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1、11 半导体的基本知识一、半导体的基本概念物质按照导电能力分为：导体：容易导电绝缘体：不导电半导体：导电性能随条件变化影响半导体导电性能（电阻值）的常见条件因素有：1、温度：称热敏特性，电阻值随温度变化。2、光照：称光敏特性，电阻值随亮度变化。3、杂质：称掺杂特性，电阻值随掺入的微量元素显著变化。嵌入式消毒碗柜电子温度计电子体温计温度显示窗热敏电阻 声光控开关（楼梯灯开关）在夜晚，人上楼梯发出的脚步声会自动点亮楼梯灯；在白天，哪怕使劲跺脚发出巨大声响，楼梯灯还是不会点亮，为什么？开关面板上的窗口有什么作用？光控灯实验电路（上届学生作品）光敏电阻红外接收管光电二极管第1页/共99页杂质半导体和P
2、N结 纯净的半导体称为本征半导体，一般由硅(Si)或锗(Ge)两种材料制造。它们都是四价元素，导电能力微弱，没有实用价值。但是本征半导体中掺入微量元素后，导电能力显著改变，按照掺入杂质的不同，分为以下两种：P型半导体：在本征半导体内掺入少量三价元素杂质（如硼）形成。N型半导体：在本征半导体内掺入少量五价元素杂质（如磷）形成。PNP型半导体或者N型半导体虽然具备导电能力，但单纯的一块P 型半导体或者一块N型半导体还是没有实用价值。把P型半导体和N型半导体结合到一块，交界处形成一个很特殊的薄层，称为PN结，有特殊的导电性能，这是制造半导体器件的基础。把这个PN结用管壳封装成一体、并分别从P型半导体
3、和N型半导体各引一个电极出来，这样构成的器件叫二极管，因此，PN结的导电特性可用二极管的实验来导出。二极管的符号二极管的典型外观负极标志第2页/共99页PN结（即二极管）的基本特性实验一：请2位同学上台进行如下实验的演示实验电路图：实验设备如下：12V蓄电池 12V灯泡 连接线若干 二极管灯泡亮吗？再把二极管反过来接试试看请分析得出什么结论？第3页/共99页PN结（即二极管）的基本特性实验结论：PN结具有单向导电性PN 电流只能单个方向流过PN结，只能由P区流向N区，即从二极管正极流向负极。正向偏置导通；反向偏置截止第4页/共99页12 半导体二极管二极管的种类(1）按材料分:有硅二极管,锗二
4、极管和砷化镓二极 管等。(2）按结构分:根据PN结面积大小,有点接触型、面 接触型二极管。(3）按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电、变容、阻尼等二极管。(4）按封装形式分:有塑封、玻璃封及金属封装等。(5）按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。第5页/共99页常见各种类型二极管的外观塑料封装整流管玻璃封装稳压/普通管金属封装大功率管发光二极管贴片二极管快恢复二极管半桥整流堆（复合2只）桥式整流堆（复合4只）由图可见二极管型号比较多样，如今很少厂家按书本提到的命名方法定型号，有兴趣同学自己参考一下课本。第6页/共99页实验二：1、按下图连接实验设备限流电阻数字万用表（电流表）数显可调
5、稳压电源二极管输出电压（V）电流读数(mA)2、记录在不同电压时的电流表读数，填入下表：3、按照下表绘出电压电流的关系图（坐标）U(V)I(mA)00.40.60.8二极管的正向伏安特性图4、总结实验，由图可见：（1）、小于时I很小，二极管截止，称为死区电压（2）、达时I急剧增大，二极管导通，称为导通电压第7页/共99页7、总结实验，由图可见：（1）、反向电压小于某个电压值时I很小，二极管截止。（2）、反向电压达到某个电压值时I急剧增大，二极管击穿。（3）、反向电压达到击穿电压后，时间一长二极管将会烧毁。6、按照下表绘出电压电流的关系图（坐标）U(V)I(mA)0二极管的反向伏安特性图现在将二
6、极管极性调转连接，测试其反向伏安特性5、按照下表缓慢增大稳压电源的输出电压，直到电流表读数显著增大为止输出电压（V）电流读数(mA)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120击穿电压 现在把二极管换成锗管2AP4再重复上述实验，并归纳实验结果，看看与之前硅管有何不同。锗管的死区电压为，导通电压为第8页/共99页半导体二极管的主要参数1.最大整流电流IF2.最大反向工作电压 URM3.反向饱和电流 IR 例 111、若V为硅管，AB两端电压为多少？2、若V为锗管，AB两端电压为多少？3、若V为理想二极管，AB两端电压为多少？4、若将二极管V反接，AB两端电压为多
7、少？第9页/共99页二极管的检测检测依据：二极管的单向导电性？正向偏置：阻值很小（导通）反向偏置：阻值很大（截止）即 可见，我们可以用万用表电阻档检测二极管的正反向阻值来判断二极管性能。1、调零 选择R100档位，将两支表笔短路，调节万用表的调零旋钮使指针摆到最右边指着0的位置。调零旋钮第10页/共99页二极管的检测2、测量正向电阻.对于指针式万用表，黑表笔连接着万用表内部电池的正极，所以是黑表笔流出电流，因此测正向电阻时黑表笔接二极管的正极，如图正常的二极管正向电阻值较小，指针摆幅大3、测量反向电阻.测反向电阻时红表笔接二极管的正极，如图正常的二极管反向电阻值很大，指针不摆动第11页/共99
8、页 作 业P91、2、3、4、5、6第12页/共99页21 半导体三极管一、半导体三极管的结构、符号和类型 1、结构和符号（1）、NPN结构三极管PNN集电极（c）发射极（e）基极（b）3块半导体区集电结发射结2个PN结3个电极2个PN结注意：这3块半导体和2个PN结的工艺特殊，所以：（1）、不能简单理解成2个二极管的反向串联（2）、集电结和发射结不能互换使用。发射结的电流方向第13页/共99页21 半导体三极管一、半导体三极管的结构、符号和类型 1、结构和符号（1）、NPN结构三极管PN集电极（c）发射极（e）基极（b）集电结发射结P（2）、PNP结构三极管发射结的电流方向第14页/共99页
9、2、三极管的类型三极管的种类很多,有下列常见的分类形式：(1)按其结构类型分为NPN管和PNP管;(2)按其制作的半导体材料分为硅管和锗管;(3)按工作频率分为高频管和低频管;(4)按功率分为小功率、中功率、大功率管。小功率三极管国产塑封 日本、美国生产bceb cebcebcec极性标志贴片安装三极管金属封装三极管b ce中功率三极管b c ebce安装散热器的螺丝孔塑料封装中功率三极管铝合金板散热器b ce大功率三极管bcebe塑料封装大功率三极管c金属封装大功率三极管安装散热器的螺丝孔铝合金板散热器安装散热器的螺丝孔同时兼作C极引出脚三极管的型号命名方法 三极管型号多样，实际上厂家在生产
10、三极管时很少按照书本的命名方法去定型号，该内容请课后自行参考书本。第15页/共99页二、三极管的放大作用实验环节：1、按下图连接实验设备IbIcIe数字万用表（电流表）检测 B 极电流 Ib数显可调稳压电源数显可调稳压电源变阻器数字万用表（电流表）检测 E 极电流 Ie数字万用表（电流表）检测 C 极电流 Ic2、调节 Rb（滑动变阻器）6次使得Ib分别如下表，记录相应的Ic和Ie读数序号项目12345600.010.020.030.040.05Ib(mA)Ic(mA)Ie(mA)3、分析实验数据，得出实验结论（1）、Ib、Ic、Ie三者之间有什么关系？（2）、Ib和Ic两者之间有什么关系？（
11、3）、Ic和Ie两者之间有什么关系？（1）、IcIeIb（2）、每次实验Ic和Ib两者的比值都相等即：IcIb（称放大倍数）（3）、IeIbIc（1）Ib 可见，三极管要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。现在把三极管换成PNP型的再做一次实验，请注意PNP型管应该如何接线。第16页/共99页 最后请大家把 E极的电流表去掉，并将 B极和 C极的数字电流表换成指针式的 uA表和 mA表，然后来回调节变阻器，不用记录任何数据，只要观察两个表的变化规律，更直观地来体会一下三极管的电流放大作用。IB只要有几十微安的变化，就会引起IC有几十毫安的同方向变化，变化量被扩大了千多倍。
12、IbIc二、三极管的放大作用第17页/共99页三、三极管的特性曲线IbIcIecN输入回路 输出回路 1、输入特性NebPIb 从输入回路看Ib只跟一个发射结有关，与集电结没关，所以等效成了一个二极管，b极相当二极管的正极，e极相当负极，因此三极管的输入特性就是二极管的伏安特性。Ube(V)Ib(uA)00.40.60.8三极管的输入特性图（二极管正向伏安特性图）实际上输入特性曲线与C、E极之间电压有一定关系，如果在C、E极之间加上大于1V电压，输入特性曲线略微右移一点第18页/共99页三、三极管的特性曲线 2、输出特性cNNebPIbIc 从输出回路看Ic与发射结、集电结均有关系，所以三极管
13、的输出特性就比较复杂，即要反映Ic和Ube的关系，又要反映Ic和Ib的关系。IbIcIe输入回路 输出回路（1）截止区：IB0,三极管截止，IC接近0，CE极之间相当开路（2）放大区：IC受IB的控制，即有ICIB（3）饱和区：UCE很小(0.3V)，CE之间相当短路，IC很大且不受IB控制 用三极管做放大器时要避免三极管工作在截止区或饱和区。用三极管做开关用途时，饱和区为开关通态，截止区为开关断态。要避免三极管工作在放大区。截止区：发射结反偏（或零偏），集电结反偏。放大区：发射结正偏，集电结反偏。饱和区：发射结正偏，集电结正偏。判断依据第19页/共99页例 21 判断下面三极管的工作状态截止
14、区：发射结反偏（或零偏），集电结反偏。放大区：发射结正偏，集电结反偏。饱和区：发射结正偏，集电结正偏。判断依据第20页/共99页四、三极管的主要参数 三极管的参数是用来表征其性能和适用范围的,也是评价三极管质量以及选择三极管的依据。常用的主要参数有:（1）电流放大系数：hfe、（2）反向饱和电流ICBO（3）穿透电流ICEO（4）集电极最大允许电流ICM（5）集电极发射极间的击穿电压U（BR）CEO （6）集电极最大耗散功率PCM第21页/共99页五、三极管的识别与检测 很多资料、教材、包括我们的课本都会教我们用万用表去判断三极管的管型（NPN或PNP）、引脚极性（区分哪个是B/C/E极）、以
15、及放大系数等等，在早期，三极管的外观和引脚排列多样化，这些测试方法普遍让初学者难以承受，如今三极管的外形和引脚排列日趋标准化、单一化，给测试带来很大方便，测试时记住如下几点，一般即可满足实际需要。1、记住三极管的两种结构cNNebPbNePcNPbec 测试时，一个PNP三极管等效成两个二极管，电流能从B流向C或E，即黑表笔（机械表）接B极、红表笔接C或E极时导通，其它任何接法都截止。cNebPPecb 测试时，一个PNP三极管等效成两个二极管，电流能从C或E流向B，即红表笔（机械表）接B极、黑表笔接C或E极时导通，其它任何接法都截止。把一个三极管看作两个二极管，能测出B极并确定管型，还能判断
16、两个PN结是否正常，从而确定三极管的性能。2、记住三极管的几种封装规律 对于常见的小功率塑封三极管，多数这两种可能，一般国产管B极在中间，进口管b极在右边。b cebceb c eb ceb c eb c e对于中、大功率塑封三极管，排列都相同如右bce金属封装大功率管引脚排列 记住这几种排列规律，在确定B极和管型后，可不必再通过测试去判断C、E极。第22页/共99页 实验环节 各小组同学对现场提供的各种三极管进行检测，分清引脚排列、管型、并说明三极管的性能好坏。作 业P521、2、3、4、5、6第23页/共99页22 共射极基本放大电路一、放大电路概述放大器DVD音箱信号源 放大电路 负载
17、所谓放大,从表面上看是将信号由小变大,实质上,放大的过程是实现能量转换的过程。三极管有三个电极,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,如下图所示。第24页/共99页二、共射极基本放大电路的组成及工作原理1、组成及各元件的作用输入端，接信号源输出端，负载电阻电源端，单电源使用大致情况发射极是输入输出的公共点输入耦合电容，通交流隔直流，既完成信号的传递，又避免了与信号源的相互影响。输出耦合电容，通交流隔直流，既完成信号的传递，又避免了与负载的相互影响。基
18、极偏置电阻，为基极提供合适的偏置，使三极管工作在放大区域，避免输入信号小于死区电压（0.5V）时管子截止失去放大作用集电极负载电阻，将C极电流转换为C极电压输出，并影响电压放大倍数直流电源，为三极管提供偏置，也为负载提供能源三极管，根据输入信号的变化规律，控制电源向负载提供变化的电流，使负载获得放大了的电压或者功率，实现放大功能。第25页/共99页2、电压、电流的符号与方向规定(1)直流分量：用大写字母和大写下标表示。如IB表示基极的直流电流。(2)交流分量：用小写字母和小写下标表示。如ib表示基极的交流电流。(3)总变化量：是直流分量和交流分量之和,即交流叠加在直流上,用小 写字母和大写下标
19、表示。如iB表示基极电流总的瞬时值,其数值为iB=IB+ib。(4)交流有效值：用大写字母和小写下标表示。如Ib表示基极的正弦交 流电流的有效值。直流电 交流电 交直流叠加量第26页/共99页3、静态工作点设置这是我们前面提到的共射基本放大电路现在我们把基极电阻断开不要，看看1V1V00思考：该电路能否把输入的波形不 失真地放大成右边波形输出？事实上只有输入信号中 的那小部分能得到放大，大部分和负半周信号都没有放大输出，为什么？很多实际情况是输入信号都很微弱，例如 0.1V Ui rbe时 （2）、输出电阻ro 在图中,根据戴维南定理可得（3）、电压放大倍数 1）、有载电压放大倍数Au。式中负
20、号表示输入输出反相 2）、求空载电压放大倍数Au 即不接负载RL,RL第30页/共99页23 分压式射极偏置电路这是上节课学习的固定偏置放大电路TUBEQIBQICQUCEQ温度会影响三极管的静态工作点如图增加两个电阻，构成分压式放大电路RUUIURRRUEBEBQEQCCbbbBQ-=+212)(RRIUUIIIIecCQCCCEQCQBQEQCQ+-=b(1)静态工作点的估算 都是不随温度变化的定值(2)自动稳定Q点 TUBEQIBQICQIEQICQ动态参数的估算公式与固定偏置相同，但其中的RBRB1 RB2第31页/共99页24 多级放大器 前面讲过的基本放大电路,其电压放大倍数一般只
21、能达到几十几百。然而在实际工作中,放大电路所得到的输入信号往往都非常微弱（例如话筒）,要将其放大到能推动负载（例如音箱）工作的程度,仅通过单级放大电路放大,达不到实际要求,则必须通过多个单级放大电路连续多次放大,才可满足实际要求。多级放大电路的组成 多级放大电路的组成可用下图所示的框图来表示。其中,输入级与中间级的主要作用是实现电压放大，输出级的主要作用是功率放大,以推动负载工作。信号源输入级输出级中间级负载多级放大电路 一多级放大电路的耦合方式 多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路连接而成的。在多级放大电路中,我们把级与级之间的连接方式称为耦合方式。级与级之间耦合时,必须满足:(1)
22、耦合后,各级电路仍具有合适的静态工作点;(2)保证信号在级与级之间能够顺利地传输过去;(3)耦合后,电路性能指标必须满足实际要求。为了满足上述要求,一般常用的耦合方式有:阻容耦合、直接耦合、变压器耦合、光电耦合。第32页/共99页24 多级放大器 1、阻容耦合 我们把级与级之间通过电容连接的方式称为阻容耦合方式。电路如图。电容具有“隔直”作用,所以各级电路的静态工作点相互独立,互不影响。这给放大电路的分析、设计和调试带来了很大的方便。此外,还具有体积小、重量轻等优点。信号源 第 1 级 第 2 级 负载 电容对交流信号具有一定的容抗,信号传输过程中,会受到一定衰减。尤其对于变化缓慢的信号容抗很
23、大,此外,在集成电路中,制造大容量的电容很困难,所以这种耦合方式下的多级放大电路不便于集成。第33页/共99页24 多级放大器 2、变压器耦合 我们把级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合方式。电路如图。请同学们总结这种耦合方式的优缺点第34页/共99页24 多级放大器 3、直接耦合 我们把级与级之间用导线直接连通的方式称为直接耦合方式。电路如图。优点:既可以放大交流信号,也可以放大直流和变化非常缓慢的信号;电路简单,便于集成,所以集成电路中多采用这种耦合方式。缺点:存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。第35页/共99页24 多级放大器 4、光电耦合级与级之间用光电耦合器连
24、通，光电耦合器结构如下：(a)、LED+光敏电阻；(b)、LED+光电二极管(c)、LED+光电三极管;(d)、LED+光电池 原理是以光信号作为媒体将输入的电信号传送给后级,实现了“电光电”的转换与传递。前后级的隔离度很高。第36页/共99页 1电压放大倍数 根据电压放大倍数的定义式由于故因此可推广到n级放大电路的电压放大倍数为 二、多级放大器近似估算 2输入电阻 多级放大电路的输入电阻,就是输入级的输入电阻。计算时要注意:当输入级为共集电极放大电路时,要考虑第二级的输入电阻作为前级负载时对输入电阻的影响。3输出电阻 多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻。计算时要注意:当输出级为共集电
25、极放大电路时,要考虑其前级对输出电阻的影响。第37页/共99页25 负反馈放大电路一、反馈的基本概念 1、反馈的定义 将放大电路输出量（电压或电流）的一部分或全部,通过某些元件或网络（称为反馈网络）,反向送回到输入端,来影响原输入量（电压或电流）的过程称为反馈。有反馈的放大电路称为反馈放大电路,其组成如图所示 2、反馈极性（正、负反馈）在反馈放大电路中,反馈量使放大器净输入量得到增强的反馈称为正反馈,使净输入量减弱的反馈称为负反馈。通常采用“瞬时极性法”来区别是正反馈还是负反馈,具体方法如下:(1）假设输入信号某一瞬时的极性。(2）根据输入与输出信号的相位关系,确定输出信号和反馈 信号的瞬时极
26、性。(3）根据反馈信号与输入信号的连接情况,分析净输入量的变化,如果反馈信号使净输入量增强即为正反馈,反之为负反馈增大正反馈减少负反馈第38页/共99页一、反馈的基本概念 3、反馈在输出端的取样方式 从输出端看,若反馈信号取自输出电压,则为电压反馈；若取自输出电流,则为电流反馈。(1）电压反馈。在判断电压反馈时,根据电压反馈的定义反馈信号与输出电压成比例,可以假设将负载RL两端短路（uo=0,但io0）,判断反馈量是否为零,如果是零,就是电压反馈。电压反馈的重要特性是能稳定输出电压。无论反馈信号是以何种方式引回到输入端,实际上都是利用输出电压本身通过反馈网络来对放大电路起自动调整作用的,这是电
27、压反馈的实质。例如：负载电阻增加引起uo的增加,则电路的自动调节过程如下:uo uf uid uo（2）、电流反馈 在判断电流反馈时,根据电流反馈的定义反馈信号与输出电流成比例,可以假设将负载RL两端开路（io=0,但uo0）,判断反馈量是零,就是电流反馈。RL开路 io=0 if=0 uf=0。电流反馈的重要特点是能稳定输出电流。无论反馈信号是以何种方式引回到输入端,实际都是利用输出电流io本身通过反馈网络来对放大器起自动调整作用的,这就是电流反馈的实质。4、反馈在输入端的连接方式 反馈网络的出口与信号源串联,称为串联反馈。反馈网络的出口与信号源并联,因此称为并联反馈。判断方法：若反馈信号与
28、信号源接在不同的端子上,即为串联反馈。若接在同一个端子上,则为并联反馈。根据输出端的取样方式和输入端的连接方式,可以组成四种不同类型的反馈电路:(1)电压串联反馈;(2)电压并联反馈;(3)电流串联反馈;(4)电流并联反馈。第39页/共99页例 26 判断反馈首先，有反馈吗？看联系 Rf跨接在第一级与第二级之间，为反馈电阻。判断反馈极性负反馈第40页/共99页看输入：一旦将Ui短路，反馈信号将依然存在，可见为串联反馈。这是交、直流电压串联负反馈。看输出：一旦将Uo短路，反馈信号将接地消失，可见为电压反馈。第41页/共99页负反馈对放大器性能的影响 根据闭环增益方程 求Af对A的导数，得 即微分
29、 1、提高增益的稳定性闭环增益的相对变化量为 2、改善非线性失真 实验演示：（1）由信号发生器输入一频率为1kHz,峰-峰值为1V的正弦波。（2）将开关S断开,用示波器观察输出波形,可看到输出波形明 显地失真,如图中输出波形（a）。（3）将开关S闭合,观察输出波形,可看到失真波形明显地改善,如图中的波形（b）。演示现象分析 在开环放大器中,由于开环增益很大,使放大器工作在非线性区,输出波形为双向失真波形。开关闭合后,电路加上了负反馈,电路增益减小,放大器工作在线性区,输出波形为标准的正弦波。即负反馈能减小非线性失真。3扩展通频带 4负反馈对输入电阻的影响 负反馈对输入电阻的影响,取决于反馈网络
30、在输入端的连接方式。（1）串联负反馈会增大输入电阻。（2）并联负反馈会降低输入电阻。5负反馈对输出电阻的影响 负反馈对输入电阻的影响,取决于反馈网络在输出端的连接方式。（1）电压负反馈会降低输出电阻。（2）电流负反馈会增大输出电阻。第42页/共99页射极输出器 电路如图,交流信号从基极输入,从发射极输出,故该电路称射极输出器。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)。特点：1、电压放大倍数接近于12、输入、输出电压同相3、输入电阻很大4、输出电阻很小应用：阻抗匹配、缓冲、隔离。第43页/共99页26 功率放大电路1基本要求 功率放大器作为放大电路
31、的输出级,具有以下几个特点:(1)由于功率放大器的主要任务是向负载提供一定的功率,因而输出电压和电流的幅度足够大;(2)由于输出信号幅度较大,使三极管工作在饱和区与截止区的边沿,因此输出信号存在一定程度的失真;(3)功率放大器在输出功率的同时,三极管消耗的能量亦较大,因此,不可忽视管耗问题。根据功率放大器在电路中的作用及特点,首先要求它输出功率大、非线性失真小、效率高。其次,由于三极管工作在大信号状态,要求它的极限参数ICM、PCM、U（BR）CEO等应满足电路正常工作并留有一定余量,同时还要考虑三极管有良好的散热功能,以降低结温,确保三极管安全工作。第44页/共99页Q（3）、甲乙类 甲乙类
32、放大电路的工作点设在放大区但接近截止区,即三极管处于微导通状态,这样可以有效克服乙类放大电路的失真问题,且能量转换效率也较高,目前使用较广泛。2.功率放大器的分类 根据放大器中三极管静态工作点设置的不同,可分成甲类、乙类和甲乙类三种,如图所示。Q （1）、甲类 甲类放大器的工作点设置在放大区的中间,这种电路的优点是在输入信号的整个周期内三极管都处于导通状态,输出信号失真较小（前面讨论的电压放大器都工作在这种状态）,缺点是三极管有较大的静态电流ICQ,这时管耗PC大,电路能量转换效率低。（2）、乙类 乙类放大器的工作点设置在截止区,这时,由于三极管的静态电流ICQ=0,所以能量转换效率高,它的缺
33、点是只能对半个周期的输入信号进行放大,非线性失真大。Q第45页/共99页二、互补对称功率放大电路1、OTL电路（1）、电路组成及工作原理 这类电路又称无输出变压器的功率放大电路,简称OTL电路。V1为NPN型管,V2为PNP型管,两管参数对称。图中R1、R2为偏置电阻。适当选择R1、R2阻值,可使两管静态时发射极电压为UCC/2,电容C 两端电压也稳定在UCC/2,这样两管的集、射极之间如同分别加上了UCC/2和-UCC/2的电源电压。在输入信号正半周,V3导通,V4截止,V3以射极输出器形式将正向信号传送给负载,同时对电容C2充电;在输入信号负半周时,V3截止,V4导通,电容C2放电,充当V
34、4管直流工作电源,使V4也以射极输出器形式将负向信号传送给负载。这样,负载RL上得到一个完整的信号波形。第46页/共99页1、OCL电路 1.电路组成及工作原理 右图是双电源乙类互补功率放大电路。这类电路又称无输出电容的功率放大电路,简称OCL电路。V1为NPN型管,V2为PNP型管,两管参数对称。（1）静态分析 当输入信号ui=0时,两三极管都工作在截止区,此时IBQ、ICQ、IEQ均为零,负载上无电流通过,输出电压uo=0。（2）动态分析 1）当输入信号为正半周时,ui0,三极管V1导通,V2截止,V1管的射极电流ie1经CC自上而下流过负载,在RL上形成正半周输出电压,uo0。2）当输入
35、信号为负半周时,ui0,三极管V2导通,V1截止,V2管的射极电流ie2经CC自下而上流过负载,在RL上形成负半周输出电压,uou时,uo=Uom （2）当反相端电压大于同相端电压,即uuREF时,uo=Uom，输出低电平 若希望当uiuREF时,uo=Uom,只需将ui与REF调换即可。uREF0时,称过零比较器 2双门限电压比较器 当输出为正向饱和电压om时,将集成运放的同相端电压称为上门限电平,用UTH1表示,则有 当输出为负向饱和电压om时,将集成运放的同 相端电压称为下门限电平,用UTH2表示,则有可以看出,上门限电平UTH1的值比下门限电平UTH2的值大传输特性和回差电压UTH 双
36、门限比较器的传输特性如图所示。我们把上门限电压UTH1与下门限电压UTH2之差称为回差电压,用 回差电压的存在,大大提高了电路的抗干扰能力。只要干扰信号的峰值小于半个回差电压,比较器就不会因为干扰而误动作。第65页/共99页35 集成运放的使用常识 集成运放的用途广泛，在使用前必须进行测试，使用中应注意其电参数和极限参数符合电路要求，同时还应注意以下问题。1.集成运放的输出调零 为了提高集成运放的精度,消除因失调电压和失调电流引起的误差,需要对集成运放进行调零。集成运放的调零电路有两类,一类是内调零,集成运放设有外接调零电路的引线端,按说明书连接即可,例如我们常用的A741,其中电位器RP可选
37、择10k的电位器,如图所示。另一类是外调零,即集成运放没有外接调零电路的引线端,可以在集成运放的输入端加一个补偿电压,以抵消集成运放本身的失调电压,达到调零的目的。常用的辅助调零电路如图所示。第66页/共99页二、集成运放的保护 1、电源保护 为了防止正负电源接反,可用二极管保护,若电源接错,二极管反向截止,集成运放上无电压,如图所示。2、输入端保护 当输入端所加的电压过高时会损坏集成运放,为此,可在输入端加入两个反向并联的二极管,如图所示,将输入电压限制在二极管的正向压降以内。3、输出端保护 为了防止输出电压过大,可利用稳压管来保护,如图所示,将两个稳压管反向串联,就可将输出电压限制在稳压管
38、的稳压值UZ的范围内。第67页/共99页41 正弦波振荡电路的基本原理来看一个在卡拉OK中常见的现象啸叫 声音经话筒拾音、功放扩音后从音箱发出，再经空间传播重新进入话筒、再被放大从音箱出来、再次进入话筒形成循环。类似于啸叫现象：当开关转接到2时就构成了振荡电路一.自激振荡电路的基本组成要形成振荡,电路中必须包含以下组成部分:放大器;正反馈网络;选频网络。基本放大电路反 馈 网 络第68页/共99页这包含着两层含义:（）反馈信号与输入信号大小相等,表示 即:（）反馈信号与输入信号相位相同,表示输入信号经过放大 电路产生的相移A和反馈网络的相移F之和为0,2,4,2n,即 A+F=2n(n=0,1
39、,2,3,)由此可见,自激振荡形成的基本条件是反馈信号与输入信号大小相等、相位相同,即 ,而 可得:.1=FA.Uf iU.=.振幅平衡条件相位平衡条件第69页/共99页 .正弦波振荡的形成过程 放大电路在接通电源的瞬间,随着电源电压由零开始的突然增大,电路受到扰动,在放大器的输入端产生一个微弱的扰动电压ui,经放大器放大、正反馈,再放大、再反馈,如此反复循环,输出信号的幅度很快增加。这个扰动电压包括从低频到甚高频的各种频率的谐波成分。为了能得到我们所需要频率的正弦波信号,必须增加选频网络,只有在选频网络中心频率上的信号能通过,其他频率的信号被抑制,在输出端就会得到如图的ab段所示的起振波形。
40、那么,振荡电路在起振以后,振荡幅度会不会无休止地增长下去了呢？这就需要增加稳幅环节,当振荡电路的输出达到一定幅度后,稳幅环节就会使输出减小,维持一个相对稳定的稳幅振荡,如图的bc段所示。也就是说,在振荡建立的初期,必须使反馈信号大于原输入信号,反馈信号一次比一次大,才能使振荡幅度逐渐增大;当振荡建立后,还必须使反馈信号等于原输入信号,才能使建立的振荡得以维持下去。第70页/共99页42 LC 正弦波振荡电路先看看是否为正反馈变压器反馈式LC 振荡电路 电路如图选频网络反馈网络是正反馈第71页/共99页看看是否满足条件（1）相位平衡条件。为了满足相位平衡条件,变压器初次级之间的同名端必须正确连接
41、，电路振荡时,f=f0,LC回路的谐振阻抗是纯电阻性,由图中L1及L2同名端可知,反馈信号与输出电压极性相反,即F=180。于是A+F=360,保证了电路的正反馈,满足振荡的相位平衡条件。对频率ff0的信号,LC回路的阻抗不是纯阻抗,而是感性或容性阻抗。此时,LC 回路对信号会产生附加相 移,造成F180,那A+F360,不能满足相位平衡条件,电路也不可能产生 振荡。由此可见,LC振荡电路只有在f=f0 这个频率上,才有可能振荡。（2）幅度条件。为了满足幅度条件AF1,对晶体管的值有一定要求。一般只要值较大,就能满足振幅平衡条件。反馈线圈匝数越多,耦合越强,电路越容易起振。电路优缺点 (1)易
42、起振,输出电压较大。由于采用变压器耦合,易满 足阻抗匹配的要求。(2)调频方便。一般在LC回路中采用接入可变电容器的方 法来实现,调频范围较宽,工作频率通常在几兆赫左右 (3)输出波形不理想。由于反馈电压取自电感两端,它对高 次谐波的阻抗大,反馈也强,因此在输出波形中含有较 多高次谐波成分。第72页/共99页 RC正弦波振荡电路结构简单,性能可靠,用来产生几兆赫兹以下的低频信号,常用的RC振荡电路有RC桥式振荡电路和移相式振荡电路。1.RC桥式振荡电路43 RC振荡电路第73页/共99页二、RC串并联网络的选频特性 RC串并联网络由R2和C2并联后与R1和C1串联组成,如图所示。第74页/共9
43、9页 当f=f0时,电压传输系数最大,其值为:F=1/3,相角为零,即F=0。此时,输出电压与输入电压同相位。当ff0时,F1/3,且F0,此时输出电压的相位滞后或超前于输入电压。由以上分析可知:RC串 并 联 网 络 只 在 f=f0=1/2RC 时,输出幅度最大,而且输出电压与输入电压同相,即相位移为零。所以,RC串并联网络具有选频特性。第75页/共99页44 石英晶体振荡电路一、石英晶体的特点 石英晶体谐振器是晶振电路的核心元件,其结构和外形如图所示。一、石英晶体的特点 石英晶体谐振 器是从一块石英晶体上按确定的方位角切下的薄片,这种晶片可以是正方形、矩形或圆形、音叉形的,然后将晶片的两
44、个对应表面上涂敷银层,并装上一对金属板,接出引线,封装于金属壳内。为什么石英晶体能作为一个谐振回路,而且具有极高的频率稳定度呢？这要从石英晶体的固有特性来进行分析。物理学的研究表明,当石英晶体受到交变电场作用时,即在两极板上加以交流电压,石英晶体便会产生机械振动。反过来,若对石英晶体施加周期性机械力,使其发生振动,则又会在晶体表面出现相应的交变电场和电荷,即在极板上有交变电压。当外加电场的频率等于晶体的固有频率时,便会产生“机电共振”,振幅明显加大,这种现象称为压电谐振。它与LC回路的谐振现象十分相似。第76页/共99页二、石英晶体振荡电路 石英晶体振荡器可以归结为两类,一类称为并联型,另一类
45、称为串联型。前者的振荡频率接近于fp,后者的振荡频率接近于fs。图示为并联型石英晶体振荡器。当f0在 fsfp的窄小的频率范围内时,晶体在电路中起一个电感作用,它与C1、C2组成电容反馈式振荡电路。图示为串联型石英晶体振荡电路。作 业P861、2、3、4第77页/共99页电源适配器市电220V交流直流51 单相整流电路第78页/共99页CH120mS622Vpp交流电特性：大小和方向作周期性变化CH11S17Vpp正向负向第79页/共99页实验一：交流电特性的演示实验电路的连接图变压器电流表灯泡第80页/共99页直流电特性：大小和方向都稳定不变第81页/共99页能直接使用交流电作为电源的常见设
46、备电热设备交流异步电动机第82页/共99页内含电源转换的常见设备电子设备第83页/共99页交流电变换成直流电把交流电的方向固定下来把交流电的大小固定下来先固定其大小还是先固定方向？：整流任务一：设计一个整流电路，电路图基本布局如下：整流电路5分钟完成电路图2分钟介绍设计原理5分钟完成电路验证第84页/共99页半波整流电路u0uO=0.45u2iO=iD+_u2ttu0+_ttu0u2第85页/共99页桥式整流电路u2uO=0.9u2iD=0.5iOttu0-+ttu0u2+-第86页/共99页思考：如果桥式整流电路的四个二极管中去掉其中一个（例如D 2），负载电压有何变化？第87页/共99页5
47、3 滤波电路整流滤波交流脉动直流直流如何使断续的水流变得持续平滑？第88页/共99页53 滤波电路滤波脉动直流直流蓄水供水第89页/共99页任务二：设计一个滤波电路，电路图基本布局如下：5分钟完成电路图2分钟介绍设计原理2分钟完成电路验证滤波电路第90页/共99页一、电容滤波电路Ctu2uC电容充电：UC随着U2 增大，同时达到最大值U2U2充电放电电容放电：U2 按正弦规律下降，使U2小于UC，二极管截止，负载由电容供电，UC缓慢下降。第91页/共99页一、电容滤波电路Ctu2uCU2充电电容补充电：UC放电逐渐下降，而U2 按正弦规律逐渐增大，当U2UC时，二极管导通，电源对电容补充电，使
48、电容电压又被提升到U2电容放电：U2 按正弦规律下降，使U2小于UC，二极管截止，负载由电容供电，UC缓慢下降。第92页/共99页一、电容滤波电路Ctu2uCU2 电容滤波使二极管导通时间缩短，只在充电期间导通。uO=1.1u2第93页/共99页二、电感滤波电路楞次定理：电感产生的感应电流总是阻 碍外部电流变化的。U2 增大时：电能转变成磁能储存起来，U2 减少时：磁能转变成电能供给负载。第94页/共99页三、复合滤波电路L型滤波器T 型滤波器型滤波器第95页/共99页课堂小结：电源变换过程u1u2uOuOuO变压市电整流滤波稳压第96页/共99页第97页/共99页课后作业预习稳压电路知识第98页/共99页感谢您的观看！第99页/共99页