电工电子技术（少学时）（第6版）课件 第9-18章 低压控制电路 - DA、AD转换器

9.1

电工测量仪表的分类与型式9.1.1电工测量仪表的分类9.1.2电工测量仪表的型式9.1.3常用电工仪表的选择9.1.1电工测量仪表的分类1.

根据被测量的性质分类符号被测量仪表名称电流电流表电压表电压电功率电能毫安表千伏表功率表千瓦表电度表AkWVWmAkW·hkV微安表

A测量单位安培毫安微安伏特千伏瓦千瓦千瓦时2.

根据测量仪表的动作原理分类磁电式：整流式：电磁式：电动式：测量直流电压、电阻。测量交流电压、电流。测量电压、电流、电功率、功率因数、电能等。3.

根据测量仪表的电流种类分类直流仪表：交流仪表：交直流仪表：测直流量。测交流量。测交、直流量均可。（用或DC表示）（用~

或AC表示）（用

表示）~4.

根据测量仪表的准确度分类0.1级,0.2级,0.5级,1.0级,1.5级,2.5级和5.0级七级。0.1级,0.2级作标准仪表，用来校准其他仪表。0.5级,1.0级,1.5级,2.5级，实验室常用。9.1.2电工测量仪表的型式一、磁电式仪表1.磁电式仪表结构固定部分：1-马蹄型磁铁2-极掌3-圆柱形铁心活动部分：4-活动线圈5-半轴6-指针7-弹簧•FFNS2.磁电式仪表的工作原理

被测参数的电流流过活动线圈，载流线圈与磁场相互作用，线圈受力获得转矩，带动指针旋转。

指针偏转角度与被测参数的电流成正比，刻度均匀。磁电式仪表的转矩3.磁电式仪表的优缺点

优点：灵敏度高、准确度高、刻度均匀、功耗低。

缺点：只能测直流、结构复杂、成本低。被测电流二、电磁式仪表1.电磁式仪表结构2.排斥型电磁式仪表的工作原理

被测参数的电流流过固定线圈时，产生的磁场使固定铁片和可动铁片磁化，磁场相互作用使可动部分转动。带动指针旋转。优点：结构简单、价格低、能进行交、直流测量。缺点：刻度不均匀、准确度较差。固定部分：1-定线圈2-定铁片3-转轴活动部分：4-动铁片6-指针7-阻尼器5-游丝8-平衡锤三、电动式仪表1.电动式仪表结构1-定线圈2-动线圈3-指针4-阻尼器5-游丝6-外盒1234562.电动式仪表的工作原理

定圈中通I1时，建立磁场B1

I1，动圈中通I2时受力，产生转矩。··

··

·I1I1I2B1B1FF··

··

·I1I1I2B1B1FF电动式仪表的工作原理

电流I1、I2方向改变时，转矩方向不变。3.电动仪表的优缺点优点：能进行交、直流测量。缺点：能耗大、价格高、一般用来测功率。9.1.3常用电工仪表的选择1.仪表类型的选择

根据被测量选择相应类型的仪表。2.仪表准确度的选择

仪表准确度等级越高，其测量误差就越小，价格也越贵，因此，要根据实际情况和需要，合理选择。

仪表准确度等级

0.10.20.51.01.52.55.0基本误差%±0.1±0.2±0.5±1.0±1.5±2.5±5.0仪表的基本误差及准确度

3.仪表内阻的选择

根据被测量阻抗的大小选择合适内阻的仪表。

电压表内阻应尽量大；电流表内阻应尽量小。9.2

电流与电压的测量9.2.1电流的测量9.2.2电压的测量9.2.1电流的测量电流表应串联在被测电路中。扩大量程的方法：1.并联一个分流器（RfL)(磁电式仪表)A负载电源IIC+负载RC电源RfLIfL-IC与

I的关系为即量程扩大倍数测量机构电阻2.交流电流表通过电流互感器接入负载电源A钳型电流表

钳型电流表主要由电流互感器和电流表组成。可在不切断电路的情况下测量电流，使用方便。数字式钳型电流表9.2.2电压的测量电压表应并联在被测电路中。扩大量程的方法：1.串联一个附加电阻（Rfj)量程扩大m倍:RC--

测量机构电阻负载电源VIIC+RCRfjU-RRfj--

附加电阻电压表直接接入电压表的扩程2.交流电压表通过电压互感器接入负载电源V电压互感器9.3

功率的测量9.3.1单相交流和直流功率的测量9.3.2三相功率的测量**功率表U75V150V300VI2.5A5A9.3.1单相交流和直流功率的测量2—可动线圈1—固定线圈电动式功率表电路交流功率：直流功率：

两个线圈的始端（标以“”或“*”）负载+_**IUW单相功率表接线负载电源负载+_**IRfjU129.3.2三相功率的测量1.一表法2.二表法（三相对称负载）两表法测三相功率**UW1VWY接或Δ接**W2ZUZZVWN一表法测三相功率*W1*ZUUZVZWVWN*W1**W2**W3*3.三表法4.三相功率表法*三相功率表*VWUIUIWUVW读数为三相总功率9.4

万用表9.4.1模拟式万用表9.4.2数字式万用表万用表：可测量多种电量。按机构、原理分为：模拟万用表、数字万用表。9.4.1模拟式万用表

模拟式万用表主要为磁电式指针万用表，主要由表头、测量线路和转换开关组成，可用来测量直流电流、直流电压、交流电压和电阻等。YX360万用表共有18个档位，使用方法如下：使用方法YX360万用表外形1.

使用前调整调零旋钮，使指针指示在刻度尺零位。2.

利用转换开关，选择测量电量及量程。转换开关如：测量直流电压。

转换开关转到DCV区相应的量程上，红表笔插入“+”插孔，黑表笔插入“-”插孔，将表笔跨接在被测电路两端即可。200m1000DCACAPDCVACAACVOHM700200m2m200m200m200

20

2000P20M200hFEA10AV/

COMDT-890开关ONOFFPNPNPNLCD显示电容插孔输入插孔hFE插孔DT-890数字万用表面板示意图9.4.2数字式万用表量程转换开关优点：读数简单准确，功能多，测量速度快，输入阻抗高，功耗低等。电源开关一、数字式万用表的结构原理

核心是数字电压表(DVM)，只测直流电压，其他参数的测量先经过功能变换器。读数模拟输入计数器A/D转换Ω/V变换AC/DC变换I/U转换控制电路功能变换器DVM数字显示数字式万用表一般结构框图二、DT890数字式万用表使用方法测量范围：

交、直流电压，交、直流电流，电阻，电容，检查二极管的导电性能，测量晶体管的电流放大系数。

1.

电源开关使用时置于“ON”。

3.

表笔插入相应插孔，黑表笔插入“COM”；红表笔在测量电压和电阻时，插入“V/

”，测量电流时，插入“A”，被测电流大于200mA时，插入“10A”。

2.

转换开关根据被测的电量选择相应的功能位；按被测量的大小选择适当的量程。电阻200m1000DCACAPDCVACAACVOHM700200m2m200m200m200

20

2000P20M200hFEA10AV/

COMDT-890开关ONOFFPNPNPN200m1000DCACAPDCVACAACVOHM700200m2m200m200m200

20

2000P20M200hFEA10AV/

COMDT-890开关ONOFFPNPNPN200m1000DCACAPDCVACAACVOHM700200m2m200m200m200

20

2000P20M200hFEA10AV/

COMDT-890开关ONOFFPNPNPN4.

直接读出被测数据，当被测量超过最大指示值时，显示“1”

。例如：测量电阻，转换开关转到“OHM”选择适当的量程。读数为80欧姆。三、DT890数字式万用表使用注意事项

1.

严禁在测量高电压或大电流时拨动量程开关。

2.

被测交流电压、电流频率应在45HZ~500HZ的范围内。3.

严禁带电测量电阻。

4.

使用完毕，应将量程开关置于电压最高量程，再关闭电源。9.5

电度表及电能的测量9.5.1电度表及其接线方式9.5.2电能测量9.5.1电度表及其接线方式按工作原理分为:

感应式、电动式、磁电式。一、电度表的分类按接入电源的性质分为:

直流、交流电度表。按测量对象分为:

有功电度表、无功电度表。按测电源相数分为:

单相电度表、三相电度表。

1.

结构二、单相交流电度表的结构及接线主要组成部分有1-电压线圈2-电流线圈3-转盘4-转轴5-上轴承6-下轴承7-蜗杆8-永久磁铁9-磁轭及计量器、支架、外壳、接线端钮等组成。234567891

当电压线圈和电流线圈通过交变电流时，就有交变的磁通过转盘，产生电磁力，从而使转盘转动。计量器通过齿轮比，把电度表转盘的转数变为与之对应的电能指示值。234567891

2.

接线顺入式接线跳入式接线负荷相线

**中性线I+_U入出相线

**中性线I+_U负荷入出

与单相电度表相似，是把两套或三套单相电度表机构套装在同一轴上组成，只用一个“积算”机构。三、三相交流电度表的结构及接线

1.

结构

2.

接线负载

**

**UVWWh二元件电度表接线接线盒9.5.2电能测量

1.

单相有功电能的测量相线中性线入负载

**入出出接线盒直接接入法

当线路电流大于电度表允许电流时，必须通过电流互感器接入。被测电能为：W=KW读K：电流互感器变比。W读：电度表读数。

2.

三相有功电能的测量用一只单相电度表测其中一相，读数乘3。三相不对称负载：

用单相电度表测每一相，读数相加。或直接用三相电度表测量。三相对称负载：

当线路电流大和电压较大时，必须通过电流互感器和电压互感器接入。9.6

兆欧表及绝缘电阻的测量9.6.1兆欧表的工作原理9.6.2绝缘电阻的测量9.6.1兆欧表（摇表）的工作原理

主要结构：比率型磁电系测量机构、手摇直流发电机。

UG+-RURCI2I1Rj12“屏”“线”“地”手柄

测量原理：当U一定时，I1与Rj成反比，产生转动力矩M1，I2与Rj无关，产生制动力矩M2。

当两力矩平衡时，表针指示被测电阻值。被测电阻9.6.2绝缘电阻的测量

测量方法：1.将兆欧表平稳放置。

2.

将被测电阻接入。

3.

均匀（额定转速）摇动发电机。

4.

指针稳定后，读取数值即为被测绝缘电阻值。

注意事项：1.测量前要进行指针“0”、“

”位调整。

2.

要切断被测设备的电源，并接地放电。

3.测量时，表应远离大电流导体及磁场。

4.

手摇发电机在额定转速下一分钟后读数。

总结第9章

1.根据动作原理分为磁电式、整流式、电磁式、电动式测量仪表。可测量电压、电流、电功率、功率因数、电能等。3.电流表应串联在被测电路中，电压表应并联在被测电路中。4.功率的测量分为单相功率测量和三相功率测量，三相功率的测量有一表法、二表法、三表法及三相功率表测量方法。

2.根据测量仪表的准确度分为0.1级,0.2级,0.5级,1.0级,1.5级,2.5级和5.0级七级。5.万用表可测量多种电量。按机构、原理分为模拟万用表、数字万用表。6.电度表分为有功电度表、无功电度表，按被测电源相数分为单相电度表、三相电度表。7.兆欧表又称摇表，可测量电气设备的绝缘电阻。10.1

半导体的基本知识10.1.1半导体的导电特征10.1.2N型半导体和P型半导体10.1.1半导体的导电特征半导体—

导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体

—纯净的半导体。如硅、锗单晶体。载流子—自由运动的带电粒子。共价键—相邻原子共有价电子所形成的束缚。+4+4+4+4硅(锗)的原子结构Si284Ge28184简化模型+4惯性核硅(锗)的共价键结构价电子自由电子(束缚电子)空穴空穴空穴可在共价键内移动本征激发：复合：

自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。漂移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。

在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共价键以外)的运动空穴(在共价键以内)的运动半导体的导电特征IIPINI=IP+IN+–电子和空穴两种载流子参与导电

在外电场的作用下，自由电子逆着电场方向定向运动形成电子电流IN

。空穴顺着电场方向移动，形成空穴电流IP

。

结论:1.本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少；

2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；

3.本征半导体导电能力弱，并与温度、光照等外界条件有关。10.1.2N型半导体和P型半导体

本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力很弱。如果有控制、有选择地掺入微量的有用杂质（某种元素），将使其导电能力大大增强，成为具有特定导电性能的杂质半导体。一、N型半导体在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷。N型磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数

电子数+5+4+4+4+4+4正离子多数载流子少数载流子N型半导体的简化图示P型硼原子空穴空穴

—

多子电子

—

少子载流子数

空穴数一、P型半导体在硅或锗的晶体中掺入三价元素硼。+4+4+4+4+4+3P型半导体的简化图示多数载流子少数载流子负离子10.2PN结10.2.1PN结的形成10.2.2PN结的单向导电性10.2.1PN结的形成一、载流子的浓度差引起多子的扩散二、复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层)

空间电荷区特点:无载流子、阻止扩散进行、利于少子的漂移。三、扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流，

总电流I=0。内电场扩散运动：漂移运动：由浓度差引起的载流子运动。载流子在电场力作用下引起的运动。一、加正向电压(正向偏置)导通P区N区内电场+

UR外电场外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。I限流电阻扩散运动加强形成正向电流I

。I

=I多子

I少子

I多子二、加反向电压(反向偏置)截止P

区N

区

+UR内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IPN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;

反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流II

=I少子

010.2.2PN结的单向导电性10.3

二极管10.3.1二极管的结构10.3.2二极管的伏安特性10.3.3二极管的主要参数10.3.4二极管电路的分析10.3.1二极管的结构构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线

面接触型N型锗PN结

正极引线铝合金小球底座金锑合金平面型正极

引线负极

引线集成电路中平面型pNP型支持衬底10.3.2二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死区电压iD

=0Uth=

0.5V

0.1V(硅管)(锗管)U

UthiD急剧上升0

U

Uth

反向特性U(BR)反向击穿U（BR)

U

0iD

<0.1

A(硅)

几十

A

(锗)U<

U（BR）反向电流急剧增大(反向击穿)击穿电压反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：反向电场太强，将电子强行拉出共价键。雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。1.

IOM—

最大整流电流（最大正向平均电流）2.

URM—

最高反向工作电压，为U(BR)/2

3.

IRM—

最大反向电流（二极管加最大反向电压时的电流，越小单向导电性越好）10.3.3二极管的主要参数10.3.4二极管电路的分析一、理想二极管特性uDiD符号及等效模型SS正偏导通，uD=0;反偏截止，iD=0二、实际二极管uDiD例1

硅二极管，R=2k

，求出VDD=2V时IO和UO的值。（忽略二极管正的向工作电压）UOVDDIOR解：VDD=2V

IO=VDD/R=2/2

=1(mA)UO=VDD=2VUOVDDIOR硅管

0.6V锗管

0.2V二极管正的向工作电压例2

ui=2sin

t(V),分析二极管的限幅作用（二极管的死区电压为0.5V，正向工作电压0.6V）。D1D2uiuOR

0.6V<

ui<0.6VD1、D2均截止uO=uiuO=0.6Vui

0.6VD2导通D１截止ui<

0.6VD1导通D2截止uO=

0.6VOtuO/V0.6Otui

/V2

0.6解：例3二极管构成“门”电路，设D1、D2均为理想二极管，当输入电压UA、UB为低电压0V和高电压5V的不同组合时，求输出电压UF的值。0V正偏导通正偏导通0V0V5V正偏导通反偏截止0V5V0V反偏截止正偏导通0V5V5V正偏导通正偏导通5VFR3kW12VD1D2BAUAUBUFR3kW12VVDDD1D2BAF输入电压理想二极管输出电压UAUBD1D20V0V正偏导通正偏导通0V0V5V正偏导通反偏截止0V5V0V反偏截止正偏导通0V5V5V正偏导通正偏导通5V10.4

稳压二极管10.4.1稳压二极管的伏安特性10.4.2稳压二极管的主要参数10.4.1稳压二极管的伏安特性

稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。I/mAUZ/VOUZIZIZM+

正向

+反向

UZ

IZ符号工作条件：反向击穿12VIuR6.6VIuR1.2VIuR例10.2

用两只UZ=6V、正向压降为0.6V的稳压二极管和限流电阻可以组成几种输出电压不同的稳压电路？解：可以组成3种输出电压不同的稳压电路。10.4.2稳压二极管的主要参数1.稳定电压

UZ

流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。2.稳定电流

IZ

越大稳压效果越好，小于Imin时不稳压。3.最大工作电流

IZMPZM=UZ

IZM5.动态电阻

rZrZ=

UZ/

IZ

越小稳压效果越好。4.

最大耗散功率

PZM10.4

发光二极管一、发光二极管LED(LightEmittingDiode)1.符号和特性工作条件：正向偏置一般工作电流几十mA，导通电压(1

2)V2.主要参数电学参数：IFM

，U(BR)

，IR光学参数：峰值波长

P，亮度

L，光通量

发光类型：可见光：红、黄、绿显示类型：普通LED，不可见光：红外光，点阵LED符号七段LED每字段是一只发光二极管—低电平驱动二、数码管1.共阳极abcdefg—高电平驱动2.共阴极abcdefgaebcfgdcomcom10.6

晶体管10.6.1晶体管的基本结构10.6.2电流分配和电流放大作用10.6.3特性曲线10.6.4主要参数10.6.1晶体管的基本结构晶体管（三极管）是最重要的一种半导体器件。部分三极管的外型一、结构N型硅BECN型硅P型硅（a）平面型二氧化硅保护膜N型锗ECBPP（b）合金型铟球铟球三层半导体材料构成NPN型、PNP型NNP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emitterbasecollectorNPN型ECB各区主要作用及结构特点：发射区：作用：发射载流子

特点：掺杂浓度高基区：作用：传输载流子特点：薄、掺杂浓度低集电区：作用：接收载流子

特点：面积大PPNEBC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<500mW中功率管0.5

1W大功率管>1WECBPNP型二、类型10.6.2电流分配和电流放大作用一、晶体管放大的条件1.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2.外部条件发射结正偏集电结反偏二、晶体管的电流分配和放大作用实验电路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6

A电路条件:

EC>EB

发射结正偏

集电结反偏mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6

A测量结果IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.501.001.602.202.90IE/mA0.0010.511.021.632.242.95IC/IB5050535558

IC/

IB50606070(1)符合KCL定律(2)

IC和IE比IB大得多(3)

IB

很小的变化可以引起

IC很大的变化。

即：基极电流对集电极电流具有小量控制大量的作用，这就是晶体管的放大作用。总结：

1.晶体管在发射结正向偏置、集电结反向偏置的条件下具有电流放大作用。

2.晶体管的电流放大作用，实质上是基极电流对集电极电流的控制作用。10.6.3特性曲线一、输入特性输入回路输出回路与二极管特性相似RCECiBIERB+uBE

+uCE

EBCEBiC+

+

+

iBRB+uBE

EB+

O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UBESi管:(0.6

0.7)VGe管:(0.2

0.3)VEB+

RB二、输出特性1.调整RB使基极电流为某一数值。

2.基极电流不变，调整EC测量集电极电流和uCE

电压。输出特性曲线50µA40µA30µA10µAIB=020µAuCE

/VO2468

4321iC

/mAmAICECIBRBEBCEB3DG6

ARCV+uCE

iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321截止区：

IB

0

IC=ICEO

0条件：两个结反偏2.放大区：3.饱和区：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0条件：两个结正偏特点：IC

IB临界饱和时：uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)UCE为：0.1V(锗管)放大区截止区饱和区条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔ICEO输出特性曲线例10.3一只在电路中正常工作于放大状态的晶体管，用万用表的直流电压挡测得三个电极对参考点的电位分别是：A=9V、B=8.8V、C=3.6V，判断这只晶体管是什么类型（PNP、NPN)?是硅管还是鍺管？三个极是什么电极？解：根据晶体管的工作特点，两个压差小的应是基极和发射极（硅管0.6V左右，锗管0.2V左右

）。

发射极电位最高，集电极电位最低。所以是PNP管。（9-8.8）V=0.2V(是锗管)A是发射极、B是基极、C是集电极一、共发射极电流放大系数iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0024684321一般为几十

几百Q二、极间反向饱和电流CB极间反向饱和电流

ICBO，CE极间反向饱和电流ICEO。10.6.4主要参数1.直流电流放大系数2.交流电流放大系数

三、极限参数1.ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iC

uCE。3.U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBOiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区

总结第10章一、半导体1.两种载流子自由电子空穴N型

(多电子)P型

(多空穴)2.两种半导体二、PN结单向导电性：正偏导通，反偏截止。三、二极管1.特性—单向导电正向电阻小(理想为0)，反向电阻大(

)。2.主要参数正向—最大整流电流IOM反向—最大反向工作电压URM(超过则击穿)最大反向电流IRM(受温度影响)四、晶体管1.三种工作状态

放大：条件：两个结均正偏条件：发射结正偏，集电结反偏饱和：IC

IB截止：

IB=0

IC

0条件：两个结均反偏

使用时要注意选择PCM、ICM

、U(BR)CEO，应保证：PC>PCｍ

ICM>ＩCｍ

U(BR)CEO>VCC2.安全工作区附录：半导体器件的命名方式第一部分数字电极数2—二极管3—

三极管第二部分第三部分字母(汉拼)材料和极性A—锗材料N型B—锗材料P型C—硅材料N型D—硅材料P型A—锗材料PNPB—锗材料NPNC—硅材料PNPD—硅材料NPN字母(汉拼)器件类型P—普通管W—稳压管Z—整流管K—开关管U—光电管X—低频小功率管G—高频小功率管D—低频大功率管A—高频大功率管第四部分第五部分数字序号字母(汉拼)规格号例如:2CP2AP2CZ2CW3AX313DG12B3DD63CG3DA3AD3DK常用小功率进口三极管9011

901811.1

基本放大电路的组成及各元件的作用11.1.1基本放大电路的组成11.1.2放大电路中各元件的作用11.1.1基本放大电路的组成

在生产和科研中，经常需要将微弱的电信号进行放大，以便有效地进行观察、测量、控制和调节。

晶体管的主要用途之一是利用其放大作用组成放大电路。晶体管放大的条件：uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极晶体管电路的三种连接方式：发射结正偏

、集电结反偏iC+uBE

+uCE

ECRBEBRC+ui

+

RSus+uo

C2RL+C1+iB基本放大电路（共发射极）iC+uBE

+uCE

ECRBRC+ui

+

RSus+uo

C2RL+C1+iBiC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+ui

+

RSus+uo

C2RL+C1+iB+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB11.1.2放大电路中各元件的作用+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB

晶体管:

放大元件。电源EC：保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，为输出信号提供能量。

集电极电阻RC：将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。

基极电阻RB：使发射结处于正向偏置、提供大小适当的基极电流。耦合电容C1和C2：用来隔断直流、耦合交流。电容值应足够大，以保证在一定的频率范围内，电容上的交流压降可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。11.2

放大电路的静态分析基本思想

非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。一、分析三极管电路的基本思想和方法直流通路(ui=0)分析静态。交流通路(ui

0)分析动态，只考虑变化的电压和电流基本方法图解法、解析法二、放大电路的静态分析

静态分析的目的：确定放大电路的静态工作点(直流值)IB，IC

，UCE

分析方法：利用直流通路计算放大电路的静态工作点。+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iBIC+UBE

+UCE

+VCCRBRCIB直流通路静态工作点例11.1

在共发射极基本交流放大电路中,已知VCC=12V，RC=4k

，RB=300k

试求放大电路的静态工作点。解：+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB11.3

放大电路的动态分析11.3.1放大电路的动态工作情况11.3.2放大电路中各电压、电流的定义11.3.3微变等效电路法11.3.4静态工作点的设置与稳定11.3.5发射极电阻及信号源内阻的影响+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iB11.3.1放大电路的动态工作情况

在静态的基础上加入输入信号时的工作状态称为动态。IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQUBEQuBEOt11.3.2放大电路中各电压、电流的定义A

AA大写表示电量与时间无关(直流、平均值、有效值)；A小写表示电量随时间变化(瞬时值)。大写表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值)；小写表示交流分量。总瞬时值直流量交流瞬时值直流量往往在下标中加注QA—主要符号；

A—下标符号。tuouBE=UBE

+ube11.3.3微变等效电路法动态分析的目的：确定放大电路的电压放大倍数

，输入电阻和输入电阻。分析方法：微变（小信号）等效电路分析法。一、晶体管的微变等效电路+uce–+ube–

ibicCBE从输入端口看进去，相当于电阻rbeOIB

UBE

IB

Q

IB

UBE从输出端口看进去为一个受ib

控制的电流源+uce–+ube–

ibicCBEQiC

ICUCEuCE

IB

ICIC

ic

=

ibrbe

Eibic

ib+ube

+uce

BC

IC

UCE阻值很高，约几十千欧~几百千欧，可忽略。二、放大电路的微变等效电路画交流通路原则：1.直流电压源视为短路；2.视电容对交流信号短路。

微变等效电路是对交流分量而言，先画放大电路的交流通路，将交流通路中的晶体管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路的微变等效电路。ECRBRC+ui

+

RSus+uo

C2RL+C1++ui

+

RSusRBRC+uo

RL交流通路ECRBRC+ui

+

RSus+uo

C2RL+C1++ui

+

RSusRBRC+uo

RL交流通路+uo

+–

ibicRBRCRLuSRS+ui

+uo

+–

RBRLRSrbe

Eibic

ibBCusRC+ui

微变等效电路交流通路基本放大电路三、放大电路的动态参数计算1.电压放大倍数的计算+uo

+–

RBRLRSrbe

Eibic

ibBCusRC+ui

当输入的是正弦信号时，各电压和电流都可用相量表示。电压放大倍数+

+–

RBRLRSrbe

EBCusRC+

开路时电压放大倍数2.放大器输入电阻的计算Ri+

RBRLrbe

EBCRC+

3.输出电阻的计算ro

RCRoRC一般为几千欧，因此，这种基本放大电路的输出电阻较高。受控源相当于开路。晶体管的输入电阻rbe比较小，所以基本放大电路的输入电阻不高。例11.2

在共发射极基本交流放大电路中,已知VCC=12V，RC=RL=4k

，RB=300k

试求电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。解：ro

RC=4k

+ui

iC+uBE

+uCE

+VCCRBRC+uo

C2+C1+iBRLuBE/ViB/

A0.7V30QuituBE/VtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA4123iB=10

A20304050605Q6直流负载线Q

Q

6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOO0011.3.4静态工作点的设置与稳定

放大电路设置了合适的静态工作点，当加入合适的输入信号时，输出信号会随输入信号而变化，不会产生失真。失真：是指输出信号的波形不像输入信号的波形。一、放大电路的非线性失真

因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真NPN管：

uCE顶部失真为截止失真。PNP管：uCE底部失真为截止失真。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBuiuCEiCictOOiCOtuCEQuce交流负载线2.“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN管：uCE底部失真为饱和失真。PNP管：

uCE顶部失真为饱和失真。uCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC1.温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1

C，UBE

(22.5)mV。温度每升高10

C，ICBO

约增大1倍。2.温度升高，输出特性曲线向上移。OT1T2>iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0温度每升高1

C，

(0.51)%。输出特性曲线间距增大。O二、温度变化对放大电路静态工作点的影响Q1Q2温度升高，静态工作点向上移。三、常用静态工作点稳定电路分压式偏置放大电路+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+ui

+us

+uo

VCC(直流电源)：•

使发射结正偏，集电结反偏•向负载和各元件提供功率C1、C2(耦合电容)：•隔直流、通交流RB1

、RB2(基极偏置电阻)：•提供合适的基极电流RC(集电极负载电阻):•将

IC

UC

，使电流放大

电压放大RE(发射极电阻)：•稳定静态工作点“Q”CE(发射极旁路电容)：•短路交流，消除RE对电压放大倍数的影响1.静态分析+UBE

+UCE

IBI1ICIE要求：I1

(5

10)IBＵB

(5

10)UBE稳定“Q”的原理：T

IC

UE

UBE

IB

IC

直流通路+VCCRCRERB1RB2B+

RCRB1RB2+

RL2.动态分析+us

+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+uo

交流通路微变等效电路电压放大倍数输入电阻输出电阻ro=RCrbeRiRo11.3.5发射极电阻及信号源内阻的影响一、发射极电阻对放大器性能的影响+us

+VCCRCC1C2RLRE1+CE++RB1RB2RS+uo

RE交流通路+

RCRB1RB2+

RLRE+

+

RCRB1RB2RLrbeRE微变等效电路ro=RCRE使放大器输入电阻增大，但放大倍数降低。二、信号源内阻对电压放大倍数的影响源电压放大倍数+us

+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+uo

+–RS+–RLri+

[解]1)求“Q”+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us

+uo

例11.3

=100,RS=1k,RB1=62k,RB2=20k,RC=3k，RE=1.5k,RL=5.6k,VCC=15V。求：“Q”,ri

、ro、

、+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us

+uo

ro=RC=3k

2)求

、ri

、ro、

去掉旁路电容CE时：+VCCRCC1C2RLRE++RB1RB2RS+us

+uo

+

+

RCRB1RB2RLrbeRE1）静态工作点“Q”不变ro=RC=3k

2)求

、ri

、ro、

11.4

射极输出器11.4.1静态工作点的计算11.4.2动态分析计算+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+us11.4.1静态工作点的计算+UCE

+VCCRBREIB直流通路IEUBE+

射极输出器11.4.2动态分析计算交流通路微变等效电路RsRB+

+uo

RLibiciiREus1.电压放大倍数：RBRLrbeRERs+

+

+

12.输入电阻：RBRLrbeRERs+

+

+

3.输出电阻：RBrbeRERs+

射极输出器特点

输入输出同相ri

高ro

低用途：输入级、输出级、中间隔离级。+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+usIBIE+C1RSRERB+VCCC2RL+–+uo–+us解：1)求“Q”IB=(VCC–

UBE)/

[RB

+

(1+

)

RE]=(12

–

0.7)/[300+1211]

27(

A)IE

IB

=3.2(mA)UCE=VCC–

IC

RE

=12–3.21=8.8(V)rbe=300+26/0.027

1.28(k

)ri=300//(1.28121)=102.15(k

)R’L=

1

//

1

=0.4(k

)2)求、ri、ro例11.4

=120,RB=300k,UBE=0.7VRE=RL=Rs=1k,，VCC=12V。求：“Q”、、ri、ro

总结第11章1.

组成放大电路时，晶体管发射结正偏、集电结反偏，要有合适的静态工作点。静态Q

—解决不失真的问题“Q”偏高引起饱和失真“Q”偏低引起截止失真解决能放大的问题动态

—2.放大电路两种基本结构偏置式分压式+us

+VCCRCC1C2RL++RBRS+uo–+us

+VCCRCC1C2RLRE++RB1RB2RS+uo

3.放大电路的静态分析利用直流通路求解静态工作点；+us

+VCCRCC1C2RL++RBRS+uo–+us

+VCCRCC1C2RLRE++RB1RB2RS+uo

4.放大电路的动态分析利用微变等效电路求解、ri、ro+us

+VCCRCC1C2RL++RBRS+uo–ro

RC+uo

+–

ibicRBRCRLuSRS+ui

交流通路+

+–

RBRLRSrbe

EBCusRC+

微变等效电路+us

+VCCRCC1C2RLRE++RB1RB2RS+uo

交流通路+

RCRB1RB2+

RLRE+

+

RCRB1RB2RLrbeRE微变等效电路ro=RC5.射极输出器（跟随器）射极输出器特点

输入输出同相ri

高ro

低用途：输入级、输出级、中间隔离级。+C1RSRERB+VCCC2RL+–+uo–+us

计算前级电压放大倍数时，把后级的输入电阻作为其负载。计算各级电压放大倍数时，应考虑级间的相互影响。6.多级放大电路ri=ri1输入电阻ro=ron输出电阻12.1

集成运算放大器12.1.1集成运算放大器的基本组成12.1.2集成运算放大器的主要参数

集成电路:

把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分的整体。

集成电路特点：体积小、外部接线少、功耗低、可靠性高、灵活性高、价格低。

集成运算放大器：具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器。用于模拟运算、信号处理、测量技术、自动控制等领域。引言12.1.1集成运算放大器的基本组成输入级：差动放大器，减少零点漂移、提高输入阻抗。输出级：射极输出器或互补对称功率放大器，提高带载能力。偏置电路：为各级提供稳定、合适的静态工作点。输出端偏置电路输入级中间级输出级输入端中间级：电压放大。运算放大器的符号反相输入端同相输入端输出端+–++–+u+u–uoLM741运放外型和管脚LM741反相输入端同相输入端输出端+–+6237415+15V-15V10k

1k

调零：当输入信号为零时，输出为零。8为空脚12.1.2集成运算放大器的主要参数2.

输入失调电压UIO使UO=0，输入端施加的补偿电压几毫伏3.

输入失调电流

IIOUO=0时，输入级两输入端的静态电流之差。1nA

0.1

A1.

开环差模电压增益Aud104

1074.差模输入电阻rid输出电阻ro几百千欧

几兆欧几十欧

几百欧5.共模抑制比

KCMR>80dB6.

最大差模输入电压UIdmax共模输入UIC过大，K

CMR下降。当UId过大时，反偏的PN结可能因反压过大而被击穿。LM741为

36V7.最大共模输入电压UICmax9.

最大输出电压幅度UOPP如电源电压

15V，UOPP为

13

14VLM741为

16V两输入端间允许加的最大差模输入电压。能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压。8.静态功耗PCO几十毫瓦12.2

放大电路中的负反馈12.2.1反馈的基本概念12.2.2

负反馈的基本类型12.2.3反馈类型的判别12.2.4负反馈对放大器性能的影响反馈

—

将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部，通过一定的元件，以一定的方式回送到输入回路，以改善放大电路的某些性能。2.

信号的两种流向正向传输：输入输出反向传输：输出输入

—

开环—

闭环输入输出

放大电路

反馈网络12.2.1反馈的基本概念正反馈：反馈信号消弱原输入信号，使输出量减小。负反馈：反馈信号增强原输入信号，使输出量增大。+–比较环节基本放大电路F反馈网络负反馈的组成框图A

—输入信号

—净输入信号—反馈信号—输出信号净输入信号反馈信号消弱了净输入信号，为负反馈。则若同相，12.2.2

负反馈的基本类型电压反馈

—

反馈信号取自输出电压的部分或全部。电流反馈

—

反馈信号取自输出电流。据反馈电路从输出端的取样方式不同分为：AF电压反馈电流反馈FA据反馈信号与放大器输入信号连接方式不同分为：串联反馈和并联反馈。串联反馈：反馈信号与输入信号以电压相加减的形式在输入端出现。并联反馈：反馈信号与输入信号以电流相加减的形式在输入端出现。AFAF负反馈的类型有四种：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。

[使uo=0(RL短路)，若反馈消失则为电压反馈否则为电流反馈。]12.2.3反馈类型的判别1.

找出反馈元件（或电路），即在输入和输出回路间起联系作用的元件。2.

判断电压、电流反馈电压反馈

—

反馈信号取自输出电压的部分或全部。电流反馈

—

反馈信号取自输出电流。判别法：

反馈取自输出端或输出分压端为电压反馈，反馈取自非输出端为电流反馈。3.

判断串联、并联反馈4.

判断正、负反馈

反馈信号与输入信号在不同输入端为串联反馈，在同一个输入端为并联反馈。

采用瞬时极性法判断:反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。

设某一瞬时ui为正，根据电路情况推出此时反馈信号的正负。例12.

1输入回路输出回路判断电路是否存在反馈，并判断反馈类型。+C1RS+ui–RERB+VCCC2RL+us–+uo–++uBE

–

RE介于输入输出回路，有反馈。反馈使

uBE

减小，为负反馈;+uf–反馈取自输出端为电压反馈;反馈信号与输入信号在不同输入端,为串联反馈。电压串联负反馈

电流串联负反馈例12.2判断反馈类型。RE介于输入输出回路，有反馈。反馈使

uBE减小，为负反馈;反馈不是取自输出端，为电流反馈;反馈信号与输入信号在不同输入端,为串联反馈。+us

+VCCRCC1C2RLRERB1RB2RS+uo

+ui

uBE

++uf

iE例12.3判断反馈类型。Rf为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。RL=0，无反馈，故为电压反馈。

反馈信号与输入信号都加在了反相输入端，故为并联反馈。电压并联负反馈

反馈使净输入电流

减小，为负反馈。R1RfR

+–+–++–+RL+–12.2.4负反馈对放大器性能的影响1.降低放大倍数

由于负反馈的存在，使放大器的净输入信号减小，输出电压减小，所以包含反馈回路后的电压放大倍数降低。2.提高放大倍数的稳定性

放大器在工作过程中，由于环境温度变化、晶体管老化、电源电压波动等情况，都会引起输出电压变化，使电压放大倍数不稳定。

加入负反馈，在同样的外界条件变化时，电流负反馈可以稳定输出电流，电压负反馈可以稳定输出电压，电压放大倍数变化较小，即比较稳定。3.减少非线性失真uf加入负反馈无负反馈FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA产生了失真接近正弦波，失真得到改善4.对放大电路输入电阻和输出电阻的影响输入电阻增大串联负反馈电流负反馈电压负反馈并联负反馈输入电阻减小输出电阻增大，稳定输出电流。输出电阻减小，稳定输出电压。12.3

理想集成运算放大器的分析方法12.3.1理想运算放大器12.3.2

反相输入运算电路的分析方法12.3.3同相输入运算电路的分析方法12.3.4差分输入运算电路的分析方法12.3.5非线性电路的分析方法理想化的主要条件：

开环差模电压增益

开环差模输入电阻开环输出电阻共模抑制比

在分析运算放大器的电路时，一般把运算放大器看成理想元件。12.3.1理想运算放大器+–++–+u+u–uo

开环共模输入电阻

运算放大器输出电压与输入电压之间的关系曲线称为传输特性。实际运放电压传输特性uooUO+UO-线性工作区正饱和区负饱和区+–++–+u+u–uo很大UO-

、UO+为负、正饱和电压。当很小时，运放工作在线性区。理想运放传输特性uooUO+UO-正饱和区负饱和区+–++–+u+u–uo理想运放时，当

为了让运放工作在线性区，必须加负反馈，限制其闭环电压放大倍数。注意：工作在饱和区的理想运放时，当时，工作在线性区的理想运放

相当于两输入端之间短路,但又未真正短路，故称“虚短”。

相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故称“虚断”。2.i+=i–

=01.u+=u–,而uo是有限值,运放开环输入电阻

由于故从式,可知+–++–+u+u–uo（虚短）（虚断）i–i+12.3.2

反相输入运算电路的分析方法1.反相比例运算电路虚断虚地平衡电阻输入电阻:ri若则iFR1Rfi1uIR

+–+–++–+uou+u-例12.4

有一电阻式压力传感器，其输出阻抗为500

，测量范围是（0~10）Mpa,其灵敏度是+1mV/0.1Mpa,现在要用一个输入0V~5V的标准表来显示这个传感器测量的压力变化，需要一个放大器把传感器输出的信号放大到标准表输入需要的状态，设计放大器并确定各元件参数。解：采用反相比例构成放大器，放大器的最高输入电压为：（10Mpa/0.1Mpa）1mV=100mV放大器的最高输出电压（标准表的最高输入）为5V。放大倍数：5/0.1=50第一级放大后再