《模拟电路基础（第3版）》-课件全套 课题1-7　整流滤波电路 -晶闸管应用电路

课题一整流滤波电路1任务1半导体二极管的识别与检测任务2整流滤波电路的安装与测试2任务1半导体二极管的识别与检测3

学习目标1．掌握本征半导体、P型半导体、N型半导体的概念以及PN结的形成过程。2．了解半导体二极管的结构、符号和类型。3．掌握半导体二极管的伏安特性。4．掌握半导体二极管主要参数的含义，能正确选用半导体二极管。5．了解特殊半导体二极管的符号和用途。6．能正确识别常用半导体二极管，并能正确检测半导体二极管。4半导体二极管（简称二极管）是最基本的电子元件之一，其应用实例如图所示。二极管的种类繁多，因其具有单向导电性而在电子产品中起整流、检波等作用。常用二极管的外形如图所示。本任务将以半导体基础知识为起点，学习二极管的基本知识、使用常识和检测方法，练习正确识别与检测二极管，并通过测量二极管的伏安特性进一步熟悉其性能。5

任务引入二极管的应用实例6常用二极管的外形a）大功率整流二极管b）整流二极管c）稳压二极管

d）柱形贴片二极管e）贴片发光二极管f）贴片快恢复整流二极管7一、半导体基础知识1．本征半导体半导体材料经过高度提纯后形成的半导体，称为本征半导体，也称为纯净半导体。本征半导体的原子排列非常整齐，硅半导体共价键示意图如图所示。在绝对零度（约

－273.15℃）时，本征半导体中的电子无法挣脱本身原子核束缚，呈现绝缘体特性。8

相关知识硅半导体共价键示意图9当半导体中的少量电子获得足够的能量时，即可挣脱共价键的束缚，形成自由电子，同时在电子原来的位置上留下一个空位，即空穴，如图所示。和空穴相邻的电子在空穴的吸引下与之复合（空穴与电子相遇后，自由电子便填补空穴，这种现象称为复合），而在电子原来的位置上产生一个新的空穴，从形式上看似乎是电子和空穴都在移动。此时的运动没有外电场的干涉，是一种无规则的运动。10自由电子与空穴的形成11在半导体的两端加上电压后，半导体中的自由电子和空穴就会在电场的作用下做定向移动，形成电流。当半导体导电时，自由电子向高电位端流动，空穴向低电位端流动，空穴参与导电是半导体区别于导体导电的主要特征。本征半导体的导电能力和载流子（即自由电子和空穴）的数量密切相关，环境温度越高，热激发也越强，半导体中的载流子就越多，导电能力就越强。122．杂质半导体通过扩散工艺，在本征半导体中掺入微量合适的杂质，就会使半导体的导电性能发生明显变化。人们把掺入微量元素的半导体称为杂质半导体，杂质半导体有N型半导体和P型半导体两种。（1）N型半导体在本征半导体中掺入微量五价元素，就形成N型半导体。掺杂后半导体中的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。N型半导体也称为电子型半导体。13（2）P型半导体在本征半导体中掺入微量三价元素，就形成P型半导体。掺杂后半导体中的空穴为多子，自由电子为少子。P型半导体也称为空穴型半导体。虽然加入了杂质，但无论是P型半导体还是N型半导体，都和本征半导体一样，对外不显电性。14二、PN结的形成和特点1．PN结的形成如果将P型半导体和N型半导体制作在同一块本征半导体基片上，它们的交界面就会形成一层很薄的特殊导电层，这就是PN结。PN结是构成各种半导体元件的基础，其形成过程包括多数载流子的扩散运动和少数载流子的漂移运动。15（1）多数载流子的扩散运动在自然界中，物质会从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，称为扩散运动。当将P型半导体和N型半导体制作在一起时，由于P区的空穴为多数载流子，空穴的浓度高，自由电子的浓度低；而N区的自由电子为多数载流子，自由电子的浓度高，空穴的浓度低，所以在P型半导体和N型半导体的交界面两侧，出现了自由电子与空穴的浓度差，从而引起了多数载流子的扩散运动，如下图a所示。随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，阻止扩散运动的进行。空间电荷区内，多数载流子已扩散到对方区域并复合掉了，或者说消耗尽了，因此空间电荷区有时也称为耗尽区。16PN结的形成a）载流子的扩散运动b）动态平衡时的PN结17（2）少数载流子的漂移运动在空间电荷区产生的内电场作用下，少数载流子产生漂移运动，N区的少子空穴从N区向P区运动，而P区的少子自由电子从P区向N区运动。扩散运动和漂移运动是两种作用相反的运动，当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区的宽度将保持不变，于是形成了PN结，如上图b所示。182．PN结的单向导电性（1）PN结正偏当P区接电源正极、N区接电源负极时，称为PN结正偏（见下图）。此时，外加电压的电场方向与空间电荷区内建电场方向相反，使空间电荷区变窄，漂移运动和扩散运动的平衡被打破，多数载流子的扩散运动明显增强，形成了较大的扩散电流，PN结表现为一个阻值很小的电阻，即PN结导通。19PN结正偏20（2）PN结反偏当P区接电源负极、N区接电源正极时，称为PN结反偏（见下图）。此时，外电场与内电场方向一致，使内电场增强，空间电荷区变宽，阻止了多数载流子的扩散运动，而少数载流子的漂移运动明显增强，形成漂移电流，由于少数载流子的数量有限，所以漂移电流很小，PN结表现为一个阻值很大的电阻，即PN结截止。21PN结反偏22（3）PN结的单向导电性当PN结正偏时，PN结电阻值很小，PN结导通；当PN结反偏时，PN结电阻值很大，PN结截止，这就是PN结的单向导电性。三、二极管1．二极管的结构与符号将PN结用外壳封装，分别在P区和N区引出两个电极，就是二极管，如图a所示。二极管的图形符号如图b所示，文字代号为V或VD。根据PN结结构的不同，二极管可分为点接触型、面接触型和平面型。23二极管的结构与图形符号a）二极管结构示意图b）二极管的图形符号2．二极管的单向导电性二极管的基本结构中包含一个PN结，所以二极管具有单向导电性。按图所示电路图连接实验电路，当开关放在1位置时，二极管V1正极接高电位，负极接低电位，即二极管V1加正向电压，二极管V1导通，灯泡点亮；当开关放在2位置时，二极管V2正极接低电位，负极接高电位，即二极管V2加反向电压，二极管V2截止，灯泡不能点亮。24二极管的单向导电性实验电路3．二极管的伏安特性在理想状态下，二极管导通时相当于开关接通，此时二极管两端的电压为零；二极管截止时相当于开关断开，此时流过二极管的电流为零。通常把具有这种特性的二极管称为理想二极管。但是实际使用的二极管在导通时都会产生一定的正向压降，而截止时也会有微小的电流流过。二极管两端的电压和流过二极管的电流之间的关系曲线称为二极管的伏安特性曲线，如图所示为某硅二极管的伏安特性曲线。25硅二极管的伏安特性曲线（1）二极管的正向特性在上图中，纵坐标轴右边的曲线为二极管的正向特性曲线。在正向特性曲线的起始段，即图中的

OA

段，曲线的变化很平坦，此时正向电压不断增加，但是通过二极管的电流变化却缓慢，二极管并没有导通，此区域称为“死区”。当曲线经过

A

点后，电压稍有增加，电流就会较快增加。通常将开始导通时的正向电压称为开启电压，一般硅二极管的开启电压约为0.5V，锗二极管的开启电压约为0.1V。26当电压大于开启电压后，通过二极管的电流和二极管两端的电压呈指数关系变化，如图中的

AB

段所示。当电压再进一步增加时，通过二极管的电流将急剧增大，如图中的

BC

段所示，此时二极管两端的电压基本维持恒定不变，二极管处于导通状态，此电压称为二极管的导通电压。通常硅二极管的导通电压为0.6～0.8V，锗二极管的导通电压为0.2～0.3V。27（2）二极管的反向特性在上图中，纵坐标轴左边的曲线为二极管的反向特性曲线。从图中的

OD

段可以看出，当二极管加上反向电压后，反向电流也会增加，但当电压超过－1V后，虽然电压增加很多，但流过二极管的反向电流却维持不变，此时的电流称为二极管的反向饱和电流，如图中

DE

段所示。反向饱和电流越小，表示二极管反向阻断性能越好，锗二极管的反向饱和电流为几十至一百多微安，硅二极管的反向饱和电流很小，只有几微安或更低。28当二极管两端的反向电压进一步增加到反向击穿电压

UBR

时，流过二极管的反向电流会突然增大，此时二极管处于反向击穿状态，如图中的

EF

段所示。二极管反向击穿后，只要将流过二极管的反向电流控制在一定范围内，二极管两端的反向电压降低后，二极管还能恢复正常，不致损坏。但若反向电流足够大，使二极管的PN结发生热击穿而烧毁，二极管将永久损坏。使用二极管时，加在二极管两端的反向电压不能大于它的反向击穿电压（稳压二极管除外）。294．二极管的主要参数（1）最大整流电流

IFMIFM

是指二极管长期连续工作时，允许通过的最大正向平均电流，它与PN结的材料、结面积和散热条件有关。（2）最高反向工作电压

URMURM

是指允许加在二极管两端的最大反向电压。（3）反向饱和电流

IRIR

是指二极管未击穿时的反向电流。（4）最高工作频率

fMfM

是指二极管所能承受的最高工作频率，由二极管结电容的大小决定。30二极管的参数是选用二极管的重要依据。当设备中的二极管损坏时，要采用同型号的新管更换，如无法找到同型号的元件，一般用类型相同、性能相近的元件代替。额定电流大的二极管可以代替额定电流小的二极管；反向耐压高的二极管可以代替反向耐压低的二极管；对于检波二极管，还要特别注意

fM

参数，最高工作频率高的二极管可以代替最高工作频率低的二极管。315．常用二极管（1）整流二极管整流二极管是利用PN结的单向导电性，把交流电变换成脉动直流电。由于其要通过较大的电流，一般内部结构为面接触型或平面型。常用整流二极管的外形与图形符号如图所示。32常用整流二极管的外形与图形符号a）外形b）图形符号（2）检波二极管检波二极管利用其单向导电性，与滤波电路配合将高频或中频无线电信号中的低频信号提取出来。由于工作信号的频率较高，所以其内部结构一般为点接触型，选用时要特别注意

fM

的选择。常用检波二极管的外形与图形符号如图所示。33常用检波二极管的外形与图形符号a）外形b）图形符号（3）稳压二极管稳压二极管简称稳压管，它是利用二极管在反向击穿时，两端的电压保持恒定这一特性来获取稳定电压，它工作在反向击穿状态。常用稳压二极管的外形与图形符号如图所示。34常用稳压二极管的外形与图形符号a）外形b）图形符号（4）发光二极管发光二极管简称LED，在电路中常作为显示元件，采用砷化镓、镓铝砷和磷化镓等材料制成，其内部也有一个PN结，具有单向导电性。常用发光二极管的外形与图形符号如图所示。35常用发光二极管的外形与图形符号a）外形b）图形符号（5）光电二极管光电二极管也称为光敏二极管，对波长为400～700nm的光源高度敏感。其结构与普通二极管类似，管芯是一个具有光敏特性的PN结，具有单向导电性。常用光电二极管的外形与图形符号如图所示。36常用光电二极管的外形与图形符号a）外形b）图形符号四、二极管引脚的区分与判断1．直观区分二极管引脚的极性电路中，二极管的正、负极性不能接错，否则将导致电路无法正常工作，甚至损坏电路，烧毁二极管。为了区分二极管的引脚，制造二极管时，一般在它的外壳上用图形符号或标志环等标注出极性。二极管正、负极的常见判别方法见下表。37二极管正、负极的常见判别方法38二极管正、负极的常见判别方法392．用万用表判断二极管引脚的极性（1）用模拟式万用表判断二极管引脚极性（以MF47型万用表为例）用MF47型万用表判断二极管的引脚极性时，使用万用表的R×100或R×1k挡，测量步骤如下：1）进行欧姆调零，将万用表的两个表笔短接，调整欧姆调零旋钮，使万用表的指针指向右边的零欧姆，如图所示。

40万用表欧姆调零2）分别测量二极管的正、反向电阻值，其中有一次测得的电阻值比较小，如图所示；另一次测得的电阻值很大，如图所示。测得电阻值较小的那一次，万用表的黑表笔接的引脚是二极管的正极，红表笔接的引脚是二极管的负极。41二极管正向电阻测量二极管反向电阻测量42（2）用数字式万用表判断二极管引脚极性用数字式万用表判断二极管的引脚极性时，万用表的量程选择开关应放在挡（蜂鸣挡）上。

挡为数字式万用表测量二极管、电路通断的专用挡，该挡的正向直流电流约为1mA，正向直流电压约为2.8V，一般当外接电阻小于70Ω时，表内蜂鸣器鸣响。用数字式万用表正、反两次测量二极管，万用表有一次显示为数字1（表示电阻无穷大，开路），如图所示；另一次显示一个几百的数字，如图所示，这次测量中，万用表红表笔接的是二极管的正极，黑表笔接的是二极管的负极，万用表显示的数字为所测二极管的正向压降（电流约1mA），图中所测二极管的正向压降是0.514V。43用数字式万用表测量（反向）用数字式万用表测量（正向）3．用LCR晶体管测试仪判断二极管引脚极性LCR晶体管测试仪是一种专门测量电子元件的自动化仪表，测量时将电子元件插入测试插孔，测试仪即可自动判断元件类型并显示元件符号及引脚位置，同时还能显示元件的基本参数，为维修、检测带来极大便利。如图所示为测量1N4007二极管时的画面。44测量1N4007二极管45五、二极管的检测1．普通二极管的检测用万用表判断普通二极管的好坏时，模拟式万用表用R×100或R×1k挡，数字式万用表用

挡。分别测量二极管的正、反向电阻（压降），假设测得的正、反向电阻阻值分别为

R1

和

R2。（1）如果

R1

较小，R2

为无穷大，则二极管的性能良好。（2）如果

R1

和

R2

都为无穷大，则表示二极管开路。（3）如果

R1

和

R2

都很小，则表示二极管短路。（4）如果

R2

比较小，则二极管反向漏电严重，不能使用。462．稳压二极管的检测测量稳压二极管时，使用的挡位和测量普通二极管时相同，性能良好的稳压二极管的测量结果和普通二极管相同。此外，还可以用模拟式万用表的R×10k挡，区分普通二极管和低稳压值的稳压二极管。473．发光二极管的检测测量发光二极管时，可以直接用模拟式万用表的R×10k挡分别测量其正、反向电阻。当测量合格发光二极管的正向电阻时（万用表黑表笔接正极，红表笔接负极），除了万用表指针将发生一定偏转外，发光二极管还会微微点亮，如图所示。用模拟式万用表测量发光二极管的正向电阻48用数字式万用表测量发光二极管如果使用数字式万用表测量发光二极管，应使用万用表的

挡。对于性能良好的发光二极管，当红表笔接正极，黑表笔接负极时，发光二极管将点亮，万用表显示屏将显示其正向压降，如图所示。从显示值可以看出，发光二极管的正向压降明显大于普通二极管。49六、二极管的命名国产二极管根据使用的半导体材料、用途等进行命名，具体命名方法见下表。国产二极管的命名方法50从理论上讲，二极管由P型半导体和N型半导体结合而成，命名时应无P型二极管和N型二极管之分，但在实际制造二极管时，并不是将两块一样的P型半导体和N型半导体结合成二极管，而是常常采用单一的P型半导体或N型半导体作为基底，然后在基底中掺杂形成另一种半导体。贴片二极管的命名方法因厂家不同而不同，常用元件代码表示，实际应用中请查阅相关手册。任务2整流滤波电路的安装与测试51

学习目标1．理解整流的概念，掌握单相半波、全波、桥式整流电路的工作原理。2．能对单相半波、全波、桥式整流电路进行计算和分析，并正确选择整流二极管的参数。3．掌握整流电路的测试方法，能准确测量其输入、输出电压和波形。4．掌握滤波电路的作用和种类，能简单描述其工作原理。5．能熟练使用常用无线电装接工具及仪表仪器，正确安装、测试整流滤波电路。52白炽灯、日光灯、电风扇等电器都是采用220V交流电（市电）供电的，而全自动洗衣机、智能冰箱、空调、电视机等虽然也采用交流电源供电，但其内部部分电路则是采用直流电源供电的；手机、电动自行车等由电池供电，但其充电电路是将市电变换成直流电来给电池充电的。可见，生活中常需要将交流电变换成直流电，而要将220V交流电变换成稳恒的直流电，需要经过变压、整流、滤波和稳压四个步骤：第一步，由变压器完成变压，它将输入的市电变换成适当的低电压；第二步，由二极管组成的整流电路把交流电转变成脉动直流电；第三步，由电容器、电感器等组成的滤波电路把脉动直流电变换成平滑直流电；第四步，由稳压电路将平滑直流电变换成大小恒定的直流电。53

任务引入整流滤波电路是电源电路中最基本的电路，一般只要是采用市电供电的电子设备，其内部往往都有整流滤波电路。如图所示为监控摄像头用12V小型开关电源中的整流滤波电路。54小型开关电源中的整流滤波电路本任务将重点分析单相整流电路中最常用的三种整流电路的组成和工作原理，并按照电子电路安装工艺要求和方法进行整流滤波电路的安装、调试，利用示波器测量整流滤波电路的输入、输出波形，并通过变换元件参数进一步学习元件的合理选择。55一、整流电路1．单相半波整流电路（1）单相半波整流电路的组成和工作原理单相半波整流电路是组成最简单的一种整流电路，如图所示，它由变压器T、二极管V和负载电阻

RL组成。变压器在电路中起电压变换的作用，二极管起整流作用，RL

为负载电阻。

56

相关知识单相半波整流电路57单相半波整流电路的工作原理是：当

u2

为正半周期时，u2

为上正、下负，二极管V两端承受正向电压而导通，有电流流过负载电阻RL，且电流方向为自上而下，如下图a所示。当

u2

为负半周期时，u2

为上负、下正，二极管V截止，没有电流流过负载电阻RL。因此，在交流电的一个周期内，二极管导通一次。单相半波整流电路的输入、输出电压波形如下图b所示。58单相半波整流电路中的电流方向与输入、输出电压波形a）电流方向b）输入、输出电压波形5960（2）单相半波整流电路分析当变压器输出交流电压

u2

的有效值为

U2

时，负载两端的电压平均值

Uo

为：Uo≈0.45U2流过负载电阻的平均电流

IL

为：61由于单相半波整流电路中，二极管和负载电阻串联，所以流过二极管的电流和流过负载电阻的电流相同，即流过二极管的电流

ID

为：ID=IL二极管两端实际承受的最高反向工作电压

U′RM

为

u2

的峰值，即：（3）单相半波整流电路的特点单相半波整流电路组成简单，使用元件数量少，成本低。但由于二极管只在交流电的正半周期工作，故输出电压低，电压脉动大，整流效率低。2．单相全波整流电路（1）单相全波整流电路的组成和工作原理单相全波整流电路如图所示，它由两个二极管、一个变压器和负载电阻组成。62单相全波整流电路单相全波整流电路的工作原理是：当

u2a

为正半周期时，u2a

为上正、下负，二极管V1两端承受正向电压而导通，同时因

u2b

为上正、下负，V2承受反向电压而截止，电流通过二极管V1流过负载电阻RL，电流方向为自上而下，如图所示。63V1导通时的电流方向当

u2b

为正半周期时，u2b

为上负、下正，二极管V2两端承受正向电压而导通，此时

u2a

为上负、下正，V1承受反向电压而截止，电流通过二极管V2流过负载电阻RL，电流方向依然为自上而下，如图所示。64V2导通时的电流方向所以无论是在交流电的正半周期还是交流电的负半周期，负载电阻都有电流流过，并且电流方向保持不变。单相全波整流电路的输入、输出电压波形如图所示。单相全波整流电路的输入、输出电压波形6566（2）单相全波整流电路分析当变压器输出交流电压

u2

的有效值为

U2

时，负载两端的电压平均值

Uo

为：Uo≈0.9U2流过负载电阻的平均电流

IL

为：67因为工作时两个二极管轮流导通，每个二极管在交流电的一个周期中，只有一半时间有电流流过，所以流过二极管的电流

ID

为：二极管两端实际承受的最高反向工作电压

U′RM

为：68（3）单相全波整流电路的特点单相全波整流电路使用两个二极管，两个二极管交替导通，使得在交流电的正、负两个半周期都有电压输出，电压脉动小。但要使用双输出电压的变压器，两个绕组电压必须相同，才能保证输出电压的对称，变压器制造工艺复杂，成本较高。同时二极管承受的最高反向工作电压比单相半波整流电路高一倍，所以要求二极管的反向击穿电压高。3．单相桥式整流电路（1）单相桥式整流电路的组成和工作原理单相桥式整流电路如图所示，它由变压器、四个整流二极管和负载电阻组成。69单相桥式整流电路当交流电

u2

为正半周期时，u2

为上正、下负，此时二极管V1和V4的两端承受正向电压而导通，同时V2和V3承受反向电压而截止，电压

u2

通过V1、负载电阻RL

和V4形成回路，流过负载电阻RL

的电流为自上而下，如图所示。70V1、V4导通时的电流方向当交流电

u2

为负半周期时，u2

为上负、下正，此时二极管V3和V2的两端承受正向电压而导通，V1和V4承受反向电压而截止，电压

u2

通过V3、负载电阻RL

和V2形成回路，流过负载电阻RL

的电流依然为自上而下，如图所示。71V2、V3导通时的电流方向通过以上分析可知，无论是在交流电的正半周期还是负半周期，负载电阻RL

上都有电流流过，而且方向都是自上而下，电流方向保持不变。单相桥式整流电路的输入、输出电压波形如图所示。72单相桥式整流电路的输入、输出电压波形73（2）单相桥式整流电路分析当变压器输出交流电压

u2

的有效值为

U2

时，负载两端的电压平均值

Uo

为：Uo≈0.9U2流过负载电阻的平均电流

IL

为：74因工作时四个二极管分成两组轮流导通，在交流电的每个周期中，每个二极管有一半时间有电流流过，所以流过二极管的电流

ID

为：二极管两端实际承受的最高反向工作电压

U′RM

为：75（3）单相桥式整流电路的特点单相桥式整流电路使用四个二极管，工作时四个二极管分成两组，交替处于工作状态，整流效率高，输出电压脉动小。由于有两个二极管同时工作，所以电源内阻稍有增大。单相桥式整流电路虽然增加了二极管的数量，但因二极管的价格低廉，故在各种电子线路中依然得到广泛应用。二、滤波电路交流电经过整流后，变成了脉动直流电，虽然电压的方向不再改变，但其大小仍随时间变化，滤波电路就是将脉动直流电变换成平滑直流电的电路。1．电容滤波电路（1）电容滤波电路原理在整流电路的输出端并联一个电容器就形成了电容滤波电路，如下图所示为单相桥式整流电容滤波电路。76单相桥式整流电容滤波电路77当

u2

为正半周期时，整流二极管V1、V4导通，u2

通过V1、V4给负载电阻供电，同时给电容器C充电。由于充电回路电阻很小，所以充电很快，在起始段，电容器两端的电压几乎和电压

u2

同步上升，当

u2

达到最大值时，电容器C上的电压也达到最大值；此后

u2

开始下降，电容器C将通过RL

放电，两端电压将逐渐下降，如果电容器两端的电压下降速度小于

u2

的下降速度，则

uC

将大于此时的

u2，二极管V1、V4将承受反向电压而截止，负载两端电压来源于电容器两端。78当

u2

的负半周期到来时，如果没有滤波电容的存在，V2、V3将导通，但有滤波电容后，由于电容器上有电压，如果电容器两端的电压值大于

u2

的瞬时电压值，V2、V3将保持截止状态，直到

u2

的电压值上升到大于电容器两端的电压

uC

时，V2、V3才开始导通，u2

电压又将给负载电阻供电，同时给电容器充电，如此周而复始。79通过分析可以得知，在有滤波电容的电路中，二极管导通时间将变短，电路的输出波形变得平滑。当

RL

不变时，接入不同滤波电容的单相桥式整流电容滤波电路的输出电压波形如图所示。80单相桥式整流电容滤波电路的输出电压波形电容滤波电路中，电容器的容量越大，滤波效果越好。为了保证滤波效果，电容滤波电路一般取

RLC=（3～5）T/2（T

为交流电的周期）。在工频桥式整流电路中，当输出电压为12～36V时，滤波电容器的容量也可以根据负载电流的大小来选择，见下表。81工频桥式整流电路滤波电容器的选择（输出电压为12～36V时）（2）电容滤波电路分析在电容滤波电路中，输出电压的大小不但和输入电压、整流电路的形式有关，还和电容器的容量以及负载大小有关。一般在电路估算时，单相半波整流电容滤波电路的输出电压，按照

Uo≈（1～1.1）U2

计算；单相全波整流电容滤波电路、单相桥式整流电容滤波电路的输出电压，按照

Uo≈1.2U2

计算。（3）电容滤波电路的特点电容滤波电路元件少、成本低、输出电压高、脉动小，但整流管受的冲击电流大、带负载能力较差。822．电感滤波电路（1）电感滤波电路原理在整流电路的输出端和负载之间串联一个电感，就构成了电感滤波电路，单相桥式整流电感滤波电路如下图所示。当脉动直流电通过电感加在负载上时，脉动直流电将使电路中的电流不断波动，而波动的电流会在电感中产生自感电动势，根据楞次定律，产生的自感电动势将减弱脉动电流的变化，这样就使电路中电流的变化减弱，输出电压变得平滑，这就是电感滤波电路的工作原理。83单相桥式整流电感滤波电路84（2）电感滤波电路分析电感滤波电路中，电感的电感量越大，滤波效果越好。全波或桥式整流电感滤波电路的输出电压

Uo，按照

Uo≈0.9U2

计算。（3）电感滤波电路的特点电感滤波电路带负载能力强，由于采用铁芯线圈，故体积大、比较笨重，成本较高。853．复式滤波电路当单独使用电容或电感不能达到理想的滤波效果时，可采用复式滤波电路。常用的复式滤波电路有LC型、LC－π型、RC－π型等，如图所示。86复式滤波电路a）LC型滤波电路b）LC－π型滤波电路c）RC－π型滤波电路常用复式滤波电路的特点如下：（1）LC型滤波电路LC型滤波电路带负载能力较强，当负载变化时，输出电压比较稳定。电路中滤波电容接在电感之后，可以使整流二极管所受冲击电流大大减小。（2）LC－π型滤波电路LC－π型滤波电路的输出电压较高，波形平滑，带负载能力较差，整流二极管仍承受较大的冲击电流。87（3）RC－π型滤波电路RC－π型滤波电路的输出电压较高，波形平滑，带负载能力较差，功耗较大。复式滤波电路的滤波效果好，但成本较高，常应用于对电源要求较高的电路中。88课题二基本放大电路8990任务1半导体三极管的识别与检测任务2共发射极放大电路的安装与调试任务3共集电极、共基极与多级放大电路的安装与调试任务4负反馈放大电路的安装与调试任务5场效应管放大电路的安装与调试任务1半导体三极管的识别与检测91

学习目标1．能正确识别各种半导体三极管。2．了解半导体三极管的内部结构，掌握其图形符号的画法。3．掌握半导体三极管各极电流之间的关系。4．掌握半导体三极管输入、输出特性曲线，能根据输出特性计算放大倍数。5．掌握半导体三极管主要参数的含义，能正确选择半导体三极管。6．能用万用表正确判断半导体三极管各引脚，并能熟练判断半导体三极管的好坏。92半导体三极管是由半导体材料制作而成的电子元件，简称晶体管或三极管，它是组成各类放大电路的核心元件。三极管除起放大作用外，还经常作为电子开关使用。三极管的种类很多，按照使用材料不同，可以分成硅管和锗管；按照结构不同，可以分成NPN型和PNP型三极管；按照功率大小，可以分成小功率三极管（耗散功率1W以下）和大功率三极管；按照工作频率不同，可以分成高频管（工作频率大于3MHz）和低频管；按照三极管在电路中用途的不同，可分成普通三极管、开关三极管等。常用三极管的外形如下图所示。93

任务引入本任务就是学习三极管的结构、工作原理及主要参数，并学会如何检测三极管。常用三极管的外形94一、三极管的结构与类型在一块半导体材料上，同时制造出两个距离很近的PN结，就形成一个三极管。它是一种三层结构的半导体元件，有三个电极，分别为发射极（E）、基极（B）、集电极（C）；有两个PN结，分别为发射结、集电结；有三个区，分别为发射区、基区、集电区。根据内部结构的不同，三极管分成PNP型和NPN型两种，它们的基本结构类似，使用时只有供电极性和电流方向不同。目前，硅NPN型三极管的应用最为广泛。95

相关知识1．PNP型三极管的结构与符号PNP型三极管的结构如图a所示。其图形符号如图b所示，三极管的文字符号为V或VT。96PNP型三极管结构与图形符号a）PNP型三极管结构b）PNP型三极管图形符号2．NPN型三极管的结构与符号在N型半导体的中间“插入”一片P型半导体，就形成了NPN型三极管，它的结构与图形符号如图所示。97NPN型三极管结构与图形符号a）NPN型三极管结构b）NPN型三极管图形符号98二、三极管的工作条件三极管的结构看似对称，但为了使三极管能正常工作，其结构有以下三个主要特点：一是三极管的基区很薄，一般只有几微米到十几微米；二是发射区的掺杂浓度比基区高；三是集电区的面积比较大。这称为三极管的内部条件。由于三极管在结构细节上存在上述特点，所以其发射极和集电极并不能交换使用。当三极管作为放大元件使用时，它的发射结必须加正向电压，而集电结必须加反向电压，即发射结正偏，集电结反偏，如图所示，这称为三极管电流放大的外部条件。99三极管放大电路a）NPN型三极管放大电路（VC>VB>VE）b）PNP型三极管放大电路（VC<VB<VE）三、三极管的电流放大作用1．三极管三个电极电流之间的关系三极管电流的测量电路如图所示。三极管电流的测量电路100通过测量可知，无论是NPN型三极管，还是PNP型三极管，它们的发射极电流

IE、基极电流

IB、集电极电流

IC

之间都满足以下关系：IE=IC+IB因为电流

IB

很小，所以可近似认为：IE≈IC1012．三极管基极电流的控制作用通过实验可以发现，三极管中电流

IB

很小，但只要电流

IB

有很小的变化，就会引起电流

IE

和

IC

的大幅变化，这就是通常所说的三极管的放大作用。因为三极管本身并不产生能量，根据能量守恒定律，能量不可能凭空产生，所以三极管放大的实质，可以理解为较小的基极电流对较大的集电极电流的控制作用。102四、三极管的特性曲线三极管的特性曲线描述的是三极管各极电流和各电压之间的关系，它直接反映三极管的性能。三极管的特性曲线分为输入特性曲线和输出特性曲线，测试电路如图所示。103三极管特性曲线测试电路1．三极管的输入特性曲线三极管的输入特性曲线是指当

UCE

为某一定值时，加在三极管基极与发射极间的电压

UBE

和基极电流

IB

之间的关系曲线。三极管的输入特性曲线和二极管的正向特性曲线基本相同，如图所示，因为它们反映的都是PN结两端电压与通过电流的关系。104三极管的输入特性曲线从上图中还可以看出，三极管的输入特性曲线的起始段并不是直线，即

UBE

和

IB

并不是线性关系，而为了使放大器的输出信号不失真，要求输入信号工作在输入特性曲线的线性段，所以三极管工作时，要有合适的偏置电压，否则将产生非线性失真。1052．三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线是指当三极管基极电流

IB

为定值时，集电极电流

IC

和集电极与发射极间电压

UCE

之间的关系曲线。经过实验可得，某三极管的输出特性曲线如图所示。106三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线可以分成三个区域，分别是饱和区、截止区和放大区（见上图），所以三极管有三种工作状态，分别是饱和状态、截止状态和放大状态。当三极管工作在饱和区时，它的集电结和发射结都正偏，此时的

UCE

称为三极管的饱和电压，用

UCES

表示。一般情况下，小功率锗管的饱和电压为0.1V左右，小功率硅管的饱和电压为0.2～0.3V。当三极管工作在截止区时，它的集电结反偏，发射结反偏或发射结电压小于开启电压，基极电流为零。当三极管工作在放大区时，它的发射结正偏，集电结反偏。1073．晶体管特性图示仪晶体管特性图示仪是测量晶体管的专用仪表，它的型号众多但基本结构相同，主要由集电极扫描发生器、基极阶梯发生器、同步脉冲发生器、X

轴电压放大器、Y

轴电流放大器、显示屏、电源及各种控制电路等组成，适用于各种半导体三极管、二极管、场效应管、晶闸管、稳压二极管等元件的测试，可以通过显示屏显示出半导体元件的各种特性曲线。如图所示为WQ4832型晶体管特性图示仪，晶体管特性图示仪的使用方法请查阅其说明书。108WQ4832型晶体管特性图示仪109110五、三极管的主要参数1．三极管的电流放大倍数（1）共发射极交流电流放大倍数

β共发射极交流电流放大倍数是指三极管有交流输入信号时，集电极电流的变化量ΔIC

和基极电流的变化量ΔIB

的比值，即：111（2）共发射极直流电流放大倍数

共发射极直流电流放大倍数是指三极管无交流输入信号时，集电极电流

IC

和基极电流

IB

的比值，即：三极管的共发射极交流电流放大倍数和直流电流放大倍数含义不同，但在数值上相差不大，实际应用中都可以用

β

表示。三极管的放大倍数一般为几十至三百多（达林顿管放大倍数更高），放大倍数太小表示三极管的放大能力弱，放大倍数太大则会导致不稳定，所以三极管的放大倍数并不是越大越好。2．三极管的极间反向电流（1）集电极—基极反向饱和电流

ICBO集电极—基极反向饱和电流

ICBO

是指发射极开路且三极管C、B之间加反向电压时，测得的反向电流，该值越小越好。由于

ICBO

由少数载流子产生，所以受温度的影响较大。（2）集电极—发射极反向饱和电流

ICEO集电极—发射极反向饱和电流

ICEO

又称为穿透电流，是指基极开路且三极管C、E之间加一定电压时的电流，该值越小越好。由于

ICEO

也是由少数载流子产生，所以它也会受温度的影响。1123．三极管的极限参数（1）集电极最大允许电流

ICM当集电极电流

IC

过大时，三极管的

β

值会降低，一般规定

β

值下降到额定值的2/3时的

IC

值为集电极最大允许电流

ICM。（2）集电极—发射极反向击穿电压

U（BR）CEO集电极—发射极反向击穿电压

U（BR）CEO

是指当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。113（3）集电极最大允许耗散功率

PCM集电极电流

IC

流经集电结时将产生热量，使三极管温度升高，从而引起其参数变化。三极管因受热而引起的参数变化不超过允许值时的最大集电极耗散功率，称为集电极最大允许耗散功率

PCM。PCM

是三极管在一定的散热条件下测得的，所以三极管在使用时要加装合适的散热片。三极管是半导体元件，而半导体元件受温度的影响较大，当温度上升时，三极管的

UBE

会下降，β、ICBO、ICEO

将上升。114115六、三极管的识别与检测1．三极管各引脚的识别三极管的引脚排列方式很多，其因外壳封装形式的不同而不同。对于采用TO18、TO39封装形式的三极管，识别其引脚时应面对管底，由定位标志起，按顺时针方向，引脚依次为发射极E、基极B、集电极C，如图所示。TO18、TO39封装三极管的引脚排列116采用TO218、TO220封装形式的三极管的引脚排列如图所示。面对三极管正面（型号打印面），引脚向下，左边为基极B，中间为集电极C，右边为发射极E。和它采用类似封装形式的有TO3PN、TO3PL、TO247、TO202等三极管，它们除外形尺寸有一定的差异外，引脚的排列形式相同。TO218、TO220封装三极管的引脚排列117采用TO3封装形式的三极管的引脚排列如图所示。它的外壳为集电极C，面对管底，使引脚B、E位于右侧，则上面的引脚为基极B，下面的引脚为发射极E。TO3封装三极管的引脚排列118采用TO92封装形式的三极管的引脚排列方式有TO92A、TO92B、TO92C三种，

如图所示。它们的外形完全一致，但引脚排列不同，即使是相同型号的三极管，也有此三种不同的封装形式。TO92封装三极管的引脚排列1192．用万用表判断三极管引脚（1）用数字式万用表判断三极管引脚用数字式万用表判断三极管的引脚时，量程选择开关放置在

挡。为便于介绍，将测量时万用表显示“1”的状态定义为“不通”，显示几百数字的状态定义为“通”。测量一般分成两个步骤。120两次测量都通a）第一次测量b）第二次测量1）判断基极和管型。先假设其中一个引脚是基极，用万用表的红表笔接触它，再用黑表笔分别接触另外两个引脚，可能出现三种情况：①两次测量都通，如图所示。此时，红表笔接的是基极，三极管为NPN型。121两次测量中一次通、一次不通a）第一次测量b）第二次测量②有一次测量通，另一次测量不通，如图所示，说明假设错误，红表笔接的不是基极。122两次测量都不通a）第一次测量b）第二次测量③两次测量都不通，如图所示。此时，需交换红、黑表笔再次测量，即用黑表笔接触假设的基极，红表笔分别接触其他两个引脚。测量结果有两种情况：一是交换表笔后有一次测量通，另一次测量不通，则此次假设是错误的，黑表笔接的不是基极；二是交换表笔后的两次测量都通，则表示假设正确，黑表笔接的是基极，三极管为PNP型。1232）判断三极管的E、C极。将数字式万用表的量程选择开关放置在

挡，根据三极管管型，将其插入对应的测量孔中，如下图a所示。此时，三极管的基极和管型已经确定，不要插错。对于另外两个引脚，可先假设其中一个是E极，另一个是C极，读出数据；再将C、E极交换重新测量。两次测量中，有一次读数是几倍至十几倍，另一次读数为几十至几百倍，则数字大的一次假设是正确的。此时数字式万用表显示的数字为三极管的放大倍数。如下图b所示三极管的放大倍数为229倍。124判断三极管的E、C极a）三极管引脚插法b）三极管的放大倍数另外，也可以根据PN结导通时的压降来判断C、E极，一般三极管B、E间的正向压降（电阻）大于B、C间。125（2）用模拟式万用表判断三极管引脚用模拟式万用表判断三极管引脚时，使用万用表的R×100或R×1k挡进行测量，测量方法和步骤与用数字式万用表测量时相同。但要注意：在判断三极管管型时，数字式万用表和模拟式万用表的判断条件刚好相反。1263．三极管好坏的判断判断三极管好坏时，模拟式万用表使用R×100或R×1k挡，数字式万用表使用

挡，方法和判断二极管好坏的方法相同。因为三极管有两个PN结，所以需分别测量发射结和集电结是否有损坏，如果两个PN结都是好的，则三极管是好的；否则，说明三极管已损坏。三极管C、E引脚之间的正、反向电阻一般都是无穷大。1274．LCR晶体管测试仪测量三极管LCR晶体管测试仪测量三极管的画面如图所示，插孔1所接为发射极、插孔2所接为基极、插孔3所接为集电极，三极管为NPN型，其放大倍数为345倍，UBE

为0.76V，IC

为7.4mA。测量三极管128七、三极管的命名国产三极管是根据使用的半导体材料和用途等进行命名的，具体命名方法见下表。国产三极管的命名方法任务2共发射极放大电路的安装与调试129

学习目标1．掌握共发射极放大电路的组成和各元件的作用。2．能画出电路的直流通路和交流通路。3．能计算共发射极放大电路的静态工作点、放大倍数、输入和输出电阻。4．能正确安装、调试共发射极放大电路。5．进一步掌握万用表、信号发生器、示波器的使用方法。130用话筒唱歌时，动圈话筒只有5mV左右的输出电压，而推动扬声器发声需要几伏甚至几十伏的电压，话筒的小信号必须通过一个装置进行放大，这就是放大器，放大器的核心电路是放大电路。根据输入信号、输出信号和三极管的连接方法不同，三极管放大电路分为共发射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路三种。其中，共发射极放大电路是最常用的一种放大电路。本任务的重点是掌握共发射极放大电路的分析方法，并完成共发射极放大电路的安装与调试。131

任务引入一、共发射极放大电路的组成及原理共发射极放大电路如图所示，如前所述，三极管要有放大作用，必须满足发射结正偏、集电结反偏的要求。132

相关知识共发射极放大电路a）单电源共发射极放大电路b）共发射极放大电路的习惯画法1331．共发射极放大电路的组成共发射极放大电路由三极管、偏置电阻、输入电容、输出电容、电源等组成。三极管V是放大电路的核心元件，起放大作用；RB

为基极偏置电阻，为发射结提供正向偏置电压，保持发射结正偏；RC

为集电极负载电阻，为集电结提供反向偏置电压，同时将集电极电流的变化量变换成集电极电压的变化量；C1、C2为耦合电容，在电路中起“隔直通交”的作用，为了保证交流信号能无损通过电容器，电路中耦合电容的容量需足够大，对于交流信号而言，电容器相当于短路；RL

是负载电阻。图中“”符号为信号的公共端，也称为“信号地”。1342．符号使用规定三极管放大电路中，交流量、直流量共存，为了避免混淆，对电压和电流符号的使用做以下规定：（1）直流分量用大写变量和大写下标表示，如基极的直流电流为

IB。（2）交流分量用小写变量和小写下标表示，如基极的交流电流为

ib。（3）总瞬时值用小写变量和大写下标表示，如基极电流的总量为

iB。（4）交流有效值用大写变量和小写下标表示，如基极交流电流的有效值为

Ib。1353．共发射极放大电路的工作原理由于电容器对于交流信号相当于短路，实际上输入信号

ui

就是加在三极管的基极与发射极之间。输出信号

uo

是从电容器C2的负极和信号地之间引出，即从三极管的集电极和发射极之间引出。由于输入信号和输出信号都使用了三极管的发射极作为信号的地线（公共端），所以该电路称为三极管共发射极放大电路。136当交流信号

ui

接入电路后，交流信号

ui

和直流偏置电压

UBE

相加，形成

uBE，而

uBE

的变化会引起

iB

的变化，iB

经过三极管被放大

β

倍得到

iC，RC

将iC

的变化转化为

uCE

的变化，uCE

通过耦合电容C2时，滤除了其中的直流分量，输出纯交流信号

uo。输出信号

uo

在幅度上较输入信号

ui

将有几十倍甚至上百倍的变化，这就是共发射极放大电路的工作原理。二、共发射极放大电路分析1．直流通路和交流通路在三极管放大电路中，直流量与交流量共存。由于电容器、电感器等元件的存在，电路中的直流分量与交流分量将流经不同的通路。为了分析电路方便，将直流分量流经的路径称为直流通路，交流分量流经的路径称为交流通路。画直流通路时，将电路中所有的电容器视为开路，电感器视为短路，电阻与电源保留。画交流通路时，当电路信号频率不太低时，将电路中所有的电容器、电源视为短路，电感器视为开路，电阻保留。1372．估算静态工作点在放大电路中，输入信号

ui

为零时的电路状态称为电路的静态。此时的

IB、UBE、IC、UCE

称为电路的静态工作点（Q

点），分别用

IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ

表示。分析电路静态工作点需使用直流通路，如下图所示。调整电路中的RB、RC

的阻值或

VCC

的大小，都可以使静态工作点发生变化，但在实际电路中通常是通过调整RB

的阻值来调整电路的静态工作点，所以电路中的RB

常采用可变电阻器。138139共发射极放大电路静态工作点的分析140由于PN结的导通电压几乎为一定值（硅管为0.6～0.8V，锗管为

0.2～0.3V），所以在三极管放大电路计算中，硅管的

UBEQ

以0.7V估算，锗管的

UBEQ

以0.2V估算。电路的静态工作点用以下公式计算：3．估算电路的放大倍数、输入和输出电阻及增益分析放大电路的放大过程和交流参数，必须以交流通路为依据。下面以如图所示共发射极放大电路为例进行介绍。141共发射极放大电路a）单电源共发射极放大电路b）共发射极放大电路的习惯画法142（1）电压放大倍数输出电压和输入电压的比值称为放大倍数，它是描述放大电路放大能力的重要指标。当放大电路不接负载电阻时，放大器的放大倍数

Au

为：放大电路接负载电阻时，放大器的放大倍数

Au

为：143式中，负号表示输出信号的相位和输入信号的相位相反，即它们在相位上相差180°；R′L为电路的总负载电阻，且

R′L=RL//RC；rbe

为三极管的输入电阻，当输入为低频小信号时，

，IEQ

单位为mA。144（2）电路的输入电阻放大器对于前级信号源而言，依然是一个负载，它要从信号源中获取部分能量。其输入电阻是放大器输入端对交流分量而言的动态电阻，此电阻越大，从前级信号源获取的能量就越小，有利于减小前级信号源的负担，所以一般要求输入电阻大一些为好。输入电阻的计算公式如下：ri=RB//rbe（3）电路的输出电阻放大电路对负载而言也是一个信号源，其输出电阻是放大器输出端对交流分量而言的动态电阻，输出电阻越小，放大器的带负载能力越强。输出电阻

ro=RC//rce，由于

rce>>RC，所以输出电阻

ro≈RC。一般要求输出电阻小一些为好。145（4）电路的增益放大电路的电压放大倍数、电流放大倍数、功率放大倍数经常用增益来表示，增益的单位为分贝（dB），规定如下：电压增益Gu=20lgAu（dB）电流增益Gi=20lgAi（dB）功率增益GP=10lgAP（dB）146计算增益时的放大倍数采用绝对值。用增益表示放大倍数可以简化运算，有时也是电子电路分析中的特定要求。下表列出了常用电压放大倍数和增益的关系，供计算时查用。147常用电压放大倍数和增益的关系4．图解分析法图解分析法是另一种分析放大电路的方法，它是在三极管的输入特性曲线和输出特性曲线的基础上，利用作图的方法求解电路。图解分析法的直观性强，可以通过所作图形直接反映出电路的静态工作点是否合适、电路是否存在失真。下面仍以如图所示电路为例，介绍图解分析法。148共发射极放大电路a）单电源共发射极放大电路b）共发射极放大电路的习惯画法（1）静态工作点分析1）输入回路的静态分析分析电路的直流通路可得，直流偏置电压

UBE

和基极电流

IB、电源电压

VCC、基极偏置电阻

RB

的关系如下：UBE=VCC

－IBRB149该方程称为直流偏置方程。在三极管输入特性曲线坐标系中作直流偏置方程的直线，交输入特性曲线于“Q”点，该点就是电路的静态工作点。从

Q

点分别向纵坐标轴和横坐标轴作垂线，就可得到

IBQ

和

UBEQ，如图所示，图中

IBQ

约为35μA，UBEQ

约为0.7V。150共发射极放大电路输入回路静态分析2）输出回路的静态分析根据方程

UCE=VCC

－

ICRC，在三极管输出特性曲线坐标系中作出相应的直线，该直线称为直流负载线，其与

IBQ

所在特性曲线的交点就是静态工作点

Q，从

Q

点分别向纵坐标轴和横坐标轴作垂线，就可得到

ICQ

和

UCEQ，如图所示，图中

ICQ

约为3.5mA，UCEQ

约为5V。151共发射极放大电路输出回路静态分析（2）动态分析1）输入回路的动态分析由静态分析可知，IBQ

为35μA，UBEQ

为0.7V，ICQ

为3.5mA，UCEQ

为5V。假设在电路的输入端输入一交流信号

ui=0.02sinωtV，由于

UBEQ

为0.7V，所以

uBE=（0.7+0.02sinωt）V，它的值将在0.68～0.72V之间变化，通过作图可以得到

iB

在20～50μA之间变化，如图所示。152153共发射极放大电路输入回路动态分析2）输出回路的动态分析在图中的纵坐标轴上取（0，VCC/R′L），横坐标轴上取（VCC，0），连接这两点作一条辅助线，然后再过

Q

点作辅助线的平行线，得到的直线就是交流负载线，如下图所示。154共发射极放大电路输出回路静态分析155共发射极放大电路输出回路动态分析156交流负载线和

IB=20μA、IB=50μA对应曲线分别有一个交点，从这两个交点分别向纵坐标轴作垂线就得到了

iC

的动态范围，分别向横坐标轴作垂线就得到了

uo

的变化范围。从图中可以看出，输出电压的最大值约为1.5V，而输入电压的最大值是0.02V，所以电路的放大倍数约为：比较输出信号和输入信号，可以发现它们在相位上相差180°，即输入信号与输出信号反相。（3）电路的失真电路的静态工作点对电路的影响很大，当工作点设置偏低时，电路易出现截止失真，如图a所示；当工作点设置太高时，又会产生饱和失真，如图b所示。157电路的失真a）截止失真b）饱和失真158在实验中有时还会看到波形上、下都失真的现象，即既发生了截止失真又发生了饱和失真，此情况是输入信号的幅度太大造成的，说明此时的电路和输入信号不匹配，需重新设计电路参数。当静态工作点设置在交流负载线的中心位置时，可以获得最大的动态范围，可放大的输入信号的幅度也最大。但在实际应用中，在保证输出信号不失真的前提下，静态工作点应尽量小一点，以减小电路的功耗。三、分压式偏置共发射极放大电路需要采用能自行稳定工作点的放大电路，如图所示，该电路称为分压式偏置共发射极放大电路。电路中，RB1

为上偏置电阻，RB2

为下偏置电阻，RE

为发射极电阻，CE

为交流旁路电容，RC

为集电极电阻，C1、C2为耦合电容。为了使交流分量不受损耗，电路中电容器的容量应足够大。159分压式偏置共发射极放大电路1．直流通路和交流通路分压式偏置共发射极放大电路的直流通路如图a所示，交流通路如图b所示。160分压式偏置共发射极放大电路的直流通路与交流通路a）直流通路b）交流通路1612．静态工作点的估算首先计算

UBQ，由于在电路设计时，已通过适当选择RB1

和RB2

的阻值，使流过偏置电阻RB1

的电流

I1>>IBQ，所以

UBQ

约为

VCC

在RB2

上的分压：发射极电流为：162因为

IEQ≈ICQ，所以集电极电流为：基极电流为：发射极与集电极之间的电压为：UCEQ=VCC－ICQ（RC+RE）1633．电压放大倍数与输入、输出电阻的估算电路的电压放大倍数的计算方法和简单偏置放大电路相同，即：输入电阻

ri

为：ri=RB1//RB2//rbe输出电阻

ro

为：ro≈RC1644．静态工作点的稳定过程在实际工作时，三极管的静态工作点会受到多种因素的影响，其中温度变化是一种常见的现象。当温度升高时，三极管的

β

值会变大，从而导致

ICQ

上升，即电路的静态工作点产生漂移，此时电路静态工作点的稳定过程如下：任务3共集电极、共基极与多级放大电路的安装与调试165

学习目标1．掌握共集电极基本放大电路的组成及各元件的作用。2．能计算共集电极放大电路的静态工作点、放大倍数、输入和输出电阻。3．了解共基极放大电路的组成。4．掌握多级放大电路的组成和三种耦合电路的特点。5．能分析多级放大电路的工作原理，并计算其主要性能指标。6．能正确安装、调试共集电极放大电路与多级放大电路，熟悉电路的简单维修方法。166三极管放大电路有三种连接方法，前面任务2分析了共发射极放大电路，本任务将介绍共集电极放大电路和共基极放大电路。共集电极放大电路的电压放大倍数约为1倍，但电路的电流放大倍数很高，其输出电压和输入电压同相，输入电阻高，输出电阻低，常用于输入级、输出级和缓冲级。共基极放大电路有电压放大作用，但无电流放大作用，输出电压和输入电压同相，输入电阻低，输出电阻高，频率特性好，常用于高频放大电路中。167

任务引入由于单个三极管组成的放大电路的放大能力是有限的，实际应用中为了获得更大的放大倍数，常将单个放大器串联起来组成多级放大电路。本任务将通过安装、调试共集电极放大电路与多级放大电路，熟悉共集电极放大电路和多级放大电路的特点和应用。168一、共集电极、共基极放大电路1．共集电极放大电路的组成共集电极放大电路如下图所示，图中RB

是三极管的基极偏置电阻，为发射结提供正向偏置电压，保证发射结正偏；RE

为发射极电阻，将发射极电流转变成电压；C1、C2为耦合电容，在电路中起“隔直通交”的作用；电路的集电极直接和电源相连，放大后的信号从发射极与地之间输出。169

相关知识170共集电极放大电路2．共集电极放大电路分析根据电路直流通路和交流通路的画图原则可得，上图所示共集电极放大电路的直流通路如图所示，交流通路如图所示。171共集电极放大电路的直流通路共集电极放大电路的交流通路172（2）电路分析1）静态工作点根据上面左图所示直流通路可得，共集电极放大电路的静态工作点计算公式如下：1732）电压放大倍数当接负载电阻

RL

时，电路的电压放大倍数

Au

为：式中，R′L=RE//RL。因为

rbe<<（1+β）R′L，所以

Au≈1。3）输入电阻ri=RB//［rbe+（1+β）（RE//RL）］4）输出电阻3．共基极放大电路共基极放大电路如图所示，输入信号从发射极和基极输入，输出信号从基极和集电极输出。图中，RB1、RB2

为电路的偏置电阻，RE

为发射极电阻，CB

为交流旁路电容，RC

为集电极电阻，C1、C2为耦合电容。174共基极放大电路上图所示共基极放大电路的直流通路如图所示，交流通路如图所示。175共基极放大电路的直流通路共基极放大电路的交流通路176从直流通路可以看出，共基极放大电路的直流通路和共发射极放大电路的直流通路相同，其静态工作点的计算方法和共发射极放大电路静态工作点的计算方法相同，这里不再赘述。共基极放大电路动态分析时的计算公式如下。（1）电压放大倍数式中，R′L=RC//RL。177（2）输入电阻（3）输出电阻ro=RC共基极放大电路具有较大的电压放大倍数，输入电阻很小，输入信号和输出信号同相。二、多级放大电路1．多级放大电路的耦合方式（1）阻容耦合如下图所示为阻容耦合两级放大电路，它是利用电阻和电容把前级和后级连接起来。输入信号通过三极管V1放大后，在其集电极输出，再经过耦合电容C2，把信号电压送到三极管V2的基极。由于电容器有“隔直通交”的作用，所以仅有交流信号可以通过电容器耦合到下一级，直流信号则不能通过。阻容耦合的多级放大电路的前、后级静态工作点相互独立，不会相互影响。178179阻容耦合两级放大电路（2）变压器耦合如图所示为变压器耦合两级放大电路，其前、后两级是利用变压器进行信号传输的。由于变压器具有“隔直通交”作用，所以，和阻容耦合电路一样，电路中也只有交流信号可以传输到下一级，前、后级静态工作点互不影响。180变压器耦合两级放大电路（3）直接耦合由于直流信号无法利用变压器耦合或阻容耦合方式传递，所以，在放大直流信号或变化缓慢的交流信号时，需要采用直接耦合方式，如图所示。前级输出端和后级输入端直接连接在一起，这样不但交流信号可以通过，直流信号也可以通过。181直接耦合两级放大电路2．多级放大电路分析多级放大电路的电压放大倍数等于各级放大电路的电压放大倍数之积，电路的输入电阻为第一级放大电路的输入电阻，输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻。在计算、分析多级放大电路时，后级放大电路的输入电阻为上一级放大电路的负载电阻，其他计算方法和单级放大电路相同。182任务4负反馈放大电路的安装与调试183

学习目标1．理解反馈的概念，掌握反馈的分类和判断方法。2．掌握负反馈对电路性能的影响。3．能正确安装负反馈放大电路。4．能正确使用信号发生器和示波器对负反馈放大电路进行动态测试。184反馈几乎无处不在，人们走路时能避开所有的障碍物，是因为有视觉信号的不断反馈，如果闭上双眼，走路就可能会撞墙。再比如跟着耳机音乐唱歌的人，他们的歌声常会使周围的人捧腹大笑，这是因为他们不能及时得到自己歌声的反馈信号，而“越跑越远”。在电子电路中，也常采用反馈来提高电路的性能，可以说实际应用电路中几乎都要引入各种各样的反馈。本任务的内容是安装、调试负反馈放大器，体会负反馈对于改善放大电路性能指标的重要性。185

任务引入一、反馈的概念放大器的反馈是指在电子电路系统中，将电路输出量（输出电压或电流）的一部分或全部通过一定的路径送回到输入回路，从而调整放大电路输入量（输入电压或电流）大小的过程，引入反馈的放大电路称为反馈放大电路。反馈放大电路由基本放大电路、反馈网络两个部分组成，如图所示。186

相关知识反馈放大电路的框图二、反馈的判断1．反馈的分类反馈的类型很多，根据输出端取样信号性质的不同，可分为电压反馈和电流反馈两种类型。反馈信号取自输出的电压量，即反馈量与输出电压成正比的反馈，称为电压反馈