项目二简易助听器电路分析.ppt

1、项目二 简易助听器的制作,项目描述,助听器是针对耳聋患者或上了年纪的老人设计的一种提高声音强度的装置，它可以帮助听力障碍患者充分利用残余听力，进而补偿听力损失。助听器主要由三个部分组成：传声器、放大器和耳机。传声器为声电转换器，将外界声信号转变为电信号，然后输入放大器经放大后送至耳机，耳机再将放大后的电信号还原为声音。而其中的核心部分放大器一般多采用三极管放大电路实现输入信号的放大。,简易助听器电路分析,音量调节,课题二：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课题,课题三：共集、共基放大电路,课题四：简易助听器电路制作,课题一：双极型三极管,2.1.1BJ

2、T 的结构,2.1.2BJT 的电流分配与放大原理,2.1.3BJT 的特性曲线,课题一双极型三极管,2.1.4BJT 的使用常识,2.1.1 BJT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 1 W,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:UC U

3、B UE PNP管:UC UB UE,BJT与电源连接方式,NPN,输入回路,输出回路,PNP,2.1.2 BJT 的电流分配和放大原理,一、BJT 处于放大状态的条件,2. 满足放大条件的三种电路,共发射极,共集电极,共基极,当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：,二、BJT 的电流分配关系,所以有:,因为:,：直流电流放大系数,三、BJT 的放大作用,+ IB,+ IC,+ IE, 1,IE = IC + IB = (1+ ) IB,IC = IB,UCE,UCE = UR,= IC RC,电压放大倍数:,：交流电流放大系数,2.1.3 BJ

4、T 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： (0.6 0.8) V,锗管： (0.2 0.3) V,取 0.7 V,取 0.2 V,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 = 1.2 V， U3 = 1.4 V，判断BJT类型、制造材料及电极。,解,NPN管,UC UB UE,PNP管,UC UB UE,硅管： UBE = 0

5、.7 V ；锗管： UBE = 0.2 V,本例中：U1 U3 U2 且： U3 U2= 1.4 V ( 1.2 V) = 0.2 V ， 脚为 c 极 则：为锗材料 PNP管，脚为 b极，脚为 e 极,2.1.4 BJT 的使用常识,一、BJT的型号,国标GB249规定：,第一部分,阿拉伯数字表示器件电极数,第二部分,字母 (汉拼)表示器件材料和极性,第三部分,字母 (汉拼)表示器件类型,第四部分,阿拉伯数字表示器件 序号,第五部分,字母 (汉拼)表示 规格号,如硅NPN型高频小功率管 3 D G 110 A,三极管,NPN 型 硅,高频小功率,序号,规格号,二、BJT的主要参数,1. 电流

6、放大系数,(1) 共发射极直流电流放大系数,(HFE),(2) 共发射极交流电流放大系数 (hFE),一般为几十 几百,Q,大小相近 可以混用,表2.1.1 3DG100 三极管 值的分挡标志,2. 极间反向饱和电流,(1) 集电极 基极反向饱和电流 ICBO,(2) 集电极 - 发射极反向饱和电流 ICEO,ICEO =（1+ ）ICBO,BJT的主要极限参数,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

7、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)EBO,已知: ICM = 20 mA, PCM = 100 mW， U(BR)CEO = 20 V， 当 UCE = 10 V ，IC mA 当 UCE = 1 V， IC mA 当 IC = 2 mA， UCE V,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

8、; 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）,2.2.1 共发射放大电路的各元件作用,2.2.2 共发射极放大电路的静态分析,课题二共射放大电路,2.2.3 BJT 的三个工作区及放大电路的 非线性失真,2.2.4 用小信号模型法分析动态工作情况,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,RB(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,

9、信号 ui 从AA输入,信号 uo从BB输出,2.2.1 共发射极放大电路各元件作用,各极电压、电流的波形,电量的符号表示规则,A A,A 主要符号； A 下标符号。,A,大写表示电量与时间无关(直流、平均值、有效值) 小写表示电量随时间变化(瞬时值)。,A,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,交流有效值,uBE = UBE + ube,交流瞬时值,2.2.2 共发射极放大电路的静态分析,静态 ui = 0，电路中只有直流电源作用。,静态工作点 静态时，各极电流、电压反映在输入、 输出特性上的点，常用 “Q” 表示。,直流通路,输入特性,输出特

10、性,IB,UBE,Q,IB,IC,UCE,一、用估算法确定静态工作点,取 UBE = 0.7 V (硅管) 0.2 V (锗管),IC = IB,UCE = VCC IC RC, = 37.5,= 37.5 0.04 mA =1.5 mA,= 12 1.5 mA 4 k = 6 V,二、用图解法确定静态工作点,(AB 右),(AB左),VCC,VCC/RC,直流负载线 斜率 1/Rc,IBQ,ICQ,UCEQ,例如：,IB = 40 A,uCE = VCC iC RC,= 12 4 iC,3,12,三、电路参数对静态工作点的影响,uCE = VCC iC RC,当 Rc不变时, R b IB

11、， “Q”下移；,当 R b不变时, R c UCE ， “Q”左移。,2.2.3 BJT 的三个工作区域及放大电路的非线性失真,一、BJT 的三个工作区域,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 BE,uCB = 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：,0.3 V (硅管) 0.1 V (锗管),UCE(SAT)=,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,二、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

12、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,不发生截止失真的条件：IB Ibm 。,NPN 管： 顶部失真为截止失真。,PNP 管： 底部失真为截止失真。,2. “Q”过高引起饱和失真,ICS,NPN 管： 底部失真为饱和失真。,PNP 管： 顶部失真为饱和失真。,IBS 基极临界饱和电流。,不接负载时，交、直流负载线重合，V CC= VCC,不发生饱和失真的条件： IB + I bm IBS,3. “Q”合适，输入信号太大引起饱和和截止失真,uCE,iC,t O,O,iC,O t,uCE,Q,V CC,2.2.5 用小信号模型法(微变等效)

13、分析动态,动态 电路中接入 ui 后的工作状态。电路中有直流电源作用形成的直流分量，输入电压作用形成的交流分量。,交流通路只考虑变化的电压和电流的电路。,画交流通路的原则： 1. 直流电源短路（因VCC内阻很小）。 2. 耦合电容短路（1/jC 0）。,画交流通路的原则： 1. 直流电源短路（因VCC内阻很小）。 2. 耦合电容短路（1/jC 0）。,BJT 小信号模型,一、BJT 的小信号简化模型,二、用小信号模型分析共射放大电路,1. 画简化小信号模型电路,2. 求电压放大倍数,RL= Rc / RL,3. 求输入电阻,4. 求输出电阻,Ro = RC,输入输出相位相反,5. 源电压放大倍

14、数,例 2.2.2 BJT硅管，VCC = 12 V ， = 40，求：Au、Ri、Ro。,解,rbe = 300 +26 mV / IB,= 1 k ,= 78,Ro = RC = 3.9 k,2.3.1温度对静态工作点的影响,2.3.2射极偏置电路,2.3 稳定静态工作点的放大电路 射极偏置电路,温度，输入特性曲线 ,温度 ，输出特性曲线,T1,T2 ,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， (0.5 1)%。 输出特性曲线间距增大。,3. 温度对UBE

15、的影响 温度每升高 1C， UBE (2 2.5) 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

16、电极放大电路,2.4.2共基极放大电路,课题三 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 = IB Rb + UBE + IE Re,= IB Rb + UBE + (1+ ) IB Re,IB = (VCC UBE) / Rb + (1+ ) Re,IC = I B,UCE = VCC IC Re,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：Au 1 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

17、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 ,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。,2.5 多级放大电路,一、多级放大电路的极间耦合形式,二、 多级放大电路的组成及参数

18、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) = 20 lg |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=1258.9 uO=Au*ui=1258.9*2.5mv=3.147V (2)20lg4000=72dB,课内练习：P80题2.47,课题四 简易助听器电路制作,音量调节,4.1 项目制作 一、电路装配准备 1. 装配工具及调试仪器仪表的准备：通用电路板、电烙铁、焊锡丝、钳子、螺丝起、导线、示波器、万用表； 2.元器件的准备，即元件清单：,二、元器件的检测 1. 驻极体话筒的检测 极性判断 质量判别 2. 立体声耳机的检测 好坏判别 极性判别 3. 三极管的检测,四、电路调试 1. 电路调试步骤 2. 电路测试 3. 故障分析与排除 五、编写项目报告书,三、电路组装 1. 组装的基本步骤 2. 组装的工艺要求。 三极管的安装方法。 驻极体传声器（话筒）的接法,4.2.1项目评价,4.2 项目评价与总结,4.2.