电子技术教学教案133

《电子技术》电子教案项目一直流稳压电源的制作教学设计项目五直流稳压电源的制作课程类型理论+实训课程性质职业能力基础平台课程本次类型理论+体验授课教师夏继军班级机电专业学期2本次课时6h累计课时30h教学周6周理论课时3h课堂体验1h课外作业2h实训要求4人/组考评方式模块检测+课堂体验教学内容项目一直流稳压电源的制作任务一识别与检测半导体二极管一、半导体基本知识二、半导体二极管任务二组装、测试整流电路一、单相半波整流电路二、单相桥式整流电路任务三组装、测试滤波电路一、电容滤波电路二、电感滤波电路三、其他滤波电路任务四组装、测试稳压电路一、并联型稳压电路二、串联型稳压电路三、固定输出集成稳压电路四、可调输出集成稳压电路教学目标知识目标了解二极管的结构、主要参数；掌握二极管的伏安特性；掌握整流电路的类型、特点和工作原理；掌握滤波电路的类型、特点和工作原理；掌握稳压电路的类型、特点和工作原理。技能目标能掌握二极管的主要性能参数并对二极管进行识别和质量鉴定。会对整流电路、滤波电路、稳压电路进行组装和测试。教学重点及难点教学重点：二极管的结构、主要参数；二极管的伏安特性。教学难点：整流电路的类型、特点和工作原理；滤波电路的类型、特点和工作原理；稳压电路的类型、特点和工作原理。解决办法：课堂教学结合实物、现场演示、课堂体验综合讲解。教学方法及手段教学方法：实施直观导入法；案例教学法。教学手段：实物演示；教学板书；录像插件；电子课件。教学资源：相关的精品课程；网络教学资源等。教学内容任务一识别与检测半导体二极管一、半导体的基本知识

电子电路是由晶体管组成，二晶体管是由半导体制成的。从导电性能上看，通常可将物质分为三大类：导体、绝缘体和半导体。通常将很容易导电、电阻率小于Ω•cm的物质，称为导体；将很难导电、电阻率大于Ω•cm的物质，称为绝缘体；将导电能力介于导体和绝缘体之间、电阻率在Ω•cm～Ω•cm范围内的物质，称为半导体。1.本征半导体本征半导体是化学成分纯净、物理结构完整的半导体晶体。半导体在物理结构上有多晶体和单晶体两种形态，制造半导体器件必须使用单晶体，即整个一块半导体材料是由一个晶体组成的。制造半导体器件的半导体材料纯度要求很高，要达到99.9999%以上。2.杂质半导体为了提高半导体的导电能力，在本征半导体中掺入微量的杂质元素，这种掺杂后的半导体成为杂质半导体。根据掺入杂质元素的性质不同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两大类。3.PN结

自由电子和空穴都要从各自浓度高的区域向浓度低的区域扩散，在N型半导体和P型半导体的交界面两侧形成了一个很薄的区域通常称为“空间电荷区”，也称之为“PN”结。二、半导体二极管1.二极管的类型和结构在一个PN结的两端加上电极引线并用外壳封装起来，就构成了半导体二极管。半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管。二极管按其结构的不同可以分为点接触型和面接触型两类。2.二极管的伏安特性二极管既然是一个PN结，它必然具有单向导电性。其伏安特性曲线如图8所示。所谓伏安特性，就是指加到二极管两端的电压与流过二极管的电流的关系曲线。二极管的伏安特性曲线可分为正向特性和反向特性两部分。3.二极管的主要参数二极管的特性除用伏安特性曲线表示外，还可用一些数据来说明，这些数据就是二极管的参数。各种参数都可从半导体器件手册中查出。任务二组装、测试整流电路一、单相半波整流电路

利用二极管的单向导电特性，将正负交替的正弦交流电压变换成单方向的脉动电压的电路，称为整流电路。根据交流电的相数，整流电路分为单相整流、三相整流电路等。在小功率电路中(1kW以下)一般采用单相整流电路。常用的单相整流电路有单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。其中尤以单相桥式整流电路用得最为普遍。1.电路组成及工作原理单相半波整流电路如图1所示。图1单相半波整流电路利用二极管的单向导电性，在变压器二次电压为正的半个周期内，二极管正向偏置，处于导通状态，负载上得到半个周期的直流脉动电压和电流；而在为负的半个周期内，二极管反向偏置，处于截止状态，负载中没有电流流过，负载上电压为零。由于二极管的单向导电作用，将变压器二次的交流电压变换成为负载两端的单向脉动电压，达到整流目的，其波形如图2所示。因为这种电路只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，所以称为单相半波整流电路。2.主要参数(1)直流电压和直流电流(2)二极管参数的计算（3）波纹系数二、单相桥式全波整流电路1.电路组成及工作原理单相桥式整流电路应用最广，采用四个整流二极管，组成桥式电路，如图3(a)所示。常将图中的四个二极管电路称为整流桥。图3(b)采用了整流桥符号的电路图。图3单相桥式整流电路2.主要参数整流电路的输出电压是脉动的直流电压，直流电压的大小用其平均值来衡量。由于则有式中——变压器二次电压的有效值。整流电路的输出电流的平均值为由于在每个周期中，四个整流二极管分为两组，轮流导通。所以流过每个二极管的平均电流厶是总负载电流的一半当正向偏置的二极管导通时，另外两个二极管承受反向电压而截止。其承受的最高反向电压为(忽略二极管的导通压降)，即=由分析可得，流过变压器二次电流是交流电流。其有效值为上述几个公式是分析、设计整流电路的重要依据。也是选择电源变压器和整流二极管参数的重要依据。任务三组装、测试滤波电路一、电容滤波电路

单相半波和桥式整流电路的输出电压中都含有较大的脉动成分，除了在一些特殊场合可以直接应用外，不能作为电源为电子电路供电，必须得采取措施减小输出电压中的交流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。这种措施就是采用滤波电路，将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波通常是利用电容器或电感器的能量存储功能来实现的。滤波电路一般由电容器、电感器、电阻器等元件组成。利用电容两端电压不能突变的特点，把电容和负载电阻并联使输出电压波形平滑而实现滤波的功能。另外利用电感也可以实现滤波功能。常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路、复式滤波电路等。1.电路组成及工作原理图1为单相桥式整流及电容滤波电路。在分析电容滤波电路时，要特别注意电容器两端电压Hc对整流组件导电的影响，整流组件只有受正向电压作用时才导通，否则便截止。图1电容滤波电路电流、电压波形图二、电感滤波电路电感滤波电路。由于通过电感的电流不能突变，用一个大电感与负载串联，流过负载的电流也就不能突变，电流平滑，输出电压的波形也就平稳了。其实质是因为电感对交流呈现很大的阻抗，频率愈高，感抗越大，则交流成分绝大部分降到了电感上，若忽略导线电阻，电感对直流没有压降，即直流均落在负载上，达到了滤波目的。图2带电感滤波器的桥式整流电路电感滤波电路如图2所示。在这种电路中，输出电压的交流成分是整流电路输出电压的交流成分经和分压的结果，只有>>时，滤波效果才好。一般小于全波整流电路输出电压的平均值，如果忽略电感线圈的铜阻，则。虽然电感滤波电路对整流二极管没有电流冲击，但为了使值大，多用铁心电感，但体积大、笨重，且输出电压的平均值更低。L越大，滤波的效果越好，电感滤波器主要适用于负载电压较低、负载电流较大以及负载变化较大的场合。三、型滤波电路如果要求输出电压的脉动更小，可采用型滤波或型滤波电路如图3和图4所示。图3型滤波电路图4型滤波电路型滤波电路即在滤波电路的前面并联一个滤波电容。这样，滤波效果滤波电路更好，但的充电对整流二极管的冲击电流较大。电路的基本原理可按前述相同的方法进行分析。

电感线圈体积大且笨重，成本较高，所以在负载电流很小的场合也可用电阻代替型滤波电路中的电感线圈，构成型滤波电路。它的原理没有大的变化，同样利用和对整流后电压中交直流分量的不同分压作用来实现滤波。电阻与电容及配合以后，使交流分量较多地降在电阻两端(因为电容的交流阻抗很小)，而较少地降落在负载电阻上，从而起到滤波作用。越大，越大，交流滤除效果就越好。但是，电阻只对交直流电压分量均有问样的电压降作用，太大，将使直流压降增大。所以这种滤波电路中的值取得不大，它只适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动较小的场合。任务四组装、测试稳压电路通过整流滤波电路所获得的直流电源电压是比较稳定的，但是当电网电压波动或负载电流变化时，输出电压会随之改变。电子设备一般都需要稳定的电源电压。如果电源电压不稳定，将会引起直流放大器的零点漂移，交流噪声增大，测量仪表的测量精度降低等。为了得到更加稳定、可靠的直流电源，需要在整流滤波环节的后面加接稳压电路，从而使直流电源的输出电压尽可能不受交流电网电压波动和负载变化的影响。稳压电路的指标分为两大类。一类为特性指标，用来表示稳压电路的规格，有输入电压、输出电压和输出功率等；另一类为质量指标，用来表示稳压性能。我们主要学习以下几种稳压电路。一、并联型稳压电路

由硅稳压管组成的稳压电路如图1所示，为限流电阻，稳压管作调整元件的与负载并联，又称为并联型稳压管稳压电路。经整流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压，输出电压。图1并联型稳压电路在这种电路中，不论是电网电压波动还是负载电阻的变化，稳压管稳压电路都能起到稳压作用，因为基本恒定，而。1.电路组成及工作原理（1）设不变，电网电压升高使升高，导致升高，而。根据稳压管特性，当升高一点时，将会显著增加，这样必然使电阻上的压降增大，吸收了的增加部分，从而保持不变。反之亦然。（2）设电网电压不变，当负载阻值增大时，减小，限流电阻上压降将会减小。由于，导致升高，即升高，这样必然使显著增加。由于流过限流电阻的电流为，这样可以使流过上的电流基本不变，导致压降基本不变，则也就保持不变，反之亦然。硅稳压管稳压电路是利用稳压管两端电压的微小变化来调节其电流较大的变化，通过改变电阻上压降，从而使输出电压基本维持稳定。在实际使用中，这两个过程是同时存在的，而两种调整也同样存在。因而无论电网电压波动还是负载变化，都能起到稳压作用。2.稳压电路参数(1)限流电阻的选择(2)稳压管参数的确立。二、串联型稳压电路串联型稳压电路可以使输出电压稳定，但稳定值不能随意调节，而且输出电流很小，由限流电阻的取值范围公式可知，，而一般只有20~40mA。为了加大输出电流，使输出电压可调节，常用串联型晶体管稳压电路，如图2所示。图2串联型稳压电路三、固定输出集成稳压电路集成稳压器是将串联稳压电路的基准电压、比较放大器、调整管、采样电路及外加的限流、截流保护电路等集成在一块芯片上，并用金属完成塑料壳封装的固体组件。由于调整管与负载串联且调整管工作在线性区域，故又称线性集成稳压电路。常用的三端集成稳压器，只有输入、输出及公共端三个引脚，在使用时具有外接元件少、使用方便、性能稳定、价格低廉等优点，因而得到广泛的应用。按输出电压是否可调，三端集成稳压器可分为固定式和可调式。四、可调输出集成稳压电路三端可调输出集成稳压器是指输出电压可调节的稳压器，其性能优于三端固定式集成稳压器。该集成稳压器也分为正负电压稳压器，正电压稳压器为CW117系列（CW117、CW217、CW317），负电压稳压器为为CW137系列（CW137、CW237、CW337）。其内部结构与三端固定式稳压电路相似，所不同的是3个端分别为输入端、输出端及调整端ADJ。图9所示为其外形和引脚图。在输出端及调整端ADJ之间为1.25V的基准电压，从调整端流出电流很小，=50。图9可调输出集成稳压器任务小结了解半导体二极管的种类，熟悉各种二极管的名称，了解不同类型的二极管的作用，掌握用万用表检测二极管的方法，对各种二极管进行正确的测量。分析整流电路、滤波电路、稳压电路的工作原理。能进行组装并测试整流电路、滤波电路、稳压电路的性能，能根据电路的要求选择合适的二极管。项目二扩音器的制作教学设计项目五扩音器的制作课程类型理论+实训课程性质职业能力基础平台课程本次类型理论+体验授课教师夏继军班级机电专业学期2本次课时6h累计课时30h教学周6周理论课时3h课堂体验1h课外作业2h实训要求4人/组考评方式模块检测+课堂体验教学内容项目一扩音器的制作任务一识别与检测半导体三极管一、三极管的结构、分类及电特性二、三极管的电流放大作用三、三极管的输入和输出特性四、三极管的参数五、温度对三极管的影响任务二组装与测试基本放大电路一、放大电路的基本概念二、放大电路的基本分析方法三、放大电路静态工作点的稳定四、共集和共基放大电路五、场效应管放大电路任务三组装与测试多级放大电路一、多级放大电路的耦合二、多级放大电路的动态分析任务四制作与测试差动放大电路一、零点漂移二、差动放大电路的组成及特点三、差动放大电路的输入和输出方式四、差动放大电路的输入信号五、差动放大电路的动态性能指标任务五制作与测试放大电路中的负反馈一、反馈的类型与作用二、反馈类型的判断三、负反馈放大电路的4种基本组态四、负反馈对放大器性能的影响五、放大电路中引入负反馈的一般原则任务六制作与测试功率扩音器一、功率放大电路概述二、几种功率放大器的介绍三、乙类功率放大电路的失真及消除方法四、OCL甲乙类互补对称功率放大电路五、采用复合管的改进型OCL电路教学目标知识目标了解三极管的结构、主要参数等基本知识，会检测和选用三极管；理解基本放大电路的组成及工作原理，会对基本放大电路进行组装与测试；掌握基本多级放大电路、差动放大电路的组装与测试；会制作与测试放大电路中的负反馈及功率扩音器；会对扩音器进行整机装配、调试和检修。技能目标能掌握三极管的主要性能参数并对三极管进行识别和质量鉴定。会对基本放大电路、多级放大电路、差动放大电路等进行组装和测试。教学重点及难点教学重点：半导体三极管的结构，各种三极管的名称，不同类型的三极管的作用及电特性，掌握用万用表检测三极管的方法，对各种三极管进行正确的测量，并对其质量做出评价。教学难点：对基本放大电路、多级放大电路、差动放大电路等进行组装和测试。解决办法：课堂教学结合实物、现场演示、课堂体验综合讲解。教学方法及手段教学方法：实施直观导入法；案例教学法。教学手段：实物演示；教学板书；录像插件；电子课件。教学资源：相关的精品课程；网络教学资源等。教学内容任务一识别与检测半导体三极管一、三极管的结构、分类

半导体三极管又称晶体三极管，简称三极管，它是在上世纪40年代发展起来的最重要的一种半导体器件，用于各类放大电路中。其功能是放大、混频和光电转换等。它具有体积小、重量轻、耗电省、寿命长、工作可靠等一系列优点，应用十分广泛。它的放大作用和开关作用促进了电子技术的飞跃发展。常见的三极管如图1所示。图1几种常见的三极管外形图二极管有一个PN结，三极管有两个PN结，但三极管绝对不是两个二极管的组合，而是通过特殊的工艺将三块P型和N型半导体结合在一起形成了两个PN结。三极管的特性是通过特性曲线和工作参数来分析研究的。1．三极管的结构在同一硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就构成了三极管。按P区和N区的不同组合方式分为NPN型三极管和PNP型三极管，2.三极管的分类三极管种类很多，主要有以下几种分类方式：a．按结构类型分为NPN型管和PNP型管；b．按制作材料分为硅管和锗管；c．按制作工艺分为合金管和平面管；d．按工作频率分为高频管和低频管；e．按功率大小分为大功率、中功率和小功率三极管。目前NPN型管多数为硅管，PNP型多数为锗管。NPN型三极管应用最为广泛。二、三极管的电流放大作用为了了解晶体管的电流分配和电流放大原理，先来做一个实验。实验电路如图3所示，基极电源电压、基极电阻、基极b和发射极e组成输入回路。集电极电源、集电极电阻、集电极c和发射极e组成输出回路。发射极是公共电极。这种电路称为共发射极电路。图3NPN型三极管中载流子的运动电路中＜，电源极性如图3所示。这样就保证了发射结加的是正向电压(正向偏置)，集电结加的是反向电压(反向偏置)，这是晶体管实现电流放大作用的外部条件。调整电阻，则基极电流、集电极电流和发射极电流都会发生变化。基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化。也就是说，基极电流对集电极电流具有小量控制大量的作用，这就是晶体管的电流放大作用(实质是控制作用)。1．发射区向基区扩散电子2．电子在基区扩散和复合3．集电区收集从发射区扩散过来的电子三、三极管的输入和输出特性三极管的特性曲线是描述各电极电流和电压之间的关系曲线，它反映了三极管各电极电压与电流之间的关系。由于三极管有三个电极，在使用时用它组成输入回路和输出回路，因此有输入特性曲线和输出特性曲线之分。下面就最常用的NPN型三极管共射极特性曲线来进行讨论。1．输入特性曲线输入特性是指当集电极与发射极间电压为某一常数时，三极管输入回路中电流和电压之间的关系曲线。其函数表达式为2．输出特性曲线输出特性曲线反映的是以基极电流厶为参变量，集电极电流和管压降之间的关系。其表达式为四、三极管的主要参数三极管的参数是用来表征三极管性能优劣和适用范围的，它是选用三极管的依据。了解这些参数的意义，对于合理使用和充分利用三极管达到设计电路的经济性和可靠性是十分必要的。1．电流放大系数、2．极间反向电流3．极限参数五、温度三极管的影响1．温度对的影响：当温度升高时，三极管的输入特性曲线向左移，在相同的条件下，将会减小。2．温度对的影响：当温度升高时，和会增大，从而使三极管的输出特性曲线上移。3．温度对的影响：当温度升高时，输出特性曲线的间距增大，三极管的值增加，温度每升高1℃，值就增加0.5%～1%。任务二组装与测试基本放大电路一、放大电路的基本概念放大电路是由三极管、电阻器、电容器及电源等一些元件组成的。基本放大电路一般是指由一个三极管或场效应管组成的放大电路。基本放大电路的作用是将信号源输出的信号按负载的要求进行电压、电流、功率的放大，即利用三极管的放大和控制作用，把电源的能量转换为变化的输出量，而这些输出量的变化是与输入量的变化成比例的。1.共发射极基本放大电路的组成以三极管为核心的基本放大电路，输入信号ui从三极管的基极和发射极之间输入，放大后输出信号uo从三极管的集电极和发射极之间输出，发射极是输入、输出回路的公共端，故称该电路为共发射极基本放大电路。图3共发射极基本放大电路2.基本放大电路的工作原理半导体三极管具有电流放大作用，即基极电流的微小变化可引起集电极电流较大的变化。给放大电路加入了输入信号电压后，三极管基极电流发生变化，三极管集电极将基极电流放大了倍，实现了电流放大的目的，放大电路把集电极电流的变化通过转化成电压的变化。这样输出电压的幅值就远大于输入电压的幅值，从而实现了电压放大的目的。基本共发射极放大电路的电压、电流波形如图4所示。图4基本共发射极放大电路的电压、电流波形二、放大电路的基本分析方法1.静态分析静态情况下放大器各直流电流的通路称为放大器的直流通路。画直流通路的原则是：耦合电容、旁路电容视为开路；电感视为短路。这样可得单管共射放大电路的直流通路。（1）估算法（2）图解法2.动态分析为了分析放大电路的动态工作情况，计算放大电路的放大倍数，要按交流信号在电路中流通的路径画出交流通路。画交流通路的原则是：耦合电容、旁路电容视为短路；由于直流电压源对交流的内阻很小，也可看作短路。这样可得图6(b)的交流通路。（1）图解法（2）放大电路的非线性失真（3）微变等效电路法三、放大电路静态工作点的稳定1．静态工作点稳定的必要性静态工作点不但决定了电路是否产生失真，而且还影响着电压放大倍数和输入电阻等动态参数。实际上，电源电压的波动、元件老化以及因温度变化所引起的晶体管参数变化，都会造成静态工作点的不稳定，从而使动态参数不稳定，有时甚至造成电路无法正常工作。在引起Q点不稳定的诸多因素中，温度对晶体管的影响是最主要的。2．温度对静态工作点的影响（1）．温度对的影响（2）．温度对的影响（3）．温度对β的影响3．静态工作点稳定的典型电路设置了合适的静态工作点，还希望它在工作时能稳定。但由于晶体管的参数受温度影响很大，晶体管参数的离散性也很大。这样，在环境温度变化或更换管子等情况下，都会引起原来工作点的变化，影响放大电路的正常工作。因此，需要在电路结构上采用一定的措施来稳定工作点。四、共集和共基放大电路1．共集放大电路（1）电路组成图15共集电极放大器（2）电路的静态分析和动态分析a)直流通道图b)交流通道图c)微变等效电路图16共集电极放大器2．共基放大电路共基极放大器的电路如图17(a)所示。图中、称为上、下偏置电阻,是集电极直流负载电阻，是发射极电阻（作用是稳定静态工作点），是基极交流旁路电容，、是耦合电容。输入回路由三极管的发射极和基极组成，输出回路由集电极和基极组成，基极为公共端。a)电路图b)直流通道图c)交流通道图图17共基极放大器五、场效应管放大电路场效应管（简称FET）又称单极型三极管，属于电压控制型半导体器件。其主要特点是输入电阻非常高，可达108～109Ω。另外还有噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已广泛应用于各种电路之中。场效应管组成放大器时也必须工作在放大状态，因此也需要有直流偏置电路部分。场效应管根据结构的不同，有结型场效管（JFET）和金属-氧化物-半导体场应管（MOSEET）两种类型。MOS场效应管具有制造工艺简单、占用芯片面积小、器件特性便于控制以及成品率高、成本低、功耗小等优点，因而广泛应用于集成电路中，特别是在大规模和超大规模集成电路中得到广泛的应用。任务三制作与测试多级放大电路通过前面学习的几种单级放大电路。我们了解到在一般情况下，放大器的输入信号都很微弱，一般为毫伏或微伏级，输入功率常在1mW以下。从单级放大电路的放大倍数来看，仅几十倍到一百多倍，输出的电压和功率都不大。为推动负载工作，必须把几个单级放大电路连接起来，逐级放大微弱信号，方可在输出端获得必要的电压幅值或足够的功率。由几个单级放大电路连起来的电路就称为多级放大电路。图1多级放大电路的组成框图一、多级放大器的耦合

在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式称为耦合。耦合方式有阻容耦合、直接耦合和变压器藕合3种，如图2所示。前两种只能放大交流信号，后一种既能放大交流信号又能放大直流信号。(a)直接耦合(b)阻容耦合(c)变压器耦合图2多级放大电路的耦合方式多级放大电路的各单元电路，除了对信号逐级进行放大之外，还担任与信号源配合、驱动实际负载等任务。1.阻容耦合2．直接耦合3．变压器耦合二、多级放大电路的动态分析电感滤波电路多级放大电路在分析时其方法与单级放大电路基本相同，一般采用微变等效电路法分析。但将多级放大电路整体作微变信号模型分析，因电路复杂，相当麻烦，并且各级放大电路之间的关系也不清楚，所以一般不予以采用。1．电压放大倍数2．输入电阻和输出电阻任务四制作与测试差动放大电路一、直接耦合放大电路的零点漂移

零点漂移现象图4-1直接耦合放大电路零点漂移是直接耦合放大电路存在的一个特殊问题，如图4-1所示的直接耦合放大电路。所谓零点漂移指的是放大电路在输入端短路(即没有输入信号输入）时用灵敏的直流表测量输出端，也会有变化缓慢的输出电压产生，称为零点漂移现象，如图4-2所示。零点漂移产生的信号会逐级间传递，经过多级放大后，在输出端成为较大的信号。如果有效信号较弱，存在零点漂移现象的直接耦合放大电路中，漂移电压和有效信号电压混杂在一起被逐级放大，当漂移电压大小可以和有效信号电压相比时，则很难在输出端分辨出有效信号的电压。在漂移现象严重的情况下，往往会使有效信号“淹没”，使放大电路不能正常工作。因此，必须找出产生零漂的原因和抑制零漂的方法。a测试电路b输出电压的波形图4-2零点漂移现象零点漂移产生的原因产生零点漂移的原因很多，主要有三个方面：一是由于电源电压的波动，将造成输出电压漂移；二是电路元件的老化，也将造成输出电压的漂移；三是半导体器件随温度变化而产生变化，也将造成输出电压的漂移。温度变化是产生零点漂移的主要原因，也是最难克服的因素。这是由于半导体器件对温度非常敏感，而温度又很难维持恒定造成的。当环境温度变化时，将引起晶体管参数VBE，β，ICBO的变化，从而使放大电路的静态工作点发生变化，而且由于级间耦合采用直接耦合方式，这种变化将逐级放大和传递，最后导致输出端的电压发生漂移。直接耦合放大电路的级数愈多，放大倍数愈大，则零点漂移愈严重，并且在各级产生的零点漂移中，第l级产生零点漂移影响最大，因此，减小零点漂移的关键是改善放大电路第1级的性能。抑制零点漂移的措施抑制零点漂移的措施具体有以下几种：（1）选用高质量的硅管。硅管的ICBO要比锗管小好几个数量级，因此目前高质量的直流放大电路几乎都采用硅管。（2）在电路中引入直流负反馈，稳定静态工作点。（3）采用温度补偿。补偿是指用另外一个元器件的漂移来抵消放大电路的漂移，例如，使用具有负温度系数的热敏电阻。如果参数配合得当，就能把漂移抑制在较低的限度之内。（4）采用调制手段，调制是指将直流变化量转换为其他形式的变化量，并通过漂移很小的阻容耦合电路放大，再设法将放大了的信号还原为直流成份的变化。这种方式电路结构复杂、成本高、频率特性差，实现这种方法成本投入较高。（5）采用差动放大电路。在集成电路内部应用最广的单元电路就是基于参数补偿原理构成的差动放大电路，抑制零点漂移比较常用的方法就是采用差动放大电路。二、典型差动放大电路的组成及特点典型的差动放大电路的组成图4-3典型差动放大电路差动放大电路又叫差分电路，它不仅能有效的放大直流信号，而且能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化而引起的零点漂移，因而获得了广泛的应用。典型的差分放大器电路如图4-3所示，它是由两个对称的放大器组合而成，一般采用正、负两个极性的电源供电。它分别有两个输入和输出端，具有灵活的输入、输出方式。差动放大电路的特点差动放大电路有以下几个特点：（1）差动放大电路对零漂在内的共模信号有抑制作用；（2）差动放大电路对差模信号有放大作用；（3）共模负反馈电阻Re的作用：①稳定静态工作点。②对差模信号无影响。③对共模信号有负反馈作用：Re越大对共模信号的抑制作用越强；也可能使电路的放大能力变差，负反馈我们将在下一章节讲到。在静态时，uil=ui2＝0，此时由负电源UEE通过电阻RE和两管发射极提供两管的基极电流。由于电路的对称性，两管的集电极电流相等，集电极电位也相等，即：IC1=IC2，UCQ1=UCQ2输出电压：Uo＝UCQ1-UCQ2=0因为VT1、VT2完全对称，当电源电压波动或温度变化时，两管同时发生漂移，由于电路的对称性，总有UCQ1=UCQ2，故Uo＝UCQ1-UCQ2仍为零。这就说明，零点漂移因相互补偿而抵消了。显然，这种差动放大电路两边的对称性越好，其抑制零漂的效果越好。三、差动放大电路的输入和输出方式差动放大电路可以有两个输入端：同相输入端和反相输入端。根据规定的正方向，在某输入端加上一定极性的信号，如果输出信号的极性与其相同，则该输入端称为同相输入端。反之，如果输出信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为双端输入；若信号仅从一个输入端加入，称为单端输入。信号的输出方式：差动放大电路可以有两个输出端：集电极C1和C2。从C1和C2输出称为双端输出；仅从集电极C1或C2对地输出称为单端输出。按信号的输入、输出方式，或输入端与输出端接地情况的不同，差动放大电路有四种接法：双端输入/双端输出；双端输入/单端输出；单端输入/双端输出；单端输入/单端输出；通过发射极电阻Re的耦合总可以将单端输入转化为双端输入，所以只需按照单端输出与双端输出两种形式来考虑差动放大器的放大功能。差动放大电路的四种接法见下图4-4所示。(a)双端输入双端输出(b)双端输入单端输出 (c)单端输入双端输出(d)单端输入单端输出图4-4差动放大电路的四种接法四、差动放大电路的输入信号在讨论差分放大器的性能特点时，必须首先区分差模信号和共模信号，因为差分放大器的主要性能特点就是体现在它对差模信号和共模信号具有完全不同的放大能力上。假设从差分放大器的两个输入端分别输入一对大小相等、极性相反的信号，则称它们为差模信号。这种输入方式称差模输入。假设从差分放大器的两个输入端分别输入一对大小相等、极性相同的信号，则称它们为共模信号。这种输入方式称共模输入。但实际加到差分放大器两个输入端的信号往往既非差模，又非共模，其大小和相位都是任意的。这种输入方式称为比较输入方式。在这种情况下，可将ui1，和ui2改写成下列形式若设ui1=10mV，ui2=4mV，即可改写成这样就把两个任意信号分解为一对共模信号和一对差模信号。其中，共模信号为两个输入信号的平均值，差模信号为两个输入信号的差值。以后经过进一步分析可以了解，输出信号电压的大小和相位只与这一差值有关，差分放大器的名称即由此而来。五、差动放大电路的动态性能指标差动放大电路的动态性能指标主要共模电压放大倍数，差模电压放大倍数，差模输入电阻及输出电阻，共模抑制比等。共模放大倍数Aud图4-5共模输入时的等效电路先求单端输出时的共模放大倍数。图4-5为输入共模信号电压时的等效电路，因两管电流同时增大△ic(△iC≈△iE)，所以公用电阻Re中的电流增量为△2iE，由此可得电压方程为所以，单端输出时的共模电压放大倍数为：当Re越大，Auc1越小，抑制共模信号的能力越强。而双端输出时，由于△UoC=△UoC1-△UoC2=0。所以差动放大电路在双端输出时，若电路参数完全对称，则共模电压放大倍数为零。差模放大倍数Aud图4-6差模输入时的等效电路输入差模信号时，一管集电极电流增加△Ic1≈△IE1,另一管集电极电流减少△iC2≈△IE2，在电路完全对称的条件下，一管电流的增加量必等于另一管的公共发射极电位恒定，即Re对差模信号不起电流负反馈作用，关于负反馈，我们将在后面的内容讲述。由此可见双端输入、双端输出的差模等效电路如图4-6所示。不考虑接入负载RL的情况，由等效电路得：输出电压为： 则差模电压放大倍数为：当在两个三极管集电极之间接入负载电阻RL时，由于输入差模信号使得一管集电极电位降低，另一管集电极电位升高，可认为RL中点处的电位保持不变，也就是说，在RL/2处相当于交流接地。当考虑RL时，上式可改为： 可见，双端输入、双端输出的差动放大电路的电压放大倍数与单管放大电路相同。即用成倍元器件为代价，换取对共模信号的抑制效果。差模输入电阻及输出电阻不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍即Rid=2(Rb+rbe)单端输出时，Ro=Rc双端输出时，Ro=2Rc共模抑制比KCMR所谓共模抑制比，就是差动放大电路的差模放大倍数与共模放大倍数之比的绝对值，即用分贝来表示，有共模抑制比是衡量差动放大电路性能优劣的重要指标之一。共模抑制比越大，说明放大电路对共模信号的抑制能力越强，电路受共模信号干扰的影响越小，放大电路质量越好。在理想状态下，差动放大电路两侧的参数完全对称，两管输出端的共模信号相等，则双端输出电路的共模电压放大倍数为0，共模抑制比KCMR=∞。单端输出时共模抑制比为任务五制作与测试放大电路中的负反馈一、反馈的类型与作用按极性不同，反馈分为正负反馈如果反馈信号与输入信号极性使净输入信号增强，叫正反馈，如图5-1所示；反馈信号起减小输入信号的作用，使净输入信号减小，叫负反馈，如图5-2所示。图5-1正反馈图5-2负反馈在放大电路中引入正反馈不仅不能稳定输出信号，还会进一步加剧输出信号的变化，甚至产生自激振荡而破坏放大电路的正常工作。因此在放大电路中较少使用正反馈，实际上，正反馈在放大电路中有很多应用，如振荡电路，电压-电流转换电路的等。负反馈在各种放大电路，常用于稳定工作点、稳定放大倍数和放大量，以及防止自激和补偿温度漂移等。按反馈信号的不同，反馈分为交流和直流反馈根据反馈信号本身的交直流性质可以分为直流反馈和交流反馈。如果反馈电路中参与反馈的各个电量都为直流成分则称为直流反馈，常用于稳定静态工作点；若反馈电路中参与反馈的各个电量都为交流成分则称为交流反馈，常用于改善放大电路的动态性能。在很多情况下交、直流两种信号反馈兼而有之。如图5-3所示为静态工作点稳定电路。如果旁路电容足够大使其两端的交流分量可以忽略则引入的直流反馈。直流反馈的作用是稳定静态工作点而对于放大电路的各项动态性能如放大倍数、通频带、输入输出电阻等等)没有影响。同时Re对交流信号同样具有负反馈作用各种不同类型的交流反馈将对放大电路的各项功能动态性能产生不同的影响用以改善电路技术指标的主要手段。图5-3静态工作点稳定电路按采样方式的不同，反馈分为电压和电流反馈若反馈信号直接取自输出端负载两端的电压称为电压反馈；若取的是电流，则是电流反馈。放大电路中引入电压反馈将使输出电压保持稳定其效果是减小了电路的输出电阻而电流负反馈将使输出电流保持稳定，因而增大输出电阻。图5-4电流反馈图5-5电压反馈从放大电路的输出端看反馈电压是取自输出电流(即流过RL的电流)故为电流反馈(图5-4)；从放大电路的输出端看反馈电流是取自输出电压故为电压反馈(图5-5)按叠加方式的不同，反馈分为串联和并联反馈。输入端与输入信号连接方式的不同，可确定是串联反馈还是并联反馈。反馈信号在输入端是以电压的形式出现，且与输入电压是串联起来加到放大器输入端，称为串联反馈；反馈信号在输入端是以电流的形式出现且与输入电流并联作用于放大器输入端，称为并联反馈。二、反馈类型的判断1.判断正反馈和负反馈正负反馈可采用瞬时极性法。即首先假设输入信号的瞬时极性为正，然后逐步推断各级放大电路中相关各点信号的瞬时极性，最后观察引入到输入回路中的反馈信号的瞬时极性是增加还是消弱了外加输入信号的作用。若反馈信号是增强了输入信号的作用，则为正反馈；若消弱了输入信号的作用则为负反馈。反馈是在晶体管电路中分析，则瞬时极性如下图5-6所示：图5-6晶体管瞬时极性对于三极管：基极b输入——集电极c输出为共射组态接法，彼此极性相反；基极b输入——发射极c输出为射极跟随，彼此极性相同。方法：反馈回基极，同性为正反馈，反馈回发射极，同极性为负。利用瞬时极性法判断负反馈与正反馈的步骤：a.设接“地”参考点的电位为零。b.若电路中某点的瞬时电位高于参考点（对交流为电压的正半周），则该点电位的瞬时极性为正；反之为负。c.若反馈信号与输入信号加在不同输入端（或两个电极）上，两者极性相同时，为负反馈；反之，极性相反为正反馈d.若反馈信号与输入信号加在同一输入端（或同一电极）上，两者极性相反时，为负反馈；反之，为正反馈。2.判断直流反馈与交流反馈判断直流反馈与交流反馈很简单，关键看和反馈元件串联或并联的电容。由于电容有“隔直通交”的作用，使得反馈信号中的交直流成分不同。如果反馈回路中有电容则为直流反馈，其作用为稳定静态工作点；如果回路中串连电容，则为交流反馈，改善放大电路的动态特性；如果反馈回路中只有电阻或只有导线，则反馈为交直流共存图5-7交流通路如图5-7所示交、直流分量的信号均可通过RE，所以RE引入的是交直流反馈。如果有发射旁路电容，RE中仅有直流分量的信号通过，这时RE引入的则是直流反馈。3.判断电压反馈与电流反馈判断电压反馈与电流反馈的方法为找输出。即根据放大电路标注的输出，确定直接输出端和间接输出端。若反馈元件直接接放大电路的输出端则为电压反馈；若反馈元件直接接间接输出端则为电流反馈。如图5-8所示。图5-8Rf为电压反馈Re为电流反馈4.判断串联反馈与并联反馈反馈的串并联类型是指反馈信号影响输入信号的方式即在输入端的连接方式。判断串联并联反馈最直接的方法是：若反馈元件的另一端与非输入端相连，则为串联反馈，如图5-9中的输入电压信号ube1和反馈信号uf=ue1。若反馈元件另一端直接与放大器输入端相连，则为并联反馈，如图5-10中的输入电流ib1和if的连接形式。综合一下就是反馈信号如果引回到输入回路的发射极即为串联反馈，引回到基极即为并联反馈。图5-9串联反馈图5-10并联反馈反馈类型判断记忆口诀：直接输出定电压，间接输出定电流，接在基极是并联，入了大地是串联，并联反馈写电流，串联反馈写电压。三、负反馈放大电路的4种基本组态负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用,虽然它使放大器的放大倍数降低，但能在多方面改善放大器的动态指标，如稳定放大倍数，改变输入、输出电阻，减小非线性失真和展宽通频带等。因此，几乎所有的实用放大器都带有负反馈。负反馈放大器的方框图图5-11负反馈方框图负反馈放大器有4种组态负反馈放大器有4种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈，电流并联负反馈。直流负反馈用于稳定静态工作点，一般无需分析它的组态。1）负反馈放大电路的4种组态及方块图2）4种负反馈的特点四、负反馈对放大器性能的影响提高增益的稳定性.加入负反馈后,放大器相应组态下的增益稳定性得到提高.电压负反馈稳定输出电压。电流负反馈稳定输出电流。1)放大器中加入电压串联负反馈后，其电压增益的稳定性得到提高，提高的程度与反馈深度有关。2)若放大器中加入电压并联负反馈后，其互阻增益的稳定性得到提高，提高的程度与反馈深度有关。3)若放大器中加入电流并联负反馈后，其电流增益的稳定性得到提高，提高的程度与反馈深度有关。4)若放大器中加入电流串联负反馈后，其互导增益的稳定性将得到提高，提高的程度与反馈深度有关。由上可知：放大器引入的反馈组态不同，稳定的增益形式也不同。减小非线性失真电路加入负反馈后一般可以比较明显的改善波形的非线性失真，如下图5-13示意图所示。但是要说明的是，负反馈只能减小由于器件本身的非线性引起的失真，而对于输入信号本身就有失真的情况无能为力。无反馈时(b)有反馈时图5-13负反馈减小非线性失真示意图扩展通频带BW加入负反馈后，电路的通频带将展宽。由于电路自身的增益带宽积是固定的，因此放大倍数将会减小。如图5-14所示。图5-14通频带展宽4、改变放大电路的输入电阻和输出电阻串联负反馈增大输入电阻；深度负反馈图5-15(a)2）并联负反馈减小输入电阻深度负反馈图5-15(b)3）电压负反馈减小输出电阻为负载开路时的源电压放大倍数。深度负反馈：图5-15(c)4)电流负反馈增大输出电阻；为负载短路时的源电压放大倍数。深度负反馈：负反馈对放大器性能的改善程度均图5-15(d)与反馈深度有关，越大改善程度越高,但是放大倍数下降越多。五、放大电路中引入负反馈的一般原则1．若需稳定某个量，则引入该量的负反馈。即稳定直流，引入直流反馈；稳定交流，引入交流反馈；稳定输出电压，引电压反馈；稳定输出电流，引电流反馈。2．依据对输入、输出电阻的要求寻则反馈类型。如若需提高输入电阻，则采用串联反馈；若需降低输入电阻，则采用并联反馈。3．若需反馈效果强，则根据信号源及负载确定反馈类型。即若信号源为恒压源，则采用串联反馈；若信号源为横流源，则采用并联反馈；若要求负载能力强，则采用电压反馈；若要求恒流源输出，则采用电流反馈。任务六制作与测试功率扩音器一、功率放大电路概述各种放大电路的主要任务是放大电压信号，而功率放大电路的主要任务则是尽可能高效率地向负载提供足够大的功率。功率放大电路也常被称作功率放大器，简称功放。功率放大电路的特点功率放大电路的任务是向负载提供足够大的功率，这就要求：（1）在不失真的前提下尽可能地输出较大功率由于功率放大电路在多级放大电路的输出级，信号幅度较大，功率放大管往往工作在极限状态。功率放大器的主要任务是为额定负载提供不失真的输出功率，同时需要考虑功率放大管的失真、功率放大管的安全(即极限参数、、)和散热等问题。（2）具有较高的效率由于功率放大电路输出功率较大，所以，效率问题是功率放大电路的主要问题。（3）存在非线性失真功率放大器中，功率放大器件处于大信号工作状态，由于器件的非线性特性，产生的非线性失真比小信号放大电路产生的失真严重许多，非线性失真常用非线性失真系数D表示。当输入信号为正弦波时，设输出信号的基波功率为，其他各次失真谐波分量的功率分别为、，则D定义为（4）采用图解法分析由于功率放大器件处于大信号工作状态，已不属于线性电路的范围，因此不能采用线性电路的分析方法，通常采用图解法对其输出功率、效率等性能指标作近似估算。功率放大电路的工作状态以晶体管的静态工作点位置分为：（图中AB为交流负载线，阴影部分为饱和区或截止区）图6-1功率放大器的三种工作状态甲类功放：Q点在交流负载线的中点，如图6-1(a)所示。电路特点：输出波形无失真，但静态电流大，效率低。（2)乙类功放：Q点在交流负载线和IB0输出特性曲线交点，如图6-1(b)所示。电路特点：输出波形失真大，但静态电流几乎等于零，效率高。甲乙类功放：Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处，如图6-1(c)所示。电路特点：输出波形失真大，静态电流较小，效率较高。此外，功率放大电路还可按信号频率分为低频功放、高频功放等。本章只讨论低频功放。二、几种功率放大器的介绍变压器耦合功率放大器（1）变压器耦合单管功率放大器电路如图6-2所示。与前面所讨论过的阻容耦合放大器相比，区别只在于将原来的RC换成了一只变压器。图6-2变压器耦合单管功率放大器变压器可以耦合交流信号，同时还具有阻抗变换作用。扬声器的阻抗一般都较小，利用变压器的阻抗变换作用，可以使负载得到较大的功率。这种电路工作于甲类工作状态，静态电流比较大，静态电流比较大，因此集电极损耗较大，效率不高，大约只有35％。一般用在功率不太大的场合。（2）变压器耦合乙类推挽功率放大器电路如图6-3所示。设功放管V1和V2特性完全相同。输入变压器Tr1将输入信号变换成两个大小相等、相位相反的信号，使V1、V2两管轮流导通，输出变压器Tr2完成电流波形的合成。在正弦信号激励下，ib1、ib2、ic1、ic2均为半个正弦波，iL为完整正弦波。这种电路结构对称，两只功放管轮流导通工作、互相补偿，故称为互补对称电路（或互补推挽电路）。图6-3变压器耦合乙类推挽功率放大器变压器耦合乙类推挽功率放大器的缺点是：变压器体积大，笨重，损耗大，频率特性差，且不便于集成化。互补对称功率放大器（1）单电源互补对称功率放大器（OTL）单电源互补对称功率放大电路如图6-4所示。当电路对称时，输出端的静态电位等于VCC/2。电容器CL串联在负载与输出端之间，它不仅用于耦合交流信号，而且起着等效电源的作用。这种功率放大电路称为无输出变压器互补功率放大电路（OutputTransformerLess），简称OTL电路。图6-4OTL功率放大电路（2）双电源互补对称功率放大器（OCL）双电源互补对称功率放大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6-5所示。V1为NPN型三极管，V2为PNP型三极管。两管的基极连在一起，作为信号输入端；发射极也连在一起，作为信号的输出端，直接与负载RL相连。要求V1和V2管的特性参数基本相同。两管接成射极输出器电路的形式是为了增强带负载能力。图6-5OCL基本原理电路（3）桥式推挽功率放大电路（BTL）桥式推挽功率放大电路（简称BTL电路）。该电路为单电源供电，且不用变压器和大电容。由特性对称的晶体管组成，静态时管子均处于截止状态，负载上的电压为零。BTL电路所用管子数量最多，难于做到管子特性理想对称；且管子的总损耗大，使得电路的效率降低；另外电路的输入和输出均无接地点，因此有些场合不适用。OTL、OCL和BTL电路各有优缺点，使用时应根据需要合理选择。三、乙类功率放大电路的失真及消除方法乙类功放的交越失真乙类互补对称功放电路存在一个缺点，就是输出电压存在失真。因为三极管的输入特性曲线上有一段死区电压，而该电路工作于乙类状态，基极偏置为零。当输入电压尚小而不足以克服死区电压时，三极管基本截止，在这段区域内，，在正负半波相交的地方出现了失真，称其为交越失真，如图6-6所示。图6-6乙类功放电路的交越失真消除交越失真的方法为避免乙类互补对称功放的交越失真，需要采用一定的措施产生一个不大的偏流，使静态工作点稍高于截止点，即工作于甲乙类状态。此时的互补功率放大电路如图6-7所示，在功放管V2、V3基极之间加两个正向串联二极管V4、V5，便可以得到适当的正向偏压，从而使V2、V3在静态时能处于微导通状态。图6-7消除交越失真的单电源互补功率放大电路四、OCL甲乙类互补对称功率放大电路电路组成及工作原理静态时，从+UCC经过R1、R2、D1、D2、R3到－UCC有一个直流电流，它在T1和T2管两个基极间所产生的电压为UB1B2＝UR2＋UD1＋UD2使UB1B2略大于T1管发射结和T2管发射结开启电压之和，从而使两只管子均处于微导通状态。另外静态时应调节R2，使发射极电位UE为0，即输出电压uO为0。分析计算，求输出功率、管耗、电源提供的功率及效率当输入电压足够大，且又不产生饱和失真时,电路最大输出电压等于电源电压减去晶体管的饱和电压，即（VCC－UCES）。负载电阻上通过的电流就是管子的发射极电流。（1）最大输出功率Po（2）管耗PT（3）直流电源提供的功率PV（4）效率η最大管耗PT1max与输出功率的关系功放管的选择五、采用复合管的改进型OCL电路功率放大电路的安全运行（1）功率管的安全工作区，受集电极允许的最大电流ICM，最大电压U(BR)CEO和最大功耗PCM以及二次击穿临界曲线的限制。（2）功率管的散热问题在一定的温度下，散热能力越强，晶体管允许的功耗PCM就越大；另一方面，环境温度Ta越低，允许的功耗PCM也越大。复合管的组成及其电流放大系数（1）复合管的组成原则a.在正确的外加电压下，每只管子的各级电流均有合适的通路，且均工作于放大区；b.应将第一只管子的集电极或发射极电流作为第二只管子的基极电流。c.后级管子的UBE不能将前级管子的UCE箝位；d.当使用FET构成复合管时，FET只能作为第一级；（2）复合管的电流放大系数采用复合管结构可使等效管的电流放大系数约增大到组成的各管的电流放大系数之积。复合管共射放大电路的动态分析及其特点（1）复合管共射放大电路的动态分析其动态分析方法与基本共射电路基本相同，只是复合管放大电路中的晶体管不只一个，应分别画出各晶体管的h参数等效模型，动态参数的计算也较为复杂。（2）复合管共射放大电路的特点电压放大倍数与单管时相当，但输入电阻明显增大。与单管放大电路相比，当输入信号相同时，从信号源索取的电流将显著减少。（3）四种类型的复合管等效形式图6-9四种类型复合管的等效形式甲乙类互补功率放大电路为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类,如图6-10所示。(a)利用二极管提供偏置电压(b)利用三极管恒压源提供偏置图6-10甲乙类互补功率放大电路准互补对称功率放大电路当输出功率较大时，输出级的推动级，即末前级也应该是一个功率放大级。此时往往采用复合管。复合管的极性由前面的一个三极管决定。由NPN-NPN或PNP-PNP复合而成的一般称为达林顿管。任务小结了解半导体二极管的种类，熟悉各种二极管的名称，了解不同类型的二极管的作用，掌握用万用表检测二极管的方法，对各种二极管进行正确的测量。分析整流电路、滤波电路、稳压电路的工作原理。能进行组装并测试整流电路、滤波电路、稳压电路的性能，能根据电路的要求选择合适的二极管。理解零点漂移产生的原因及抑制方法；掌握差动放大电路的组成与特点；理解差动放大电路的输入输出连接方式差异；理解差动放大电路的动态性能指标及其含义。理解反馈的原理；掌握反馈的类型判断方法；了解反馈对放大电路性能的影响；理解引入反馈的一般原则。理解功率放大电路与电压放大电路的不同；理解交越失真产生的原因；掌握消除交越失真的方法；理解OCL电路的工作过程；理解作图法辅助计算功率的方法。项目三小型家用空调温度控制器的制作与调试教学设计项目五小型家用空调温度控制器的制作与调试课程类型理论+实训课程性质职业能力基础平台课程本次类型理论+体验授课教师夏继军班级机电专业学期2本次课时6h累计课时30h教学周4周理论课时3h课堂体验1h课外作业2h实训要求4人/组考评方式模块检测+课堂体验教学内容项目五小型家用空调温度控制器的制作与调试任务一认识与检测运算放大器一、集成运算放大器二、理想集成运算放大器任务二制作与调试小型家用空调温度控制器一、集成运放的线性应用二、集成运放的非线性应用三、集成运放应用中要注意的问题教学目标知识目标了解集成运算放大器的组成及特点；理解零点漂移的产生原因及解决方法；理解虚短、虚短和虚地的概念；熟悉集成运算放大器的线性应用与非线性应用；掌握小型家用空调温度控制器的原理、制作及调试。技能目标能查阅相关资料识读集成运放的型号和引脚功能；能够组装与调试常用电子电路。教学重点及难点教学重点：集成运放的组成及各部分的作用；认识运放的符号，熟悉运算放大器的特点，并能检测运算放大器的性能好坏；集成运放的线性应用与非线性应用。教学难点：集成运放的非线性应用。解决办法：课堂教学结合实物、现场演示、课堂体验综合讲解。教学方法及手段教学方法：实施直观导入法；案例教学法。教学手段：实物演示；教学板书；录像插件；电子课件。教学资源：相关的精品课程；网络教学资源等。教学内容一、集成运算放大器

1.集成运放的特点（1）级间采用直接耦合方式在集成电路工艺中难于制造电感元件，制造容量大于200pF的电容也比较困难，因而放大器各级之间都采用直接耦合，必须使用电容的场合，也大多采用外接的方法。（2）电路结构和参数具有对称性由于集成电路中的各个元件是通过同一工艺过程制作在同一硅片上，同一片内的元件参数绝对值有同向的偏差，温度均一性好。（3）用有源器件代替无源器件集成电路中的电阻是由硅半导体的体电阻构成，阻值大约为100Ω-20KΩ，且阻值精度不高，因此常常用晶体管恒流源代替电阻（动态电阻）；必须使用直流高阻值的场合，也大多采用外接的方法。2.集成运放的组成与各部分的作用集成运算放大器一般由四部分组成，见图3-1所示。图3-1集成运放的组成框图（1）输入级：要求输入电阻大、差模放大倍数高、抑制零点漂移和共模干扰信号的能力强，大多采用采用两个端子的差分放大电路。（2）中间级：提供足够的电压放大倍数，一般采用有源负载的共射放大电路，本身还应有高的输入电阻，以减小对前级的影响。（3）输出级：与负载相接，为了提高电路驱动负载的能力，要求输出电阻小、带负载能力强，一般采用互补对称电路或射级输出器构成。（4）偏置电路：为各级放大电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点，大多数由恒流源电路组成，有的级（如输出级）也采用恒压源偏置。图3-2集成运放的符号3.集成运放的符号如图3-2所示。4.集成运放的主要参数集成运放内部电路实际上是一个直接耦合的多级放大电路，与其它电子器件一样，需对其静态和动态的性能参数进行研究，以下介绍几个最常用的性能指标。（1）差模电压放大倍数Aud（2）共模电压放大倍数Auc（3）差模输入电阻rid（4）输出电阻ro(5)共模抑制比KCMR(6)温度漂移（7）输入失调电压Uos和失调电流Ios二、理想集成运算放大器为了能够更简洁地分析集成运放电路，在大多数情况下将其视为理想的集成运放，即将集成运放的各项性能指标（参数）最优化。1.运放的理想化参数（1）开环电压放大倍数Aud=∞；（2）差模输入电阻rid=∞；（3）输出电阻ro=0；（4）共模抑制比KCMR=∞。实际上，集成运放的技术指标均为有限值，理想化后必然带来分析误差。但是在一般的工作中，这些误差都是允许的。而且，随着新型集成运放的不断出现，性能指标越来越接近理想值，误差也越来越小。本项目若无特别说明，均按理想运放对待。2.运放工作的两个区域及特点在集成运放应用电路中，运放的工作范围有两种情况：工作在线性区和工作在非线性区。线性区（引入负反馈）①虚短，即。这一特性称为理想运放输入端的“虚短”。②虚断。这一特性称为理想运放输入端的“虚断”。（2）非线性区（开环状态或者引入正反馈）①虚短不成立时，；时，②虚断理想运放工作在非线性区时，由于，而加到运放输入端的电压总是有限值，所以不论输入电压是差模信号还是共模信号，两个输入端的电流均为无穷小，即仍满足“虚断”的条件：。三、集成运放的线性应用当集成运放工作在线性区时，可以组成各类信号运算电路，主要有比例运算电路、加减法运算电路、微积分运算电路，其中比例运算电路是其他各种运算电路的基础。（一）反相比例运算放大电路1.电路组成图3-3所示为反相比例运算放大电路，输入信号经R1加入反相输入端，Rf为反馈电阻，把输出信号电压uo反馈到反相端，构成深度电压并联负反馈。由于集成运放工作在线性区，u+=u-、i+=i-，即流过R2的电流为零。则u+=0，u-=u+=0，说明反相端虽然没有直接接地，但其电位为地电位，相当于接地，是“虚假接地”，简称为“虚地”。“虚地”是反相输入式放大电路的重要特点。2.uo与ui关系及电压放大倍数Auf由虚断ii=if，即：得：则：式中Auf是反相比例运算电路的电压放大倍数，它是一个定值，只与电路外接电阻有关，而与集成运放本身参数无关；而且输出电压与输入电压大小成一定比例，极性相反，上述电路完成了对信号的反相比例运算，故称为反相比例运算放大电路。，当Rf=R1时，Auf=-1,即输出电压和输入电压的大小相等，相位相反，此电路称为反相器。静态时，为了使输入级的偏置电流平衡并在集成运放两个输入端的外接电阻上产生相等的电压降，以消除零漂，平衡电阻R2须满足R2=R1//Rf。（二）同相比例运算放大电路1.电路组成图3-4所示为同相比例运算放大电路，输入信号经R2加到集成运放的同相输入端，反相端经电阻R1接地，在输出端与反相端间有反馈电阻Rf，引入电压串联负反馈。R2仍为平衡电阻（R2=R1∥Rf）。2.uo与ui关系及电压放大倍数Auf由虚短和虚断得u+=u-=ui，说明在运放的两端引入了共模电压，因ii=if，即：整理得：则：通过上述公式可以看出，输出电压uo与输入电压ui同相且成一定比例变化，故称这种电路为同相比例运算放大电路。同相比例运算放大电路的闭环放大倍数Auf也仅取决于外围电路的电阻值，且大于1。图3-3反相比例运算放大电路图3-4同相比例运算放大电路在图3-4中如果把Rf短路(Rf=0)，把R1断开(R1→∞)，则：，即：此时电路构成电压跟随器，如图3-5所示。图3-5电压跟随器（三）加法运算电路1.反相加法运算电路反相加法运算电路如图3-6所示。两个输入信号均作用于集成运放的反相输入端。根据分析电路的两条重要结论，并利于“虚短”和“虚断”的概念，有式中负号是因为在反相端输入所引起的。若R1=R2=Rf，则输出电压的表达式变为uo=-(ui1+ui2) 。2.同相加法运算电路同相加法运算电路图3-7所示。两个信号ui1、ui2同时加到同相输入端，反相输入端外接电阻R接地，电阻Rf引回电压串联负反馈。运用叠加原理，根据两条重要结论，可求得：若R1=R2=R3，则:图3-6反相加法运算电路图3-7同相加法运算电路（四）减法运算电路图3-8为一减法运算电路。图3-8减法运算电路如果选取电阻值满足Rf//R1=R3//R2的关系，输出电压可简化为：当R1=R2时，则有：即输出电压uo与两输入电压之差（ui2-ui1）成比例，故称减法运算电路。（五）积分运算电路与微分运算电路积分运算和微分运算互为逆运算，在自控系统中，常用积分电路和微分电路作为调节环节；此外，他们还广泛应用于波形的产生和变换以及仪器仪表之中。1.积分运算电路积分运算电路可实现积分运算及产生三角波等，输出电压与输入电压呈积分关系。它是利用电容的充放电来实现积分运算的。如图3-9所示为积分运算电路，由“虚地”和“虚断”可得，输出电压为：图3-9积分运算电路2.微分运算电路图3-10所示为微分运算电路。图3-10微分运算电路上式表明，输出电压uo与输入电压ui的微分成正比，该电路实现了对输入信号求微分的运算，故称之为微分电路。RfC为微分时间常数，其值越大，微分作用越强；反之，微分作用越弱。由于微分电路对输入信号中的快速变化分量敏感，易受外界信号的干扰，尤其是高频信号干扰，因此使电路抗干扰能力下降。一般地，在电阻Rf上并联一个很小容量的电容器，以增强高频负反馈量，从而抑制高频干扰。四、集成运放的非线性应用(一)集成运放工作在非线性状态基本分析方法1.集成运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。2.集成运放工作在非线性状态的分析方法：时，（高电平输出）；时，（低电平输出）3.集成运放的非线性应用→构成电压比较器（二）单门限比较器用集成运放构成的单门限比较器有两种：反相输入的单门限比较器和同相输入的单门限比较器。下面以反相输入的单门限比较器为例来进行学习。1.电路组成如图3-11所示，将输入电压ui加在反相输入端，参考电压UR加在同相输入端，即可构成反相输入的单门限比较器。3-11反相输入的单门限比较器图3-12电压传输特性2.工作原理当，即时，（高电平输出）；当，即时，（低电平输出）。这样得到该电路的电压传输特性如图3-12所示。若图3-11中UR=0，则就变为过零比较器，如图3-13所示。过零比较器：其阈值电压UT=0，集成运放工作在开环状态，当输入电压小于0时，输出达到正最大；当输入电压大于0时，输出电压达到负最大。若要想获得输出电压跃变方向相反的电压传输特性，则应在电路中将反相输入端接地，而在同相输入端接输入电压。其电压传输特性如图3-14所示。该电路即可作为零电平检测器，也可用于“整形”，将不规则的输入信号的波形整形为规则的矩形波，也可实现波形的转换。例如，利用过零比较器将正弦波转化为方波，如图3-15所示。图3-13过零比较器3-14电压传输特性3-15正弦波变方波单门限电压比较器结构简单，灵敏多高，但是抗干能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。在此对它们不作要求。五、集成运放应用中要注意的问题在集成运算放大电路的应用中，会碰到一些实际问题，如果对这些问题不了解和不设法解决，使用起来将十分困难，甚至根本不能工作。这些问题主要是：偏差调整、保护措施及性能扩展等。1.偏差调整对一个单片集成运放，总是要求输入为零时，输出也为零。但在实际中往往做不到，主要原因是运放中第一级差动放大电路存在着失调电压和失调电流，以及使用过程中电路上某些不合理之处引起的。为了减小偏差电压，就要求：（1）失调电压、失调电流尽可能地小；（2）两个输入端的直流电阻一定要相等；（3）输入端总串联电阻（RS1、RS2）不能过大；（4）偏流应尽可能的减小。这几条减小偏差的要点是使用运放中十分重要的问题。实际运放都有偏差调整端子，如F007中的①、⑤端子，①、⑤端子之间往往接一个凋零电位器。这里要注意偏差调整电路（调零电路）仅能人为做到零输入时零输出，而温度变化产生的失调温漂并不能通过调零电路来消除。2.保护措施集成运放的电源电压接反或电源电压突变，输入电压过大，输出短路等，都可能运放造成运放损坏，因此，使用时必须采取适当的保护措施。（1）输入保护(2)电源极性错接保护（3）输出保护3.性能扩展实际运放的某些参数有时不能满足实际电路中的要求，如有时需要有较高的输入电阻、有时需要有较大的输出功率，有时需要高速低漂移等，这时就需要在现有集成运放的基础上，增加适当的外围电路进行功能改善。针对有关运放实际应用中的一些具体方法、措施可参阅有关详细资料。任务小结了解集成运算放大器的组成及特点，认识运放的符号，并理解理想运放的特点；通过认识与检测运算放大器，加深对集成运放的认识，并掌握检测试集成运算放大器性能好坏的方法。项目四函数信号发生器的制作与调试教学设计项目四函数信号发生器的制作与调试课程类型理论+实训课程性质职业能力基础平台课程本次类型理论+体验授课教师夏继军班级机电专业学期2本次课时6h累计课时30h教学周4周理论课时3h课堂体验1h课外作业2h实训要求4人/组考评