终接在假设的基极上；再用红（黑）表笔分别接触另外两个电极；轮流测试，直到测出的两个电阻值都很小时为止，则假设的基极是正确的。这时，若黑表笔接基极，则该管为NPN型；若红表笔接基极，则该管为PNP型。如图2.11所示。 实践操作：半导体三极管的识别、检测与选用图2.11 三极管基极和类型的测试实践操作：半导体三极管的识别、检测与选用(2)由指针式万用表

20、检测三极管的管脚并判断三极管的类型1）用万用表的欧姆档的1K档，判别基极与型号。晶体三极管，欧K判基型；三两倒笔测，唯两偏角大；静笔脚为基，黑P红为C；到此基型定，质量可保证。2）用万用表的欧姆表的1K档判别集电极C和发射极E。以NPN型三极管为例：NPN（PNP）型管，欧K判C、E；两次假设测，基手随黑（红）动；唯一偏角大，角大黑（红）为C。实践操作：半导体三极管的识别、检测与选用 图2.12 三极管集电极和发射极的测试图2.12 三极管集电极和发射极的测试实践操作：半导体三极管的识别、检测与选用（3）三极管质量判别 在确定基极过程中，若出现2次以上或2次以下阻值较小的情况，说明三极管已损坏

21、；在确定集电极和发射极过程中，阻值读数越小说明三极管的放大能力越大，若两次测试表针均不动，则表明三极管没有放大能力；若测得集电极与发射极阻值变小，说明三极管性能变差，不宜使用。实践操作：半导体三极管的识别、检测与选用4.三极管的识别与测试 对常用三极管进行识别和检测，将结果填入表2-1；查阅相关晶体管手册将主要参数摘录填入表2-1中。 表2-1 检测与查阅参数记录序号标志符号万用表量程导电类型管脚判别放大能力质量判别PCMUCEO12345678910 基础训练2 单管放大电路的分析与测试基础训练2 单管放大电路的分析与测试学习目的：掌握单管放大电路的调试与测试，了解其电路的特点与分析方法。知

22、识要求：了解放大电路特点，熟悉放大电路的组成和基本的工作原理及分析方法，掌握三极管的选用，掌握放大电路的调试与测试方法。技能要求：熟悉面包板搭接单管放大电路技巧；掌握放大电路的调试与测试技术；掌握万用表、示波器、低频信号发生器、直流稳压电源、电子电压表等设备正确使用的技能。素质要求：能独立学习和工作，能够进行交流沟通，具有团队协作、求实专研精神和良好的职业道德。一放大电路基本组成及工作过程1放大的含义 所谓放大，从表面上是将信号由小变大，实际上，放大的过程是实现能量转换的过程。由于电子电路中输入信号很小，它所提供的能量不能直接推动负载工作，因此需要另外提供一个能源，由能量小的输入信号控制这个能

23、源，经三极管放大去推动负载工作。我们把这种小能量对大能量的控制作用称为放大作用。 三极管只是一种能量控制元件，而不是能源。三极管有三个电极，三极管对小信号实现放大作用时在电路中可有三种不同的连接方式（或称三种组态），即共(发)射极接法、共集电极接法和共基极接法。这三种接法分别以发射极、集电极、基极作为输入回路和输出回路的公共端，而构成不同的放大电路。 如图2.13(以NPN管为例)所示。图2.13 放大电路中三极管的三种连接方法(a)共(发)射极电路 ;(b)共集电极电路; (c)共基极电路2单管共射极放大电路的组成 电路组成和各元件的作用如图2.14所示。 对放大电路的基本要求，一是能够放大

24、，二是不失真，所以，放大电路由两部分组成：提供电路正常放大的直流偏置电路，其作用是为三极管处于放大状态提供发射结正偏、集电结反偏的电压；使交流信号通过交流通道，把交流信号有效地输入放大输出。图2.14 基本共(发)射(极)放大电路3 放大电路的工作原理共射基本放大电路的放大信号过程如图2.15所示， 图2.15 放大电路的工作原理其信号传递过程为式中 为直流分量， 为交流分量， 为交、直流叠加的总变化量。 从以上分析可得出：在放大电路中，既有直流电源，又有交流信号源，因此电路中交、直流共存。在对一个放大电路进行具体的定性和定量分析时，首先要求出电路各处的直流电压、电流的数值，以便判断放大电路中

25、三极管是否工作在放大区，这也是放大电路放大交流信号的前提和基础。其次是分析放大电路对交流信号的放大性能，如放大电路的放大倍数、输入电阻、输出电阻及电路的失真问题。二放大电路的静态设置与调整 所谓静态，就是放大电路没有输入时的工作状态。静态时，放大电路三极管的直流电流、电压值（IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ）所决定的工作点称为静态工作点。 为了使放大电路能正常的工作，三极管必须处于放大状态，因此，要求三极管各极的直流电压、电流必须具有合适的静态工作参数IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ。1静态工作点与非线性失真 为了说明静态工作点的作用，我们通过下面的实验演示或实验仿真说明（1）演示电路如图

26、2.16所示。10Fuiuo100K示波器20K10K5.1K1K10F47F+12V3DG6信号发生器图2.16单管放大电路的演示电路Rb（2）演示过程： 1）在输入端没有信号，通过示波器观察输出端有无波形。 2）通过信号发生器在输入端输入一频率为1KHz的正弦信号，调整输入信号幅值和电位器（100k），通过示波器在输出端可观察到最大不失真输出信号的波形，如图2.17（a）所示。 3）调节电位器，使Rb减小，通过示波器可观察到图2.17（b）所示的底部失真波形。 4）调节电位器，使Rb增大，通过示波器可观察到图2.17（c）所示的顶部失真波形。图2.17 通过示波器所观察到的输出波形（3）现

27、象分析 底部失真： 产生的原因：Rp减小-VBQ增加-VEQ增大-IEQ增加-IBQ增加-ICQ增加-UCEQ增加 ，当电路输入交流信号时，很容易使UCEIB时，UBE基本固定不变，则有： 图2.19 分压偏置式直流电路其稳定静态工作点的过程： 由此可见，这种电路是在固定基极电压的条件，利用发射极电流IEQ随温度T的变化所引起的UEQ变化，进而影响UBE和IB的变化，使ICQ趋于稳定。为了使基极电压固定，一般Rb1、Rb2选用热稳定性好的较精密的电阻。例2.2 图2.19的放大电路中，已知三极管的参数=50，UBEQ=0.7V，Rb1=50K，Rb2=20k，Rc=5k，Re=2.7k，UCC

28、=12V。（1）试求放大电路的静态工作点；（2）如果三极管的增大1倍，那么放大电路的Q点将发生怎样的变化？解： 静态工作点的估算 在这种电路中，增大1倍，UBQ、UEQ、ICQ、IEQ和UCEQ均可认为基本不变。电路仍然可以正常工作，这正是分压式工作点稳定的优点。但此时IBQ将减小。3放大电路静态工作点的调试 放大电路静态工作点的调整可借助于仪器仪表，通过调整基极偏置电阻来完成。（1）借助于万用表调试静态工作点一般是通过测量集电极电流来调整的。首先使输入信号为零，然后把电流表（万用表电流挡）串接在集电极回路中，调整基极偏置电阻，使ICQ达到预定值。一般取集电极最大电流（VCC/RC）的一半左右

29、即可。在实际操作中为了避免切断集电极回路，也可以通过测量集电极负载电阻两端的直流电压值，利用欧姆定律计算出集电极电流的近似值。(2) 借助于示波器调试 在放大电路输入端加上一定频率和合适幅值的输入信号后，通过观察放大电路输出波形来调整静态工作点。如输出信号出现饱和失真现象，则需增大基极上的偏置电阻，如输出信号出现截止失真，则需减小基极上的偏置电阻。在调试时应反复观察和调整，使输出信号幅值最大，失真最小时，即为最佳静态工作点位置。 三放大电路的动态分析1放大电路主要技术指标 放大电路放大的对象是变化量，研究放大电路时除了要保证放大电路具有合适的静态工作点外，更重要的是还要研究其放大性能。对于放大

30、电路的放大性能有两个方面的要求：一是放大倍数尽可能大；二是输出信号尽可能不失真。衡量放大电路性能的重要指标有放大倍数、输入电阻、输出电阻。（1）放大倍数 放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标。它是输出信号与输入信号之比。常用的有电压放大倍数和电流放大倍数。 电压放大倍数的定义为 （2.18） 电流放大倍数的定义为 （2.19） （2）输入电阻ri 如图2.20所示,放大电路的输入端可以用一个等效交流电阻ri来表示,它定义为 （2.20） 放大器接到信号源上以后，就相当于信号源的负载电阻，ri越大表示放大器从信号源（或前一级放大器）索取的电流越小，信号利用律越高，所以ri大小直接关系到信号源（或

31、前一级放大器）工作情况。图2.20 放大电路的方框图（3）输出电阻ro 如图2.21所示，从放大电路输出端看，放大电路对于负载RL相当于一个信号源，该信号源的内阻就是放大电路的输出电阻，用ro表示,它定义为 （2.21） 通常希望放大器的输出电阻越低越好，这样放大器带负载的能力就越强。2共射极放大电路性能指标的估算 动态指标是针对交流分量而言，所以应根据交流通路来确定。共射极放大电路及交流通路如图2.21所示。 图2.21实用的共射放大电路（a）电路；（b）交流通路（1）电压放大倍数 有载时的电压放大倍数 （2.22） 式中“-”表示输入信号与输出信号相位相反。空载时电压倍数 （2.23） ,

32、说明放大电路带上负载后放大倍数将降低。 低频小功率三极管rbe的数值可以用下列公式计算 （2.24）（2）输入电阻ri (2.25)（3）输出电阻ro （2.26） 例2.3 放大电路如图2.21（a）所示，已知三极管的参数=60，UBEQ=0.7V，Rb1=60K，Rb2=20k，Rc=3k，Re=2k，RL=6K，UCC=12V。试求该电路的：（1）静态工作点；（2）Au，ri和ro；解（1）静态工作点3放大电路放大倍数、输入及输出电阻的测试方法。（1）电压放大倍数的测试 电压放大倍数 是输出电压与输入电压的有效值之比，即 （2.27） 实验中，需用示波器监视放大电路输出电压的波形不失真时

33、，用电压毫伏表分别测量空载和带载时输入、输出电压有效值或用示波器测出输入、输出的峰峰值，然后按上式计算电压放大倍数。（2）输入电阻的测量 输入电阻的大小表示放大电路从信号源或前级放大电路获取电流的多少。输入电阻越大，索取前级电流越小，对前级的影响就越小。 输入电阻的测量原理如图2.20所示。图中，在信号源与放大电路之间串入一个已知阻值rs的电阻 ，用毫伏表分别测试rs两端的电压Us和 Ui或用示波器测Us和Ui的峰峰值，则输入电阻为 （2.28） rs值不宜取得过大，过大容易引入干扰；但也不宜过小，太小易引起较大的测量误差。最好取rs与ri的阻值为同一数量级。（3）输出电阻的测量 输出电阻的大

34、小表示电路带负载的能力大小。输出电阻越小，带负载能力越强。 输出电阻的测量原理如图2.20所示。用毫伏表分别测量放大电路的开路电压 和负载电阻上的电压 或用示波器测开路电压 和负载电阻上的电压 的峰峰值，则输出电阻可通过计算求得。由图2.20可知 （2.29） （2.30）四共集、共基组态放大电路1共集放大电路 电路如图2.22（a）所示，交流信号从基极输入，从发射极输出，故该电路又称射极输出器。图2.22（b）为对应的交流通路。由交流通路可看出，集电极为输入、输出的公共端，故称为共集电极放大电路（简称共集放大电路）。图2.23 共集电极放大电路（a）电路; （b）交流通路2共集放大电路的特点

35、（1）静态工作点稳定 由于有发射极电阻Re，具有稳定静态工作点的作用，其稳定过程为（2）电压放大倍数恒小于1（近似为1） （2.31） 由于放大倍数近似为1，且为正，所以，输出、输入具有大小近似相等，相位相同，故该电路又称为射极跟随器。（3）输入电阻大的特点 （2.32） 可见，共集电极电路的输入电阻比共射极放大电路大得多。对电压信号源来说，该电路的输入端能较准确地放映信号源电压 。 （4）输出电阻小的特点 （2.33） 可见，该电路具有很小的输出电阻，若用作多级放大电路的输出级，则可大大提高电路的带负载能力。 3共基放大电路 共基极放大电路（简称共基放大电路）如图2.23所示，直流通路采用是

36、分压偏置式，交流信号经C1从发射极输入，从集电极经C2输出，C1、C2为耦合电容，Cb为基极旁路电容，使基极交流接地，故称为共基极放大器。图2.24 共基极放大电路五 三种基本组态放大电路的比较 三种组态放大电路是用三极管组成放大电路的基本形式，其他类型的单级放大电路归根到底都是由这三种变化而来的。三种组态的基本放大电路的比较见表2-2。表2-2 三种组态基本放大电路的比较六放大电路的频率响应1频率响应的概念 前面讨论放大电路的性能时，都是以单一频率的正弦信号为对象的。在实际工作中，所遇到的信号并非单一频率，而是在一段频率范围内的变化。在放大电路中，由于存在耦容、旁路电容与三极管的结电容与电路

37、中的杂散电容等，它们的容抗都将随着频率变化而变化，从而影响信号的传输效果，使同一放大电路对不同频率的信号具有不同的放大作用。我们把放大电路对不同频率的正弦信号的放大效果称为频率响应。 放大电路的频率响应可直接用放大电路的电压放大倍数与频率的关系来描述，即 （2.34） 式中， 表示电压放大倍数的模与频率的关系，称为幅频特性，而 表示放大电路输出电压与输入电压之间的相位差与频率的关系，称为相频特性。两种综合起来称为放大电路的频率响应。 2单级阻容耦合放大电路的频率响应 图2.24(a) 所示是单级阻容耦合共射放大电路，图 (b)、(c) 是频率响应特性，其中，图 (b) 是幅频特性，图 (c)

38、是相频特性。图2.24 放大电路的频率响应特性 图中可见，在某一段频率范围内，电压放大倍数与频率无关，输出信号与输入信号相位差为-180，这一个频率范围称为中频区。在中频区之外，随着频率的降低或增加，电压放大倍数都要减小，相位差也要发生变化。 在中频区，由于耦合电容和射极旁路电容的容量较大，其等效容抗很小，可视为短路。另外，三极管的结电容以及电路中的杂散电容很小，等效容抗很大，可视为开路。所以在中频区，可认为信号在传输过程中不受电容的影响，从而使电压放大倍数几乎不受频率变化的影响，该区的特性曲线较平坦。 在低频区，Au下降的原因是由于耦合电容C1、C2，以及射极旁路电容Ce的等效容抗随频率下降

39、而增加，从而使信号在这些电容上的压降也随之增加，因而减少了输出电压Uo，导致低频段Au的下降。 在高频区，由于三极管的极间电容和电路中的分布电容因频率升高而等效容抗减小，对信号的分流作用增大，降低了集电极电流和输出电压Uo，导致高频区Au的下降。 工程上把因频率变化使电压放大倍数Au下降到中频放大倍数Aum的0.707倍时所对应的低频频率点和高频频率点分别称为下限截止频率L和上限截止频率H。在这两个频率之间的频率范围称为通频带，用BW表示，即 （2.35） 通频带是放大电路频率响应的一个重要指标。通频带越宽，表示放大电路工作的频率范围越宽。例如，质量好的音频放大器，其通频带可达20Hz20kH

40、z。 由于通频带不会是无穷大，因此，当输入信号包含有若干多次谐波成分时，放大器对不同频率信号的放大倍数不同和相位不同，从而使输出信号与输入信号不同，即产生了频率失真。由于它是电抗元件引起的，电抗元件是线性元件，故这种失真称为线性失真。 在多级放大电路中，随着级数的增加，其通频带变窄，且窄于任何一级放大电路的通频带。实践操作：单管共射放大电路的搭接与测试一目的：学会对电路中使用的元器件进行检测与筛选学会单管共射放大电路的搭接方法学会共射极放大电路的调试与测试方法学会低频信号发生器的使用实践操作：单管共射放大电路的搭接与测试二器材测试的仪器仪表：万用表、双踪示波器、直流稳压电源、低频信号发生器。搭

41、接、测试电路（见2.25）及配套电子元件及材料（见表2-3 ）实践操作：单管共射放大电路的搭接与测试表2-3 配套电子元件及材料明细表代号名称规格代号名称规格R1碳膜电阻20k/1/4WC1电解电容器10F/25VR2碳膜电阻10K /1/4WC2电解电容器10F/25VR3碳膜电阻560/1/4WC3电解电容器47F/25VR4碳膜电阻3K/1/4WVT三极管9014RL碳膜电阻器3k/1/4W面包板RP微调电位器3M/1/2W插接线实践操作：单管共射放大电路的搭接与测试搭接电路如图2.25所示。C1+12VUiUoR4RPR1R2R3RLVTC2C3图2.25 单管共射极放大电路实践操作：

42、单管共射放大电路的搭接与测试三操作步骤1.读识电路，了解电路组成 读电路图，认识电路中各元件符号及参数大小，各元件的特性和作用。2.元器件的清点、识别、测试 根据元件外型或用万用表测试，确定各实际元件的参数和管脚。实践操作：单管共射放大电路的搭接与测试3.在面包板上进行电路搭接 熟悉面包板的使用和搭接技巧，按工艺要求在面包板上搭接电路。要注意三极管的管脚和电容器的极性，不要出现短路 ，多检查。4.放大电路的调整与测试（1）静态工作点调整与测试 反复检查搭接电路，在电路无误的情况，接上直流稳压电源，输出电压调到+12V，用低频信号发生器在输入端输入电压约20mV、频率为1kHz的正弦信号，用示波

43、器接输出端观察输出波形。实践操作：单管共射放大电路的搭接与测试 调整输入信号和调整RP，观察放大电路输出示波器的波形的变化，通过调整，当示波器观察的波形出现最大不失真输出信号的波形，此时，放大电路的静态工作点调节为最佳位置。去掉输入信号，用万用表测试三极管三电极对地的电压，并做记录表2-4中，确定三极管的静态工作点，即UBQ、UEQ、ICQ、UCEQ，分析静态工作点对放大电路的作用。 表2-4 静态工作点测试记录测试值计算值UBQ（V）UEQ（V）UCQ（V）ICQ（mA）UBEQ（V）UCEQ（V）实践操作：单管共射放大电路的搭接与测试（2）放大电路的动态测试 在静态调节好的基础上，用信号发

44、生器在其输入端输入电压为20mV、频率为1kHz的正弦信号，用示波器分别接在输入端和输出端，观察输入信号和输出信号波形。结果发现：输入端正弦信号幅度很小，而输出端得到一个幅度很大的正弦信号。用示波器测试其输入、输出的峰峰值，并做记录表2-5中，比较输入、输出幅值的大小，确定放大电路电压放大倍数。 实践操作：单管共射放大电路的搭接与测试表2-5 电压放大倍数的测试记录测试值计算值输入电压峰峰值UIPP（V）输出电压峰峰值UOPP（V）电压放大倍数AV= UOPP/UIPP输出有载时输出无载时（3）放大电路的频率响应测试 保持输入信号的幅值，改变其频率（高频或低频），观察频率对放大倍数的影响，说明

45、频率响应情况。 任务实施（路灯自动控制器的分析与制作）（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施一信息搜集：搜集实现路灯自动控制电路基本工作原理信息搜集路灯控制电路中，光敏元件、电磁继电器、三 极管、二极管应用的有关信息搜集电路中元器件的型号、参数信息搜集装配电路所需的材料、工具、仪器等信息搜集装配电路的工艺流程和工艺标准搜集相应示波器、直流稳压电源的使用手册（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施1光敏元件的认识 光敏元件是利用物质在光的照射下导电性能或产生的电动势改变构成的器件，常见的有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电耦合器等。（1）光敏电阻（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施 光敏电阻

46、如图2.29所示，在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里。两电极常做成梳状，可增加灵敏度，如图2.29（b）所示。 光敏电阻在受光照射时，将产生的电子空穴对，使电阻率变小，流过光敏电阻的电流增加，当天暗时，光线弱，光敏电阻的电阻增加，流过光敏电阻的电流减少。 利用光敏电阻这种光敏特性，可用于照相机自动测光、光控音乐I.C、光控灯、光电控制、室内光线控制、工业控制等场合中。（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施（2）光敏二极管 光敏二极管与光敏电阻相比，具有灵敏度高，高频性能好，可靠性好，体积小和使用方便等优点。光敏二极管在使用时必须加反向电压接入电路，即正极接电源的负，

47、而负极接电源的正。图2.30 光敏二极管（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施（3）光敏三极管图2.31 光敏三极管（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施 光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有1个对光敏感的PN结作为感光面，一般用集电结作为受光结，其结构及符号如图2.31所示。 当入射光子在基区及集电区被吸收而产生电子空穴对时，便形成光生电压。由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了倍的信号电流。因此，光敏三极管是一种相当于将基极、集电极光敏二极管的电流加以放大的普通晶体管放大。其灵敏度比光敏二极管高。（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施

48、（4）光电耦合器 光耦合器（optical coupler,英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件,通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线,受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电光电”转换。如图2.32所示为三极管型光电耦合器。（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施 光耦合器的主要优点是单向传输信号，输入端与输出端完全实现了电气隔离,抗干扰能力强,使用寿命长，传输效率高。它广泛用于电平转换、信号隔离、级间隔离、开关电路、远距离信号传输、脉冲放大、固态继

49、电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。图2.32 三极管型光电耦合器（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施2三极管的驱动应用 由于微机、PLC输出口电流很小，不能直接驱动执行元件（显示管、继电器线圈等），因此可利用三极管的电流放大作用增大电流，驱动执行元件工作。因此，三极管常作为数字芯片输出接口中的驱动元件， 由它驱动执行元件工作。驱动电路中的三极管一般都工作在开关状态，由于三极管的电流放大作用，其输入电流一般只有输出电流的几十分之一。采用三极管驱动，电路简单，所用三极管按需要的功率来选定。（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施 图2.33（a）所示为简单的三极管驱动电路，由单片机I

50、/O口线提供基极信号。应用TTL集电极开路门能提高更大一些的三极管基极电流，图2.33（b）所示为门控三极管驱动电路。图2.33（c）所示为达林顿驱动电路，由两个三极管组成达林顿三极管，采用多级放大可以增加输出电流而避免增加输入电流。V+（b）RL&+5V&+5VVRL+（c）达林顿管图2.33 几种三极管驱动电路V+（a）RL输出口单片机（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施（1）电磁继电器的基本工作原理 电磁继电器是自动控制电路中常用的一种元件。实际上它是用较小电流控制较大电流的一种自动开关。因此，广泛应用于电子设备中。 电磁继电器一般由一个线圈、铁心、一组或几组带触点的簧片组成。触点有动

51、、静触点之分，在工作中能够动作的称为动触点，不能动作的称为静触点。在电路中，电磁继电器的图形符号如图2.34所示。（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施图2.34 电磁继电器的图形符号 电磁继电器的工作原理是：当线圈通电以后，铁心被磁化产生足够大的电磁力，吸动衔铁并带动簧片，使动触点和静触点闭合或断开；当线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁返回原来的位置，动触点和静触点又恢复到原来闭合或断开的状态。应用时只要把需要控制的电路接到触点上，就可利用继电器达到控制的目的。（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施（2）电磁继电器的主要特性参数 1）额定工作电压或额定工作电流：这是指继电器工作时线圈需要的电压或

52、电流。一种型号的继电器的构造大体是相同的。为了适应不同电压的电路应用，一种型号的继电器通常有多种额定工作电压或额定工作电流，并用规格型号加以区别。 2）直流电阻：这是指线圈的直流电阻。有些产品说明书中给出额定工作电压和直流电阻，这时可根据欧姆定律求出额定工作电流。若已知额定工作电流和直流电阻，亦可求出额定工作电压。（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施 3）吸合电流：它是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在实际使用中，要使继电器可靠吸合，给定电压可以等于或略高于额定工作电压。一般不要大于额定工作电压的1.5倍。否则会烧毁线圈。 4）释放电流：它是指继电器产生释放动作的最大电流。如果减小处于吸

53、合状态的继电器的电流，当电流减小到一定程度时，继电器恢复到未通电时的状态，这个过程称为继电器的释放动作。释放电流比吸合电流小得多。（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施 5）触点负荷：它是指继电器触点允许的电压或电流。它决定了继电器能控制电压和电流的大小。应用时不能用触点负荷小的继电器去控制大电流或高电压。例如：JRX-13F电磁继电器的触点负荷0.02A12V，就不能用它去控制220V的电路通断。（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施二实施方案确定路灯控制电路原理图确定焊接所需的工具确定与电路原理图对应的实际元件和材料确定电路装配的工艺流程及测试工艺确定测试仪器、仪表制订任务进度（路灯自动控

54、制器的分析与制作）任务实施1电子组装工具 剥线钳、斜口钳、5号一字和十字螺丝刀、电烙铁及烙铁架，镊子、剪刀、焊锡丝、松香。2测试仪器仪表 万用表、双踪示波器、直流稳压电源。3装配电路，图2.35所示。图2.35 路灯自动控制电路（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施4配套电子元件及材料见表2-7。 表2-7 配套明细表（路灯自动控制器的分析与制作）任务实施三工作计划与步骤1.读识电路，了解电路组成，分析电路基本工作原理。 如图2.35所示是利用光敏二极管2CU1构成的路灯亮、熄自动控制电路。其原理是：当天快黑时，光敏二极管VD由于无光照，反向电阻增大，于是晶体管VT1的基极电压升高至4V左右，VT1导通，VT2截止，继电器J释放，常闭触点JK闭合，接通220V电路，灯泡点亮。当天明时，由于光敏二极管受到光照，反向电阻减小，VT1基极电压下降至0.7V以下，VT1截止，VT2导通，继电器J得电，常闭触点断开，路灯熄灭。