項(xiàng)目6 常用半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用課件

1、項(xiàng)目6常用半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用項(xiàng)目項(xiàng)目6常用半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用常用半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用任務(wù)分析任務(wù)分析3相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)4任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施5歸納總結(jié)歸納總結(jié)6學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1任務(wù)提出任務(wù)提出2學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)v (1) (1) 了解半導(dǎo)體的基本知識(shí)和了解半導(dǎo)體的基本知識(shí)和PNPN結(jié)的形成及特性。結(jié)的形成及特性。v (2) (2) 掌握二極管、三極管電路的分析方法。掌握二極管、三極管電路的分析方法。v (3) (3) 集成運(yùn)算放大器的電路構(gòu)成、特點(diǎn)、主要技術(shù)指標(biāo)集成運(yùn)算放大器的電路構(gòu)成、特點(diǎn)、主要技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用。及應(yīng)用。v (4) (4) 了解模擬電路的應(yīng)用。了解模擬電路的應(yīng)用。v 現(xiàn)代化的電子設(shè)

2、備都是以半導(dǎo)體器件和集成電路為基礎(chǔ)現(xiàn)代化的電子設(shè)備都是以半導(dǎo)體器件和集成電路為基礎(chǔ)的，尤其是二極管、三極管等，是構(gòu)成集成電路的基本的，尤其是二極管、三極管等，是構(gòu)成集成電路的基本單元，被廣泛的應(yīng)用在各種電子電路中。近年來(lái)，集成單元，被廣泛的應(yīng)用在各種電子電路中。近年來(lái)，集成電路特別是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使各種電路特別是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，使各種工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備和電子設(shè)備在微型化、可靠性等方面工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備和電子設(shè)備在微型化、可靠性等方面大步向前推進(jìn)。為了正確和有效地運(yùn)用半導(dǎo)體器件，必大步向前推進(jìn)。為了正確和有效地運(yùn)用半導(dǎo)體器件，必須對(duì)它們的工作原理和性能有一個(gè)基本的認(rèn)

3、識(shí)。須對(duì)它們的工作原理和性能有一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。任務(wù)提出任務(wù)提出 汽車電器用的是直流電，但發(fā)電機(jī)發(fā)出的是交流汽車電器用的是直流電，但發(fā)電機(jī)發(fā)出的是交流電。那么是如何將交流電轉(zhuǎn)換成直流呢？半導(dǎo)體器電。那么是如何將交流電轉(zhuǎn)換成直流呢？半導(dǎo)體器件還有什么應(yīng)用呢？件還有什么應(yīng)用呢？任務(wù)分析任務(wù)分析 汽車用交流發(fā)電機(jī)，一般是由三相同步交流發(fā)電機(jī)汽車用交流發(fā)電機(jī)，一般是由三相同步交流發(fā)電機(jī)和硅二極管整流器兩大部分組成。和硅二極管整流器兩大部分組成。 交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用來(lái)建立磁場(chǎng)，定子是用來(lái)產(chǎn)生交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用來(lái)建立磁場(chǎng)，定子是用來(lái)產(chǎn)生交流電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)硅二極管整流器整流成直流電，向用交流電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)硅二

4、極管整流器整流成直流電，向用電設(shè)備提供電源，并向蓄電池充電。硅二極管就是半導(dǎo)電設(shè)備提供電源，并向蓄電池充電。硅二極管就是半導(dǎo)體器件。下面來(lái)了解一下二極管和三極管及它們的應(yīng)用。體器件。下面來(lái)了解一下二極管和三極管及它們的應(yīng)用。交流發(fā)電機(jī)交流發(fā)電機(jī)相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)任務(wù)任務(wù)6.16.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)任務(wù)任務(wù)6.26.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管任務(wù)任務(wù)6.36.3半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管任務(wù)任務(wù)6.46.4集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用任務(wù)任務(wù)6.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)半半 導(dǎo)導(dǎo) 體體1PN節(jié)及其單向?qū)щ娦怨?jié)及其單向?qū)щ娦?6.1.1半導(dǎo)體半導(dǎo)體 半導(dǎo)體就是

5、導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，自然界中的硅、鍺、硒以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物就是半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體中的電子對(duì)不像絕緣體中的電子對(duì)那樣被緊緊束縛，在獲得一定能量(熱能)后，共價(jià)鍵中的價(jià)電子便掙脫原子核的束縛而成為自由電子，自由電子帶負(fù)電。此時(shí)，共價(jià)鍵中空出的位置稱為空穴，空穴帶正電。自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，它們都稱為載流子。因?yàn)?，在外電?chǎng)的作用下，這些帶負(fù)電的自由電子會(huì)逆著電場(chǎng)的方向移動(dòng)而形成電流，稱之為電子導(dǎo)電；與此同時(shí)，這些帶正電的空穴會(huì)沿著電場(chǎng)的方向移動(dòng)而形成電流，稱之為空穴導(dǎo)電。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目與溫度有關(guān)，溫度越高時(shí)載流子的數(shù)目越多，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能越好。因此，

6、溫度對(duì)半導(dǎo)體元器件的性能影響很大。1半導(dǎo)體及其導(dǎo)電方式半導(dǎo)體及其導(dǎo)電方式6.1.1半導(dǎo)體半導(dǎo)體 在硅或鍺單晶體中摻入微量的五價(jià)元素磷后，由于磷原子參加共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)只需要四個(gè)價(jià)電子，其多余的一個(gè)價(jià)電子很容易脫離原子核的束縛而成為自由電子，如圖6-1(a)所示。于是，半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大量增加，導(dǎo)電性能顯著增強(qiáng)。由于這種半導(dǎo)體的自由電子為多數(shù)(多數(shù)載流子)，空穴為少數(shù)(少數(shù)載流子)，電子導(dǎo)電是主要的導(dǎo)電方式，因此將這種半導(dǎo)體稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。 在硅或鍺單晶體中摻入微量的三價(jià)元素硼后，由于硼原子參加共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)需要四個(gè)價(jià)電子，其缺少的一個(gè)價(jià)電子使硅或鍺原子產(chǎn)生一個(gè)空穴，如圖6-1(b)所示

7、。于是，半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量增加，導(dǎo)電性能顯著增強(qiáng)。由于這種半導(dǎo)體的空穴為多數(shù)(多數(shù)載流子)，自由電子為少數(shù)(少數(shù)載流子)，空穴導(dǎo)電是主要的導(dǎo)電方式，因此將這種半導(dǎo)體稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。2 N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體6.1.1半導(dǎo)體半導(dǎo)體圖圖6-1雜質(zhì)半導(dǎo)體示意圖雜質(zhì)半導(dǎo)體示意圖6.1.2PN節(jié)及其單向?qū)щ娦怨?jié)及其單向?qū)щ娦?擴(kuò)散后，單晶體結(jié)合部擴(kuò)散后，單晶體結(jié)合部P區(qū)一邊將留下一些負(fù)離子，區(qū)一邊將留下一些負(fù)離子，N區(qū)一邊區(qū)一邊將留下一些正離子，它們形成的電場(chǎng)稱為空間電荷區(qū)、即將留下一些正離子，它們形成的電場(chǎng)稱為空間電荷區(qū)、即PN結(jié)結(jié)。PN結(jié)中的電場(chǎng)稱為內(nèi)電場(chǎng)，其方向由

8、結(jié)中的電場(chǎng)稱為內(nèi)電場(chǎng)，其方向由N區(qū)指向區(qū)指向P區(qū)，如圖區(qū)，如圖6-2(b)所示。所示。 在這個(gè)單晶體中，將在這個(gè)單晶體中，將P型半導(dǎo)體的一邊稱為型半導(dǎo)體的一邊稱為P區(qū)，將區(qū)，將N型半導(dǎo)體的一型半導(dǎo)體的一邊稱為邊稱為N區(qū)。區(qū)。P區(qū)的空穴濃度高，自由電子濃度低；區(qū)的空穴濃度高，自由電子濃度低；N區(qū)的自由電子濃度區(qū)的自由電子濃度高，空穴濃度低。由于單晶體兩邊的載流子濃度不同，載流子會(huì)由濃度高，空穴濃度低。由于單晶體兩邊的載流子濃度不同，載流子會(huì)由濃度高的一邊向濃度低的一邊擴(kuò)散，即高的一邊向濃度低的一邊擴(kuò)散，即P區(qū)的空穴向區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散、區(qū)擴(kuò)散、N區(qū)的自由電區(qū)的自由電子向子向P區(qū)擴(kuò)散，如圖區(qū)擴(kuò)散，

9、如圖6-2(a)所示。所示。 采用一定的工藝，在一塊單晶體的兩邊摻入不同的雜采用一定的工藝，在一塊單晶體的兩邊摻入不同的雜質(zhì)，使單晶體的兩邊分別形成質(zhì)，使單晶體的兩邊分別形成P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，型半導(dǎo)體，其結(jié)合部就是其結(jié)合部就是PN結(jié)。結(jié)。6.1.2PN節(jié)及其單向?qū)щ娦怨?jié)及其單向?qū)щ娦詖 內(nèi)電場(chǎng)有兩方面作用：一方面對(duì)多數(shù)載流子內(nèi)電場(chǎng)有兩方面作用：一方面對(duì)多數(shù)載流子(P(P區(qū)的空穴區(qū)的空穴和和N N區(qū)的自由電子區(qū)的自由電子) )的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，即內(nèi)電場(chǎng)起的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，即內(nèi)電場(chǎng)起阻擋作用，因此空間電荷區(qū)又稱為阻擋層；另一方面卻阻擋作用，因此空間電荷區(qū)又稱為阻擋層；另一方

10、面卻推動(dòng)少數(shù)載流子推動(dòng)少數(shù)載流子(P(P區(qū)的自由電子和區(qū)的自由電子和N N區(qū)的空穴區(qū)的空穴) )越過(guò)空間越過(guò)空間電荷區(qū)，少數(shù)載流子在電場(chǎng)力作用下有規(guī)則地越過(guò)空間電荷區(qū)，少數(shù)載流子在電場(chǎng)力作用下有規(guī)則地越過(guò)空間電荷區(qū)的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。電荷區(qū)的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。圖圖6-2PN結(jié)的形成結(jié)的形成6.1.2PN節(jié)及其單向?qū)щ娦怨?jié)及其單向?qū)щ娦匀绻谌绻赑N結(jié)上加上反向電壓結(jié)上加上反向電壓(也稱為反向偏置也稱為反向偏置)，即外電源的負(fù)、正極，即外電源的負(fù)、正極分別與分別與P、N區(qū)連接，如圖區(qū)連接，如圖6-3(b)所示。那么，內(nèi)電場(chǎng)被方向相同的外所示。那么，內(nèi)電場(chǎng)被方向相同的外電場(chǎng)加強(qiáng)，阻擋層變寬，使多

11、數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受到極大的阻礙，電場(chǎng)加強(qiáng)，阻擋層變寬，使多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受到極大的阻礙，同時(shí)卻使少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)得到加強(qiáng)，形成一定的漂移電流。這同時(shí)卻使少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)得到加強(qiáng)，形成一定的漂移電流。這個(gè)漂移電流持續(xù)地從個(gè)漂移電流持續(xù)地從N區(qū)流向區(qū)流向P區(qū)，我們稱之為反向電流。由于反向電區(qū)，我們稱之為反向電流。由于反向電流是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，其數(shù)值不大。此時(shí)，流是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，其數(shù)值不大。此時(shí)，PN結(jié)處于結(jié)處于反向截止?fàn)顟B(tài)。溫度越高時(shí)，載流子的數(shù)目越多，反向電流也越大。反向截止?fàn)顟B(tài)。溫度越高時(shí)，載流子的數(shù)目越多，反向電流也越大。如果在如果在PN結(jié)上加上正

12、向電壓結(jié)上加上正向電壓(也稱為正向偏置也稱為正向偏置)，即外電源的正、，即外電源的正、負(fù)極分別與負(fù)極分別與P、N區(qū)連接，如圖區(qū)連接，如圖6-3(a)所示。那么，內(nèi)電場(chǎng)被方所示。那么，內(nèi)電場(chǎng)被方向相反的外電場(chǎng)削弱，阻擋層變窄，使多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)向相反的外電場(chǎng)削弱，阻擋層變窄，使多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。這個(gè)擴(kuò)散電流在外電源不斷提供加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。這個(gè)擴(kuò)散電流在外電源不斷提供電荷的情況下持續(xù)地從電荷的情況下持續(xù)地從P區(qū)流向區(qū)流向N區(qū)，我們稱之為正向電流。此區(qū)，我們稱之為正向電流。此時(shí)，時(shí)，PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)。結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)。6.1.2PN節(jié)及其單向?qū)щ娦怨?jié)

13、及其單向?qū)щ娦詖 可見，可見，PNPN結(jié)正向偏置時(shí)導(dǎo)通、反向偏置時(shí)截止，結(jié)正向偏置時(shí)導(dǎo)通、反向偏置時(shí)截止，PNPN結(jié)具結(jié)具有單向?qū)щ娦?。有單向?qū)щ娦?。圖圖6-3PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦韵嚓P(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)任務(wù)任務(wù)6.16.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)任務(wù)任務(wù)6.26.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管任務(wù)任務(wù)6.36.3半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管任務(wù)任務(wù)6.46.4集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用任務(wù)任務(wù)6.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管普通半導(dǎo)體二極管普通半導(dǎo)體二極管1穩(wěn)壓管及發(fā)光二極管穩(wěn)壓管及發(fā)光二極管2整整 流流 電電 路路36.2.1普通半導(dǎo)體二極管普通半導(dǎo)體二極管（1 1）基

14、本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)在PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線和外殼就做成了半導(dǎo)體二極管。由P區(qū)引出的電極稱為陽(yáng)極或正極，由N區(qū)引出的電極稱為陰極或負(fù)極，普通半導(dǎo)體二極管的圖形符號(hào)如圖6-4(a)所示。普通半導(dǎo)體二極管按結(jié)構(gòu)可分為點(diǎn)接觸型二極管和面接觸型二極管兩種，如圖6-4(b)、(c)所示。（2 2）伏安特性）伏安特性二極管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)PN結(jié)，它具有單向?qū)щ娦裕瓒O管的伏安特性如圖6-5所示。1)反向擊穿2)反向擊穿電壓，用符號(hào)UBR表示3)熱擊穿。（3 3）主要參數(shù)）主要參數(shù)為了合理、安全地使用二極管，除了掌握二極管的伏安特性外，還應(yīng)該掌握二極管的參數(shù)。二極管的主要參數(shù)有下面幾個(gè)。1) 最大整流電流IFM

15、。2) 最大反向電壓URM。3) 最大反向電流IRM。6.2.1普通半導(dǎo)體二極管普通半導(dǎo)體二極管圖圖6-4半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管圖圖6-5二極管伏安特性二極管伏安特性6.2.2穩(wěn)壓管及發(fā)光二極管穩(wěn)壓管及發(fā)光二極管2復(fù)合分組體系復(fù)合分組體系發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱LED，是一種固態(tài)PN結(jié)器件，利用半導(dǎo)體通電過(guò)程中自由電子與空穴復(fù)合時(shí)的輻射發(fā)光效應(yīng)工作。發(fā)光二極管常用砷化鎵、磷化鎵等材料制成，其圖形符號(hào)如圖6-7所示。1.穩(wěn)壓管的伏安特性及主要參數(shù)穩(wěn)壓管的伏安特性及主要參數(shù) 穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型硅二極管，其摻入的雜質(zhì)濃度較高、PN結(jié)較薄。穩(wěn)壓管的圖形符號(hào)和伏安特性曲線如圖6-6所示， 穩(wěn)壓管的主要參

16、數(shù)有以下幾點(diǎn)。(1) 穩(wěn)定電壓UZ。(2) 穩(wěn)定電流IZ。(3) 最大穩(wěn)定電流IZM。(4) 動(dòng)態(tài)電阻rZ。 (5) 最大允許耗散功率PZM。即:ZZZUrIZMZZMPU I6.2.2穩(wěn)壓管及發(fā)光二極管穩(wěn)壓管及發(fā)光二極管圖圖6-6穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管圖圖6-7發(fā)光二極管圖形符號(hào)發(fā)光二極管圖形符號(hào)6.2.3整流電路整流電路 生產(chǎn)和生活中的某些方面常常用到直流電源生產(chǎn)和生活中的某些方面常常用到直流電源，如電解、電鍍、電池充電、電子線路、直流電，如電解、電鍍、電池充電、電子線路、直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)等均需要直流電源供電。直流發(fā)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)等均需要直流電源供電。直流發(fā)電機(jī)可以提供直流電源，但是直流發(fā)電機(jī)的初

17、投資機(jī)可以提供直流電源，但是直流發(fā)電機(jī)的初投資較大、能耗較大、所占的空間也較大，而且還有較大、能耗較大、所占的空間也較大，而且還有噪音，目前已經(jīng)很少采用。取而代之的是，利用噪音，目前已經(jīng)很少采用。取而代之的是，利用半導(dǎo)體元器件將交流電源變換成直流電源，這一半導(dǎo)體元器件將交流電源變換成直流電源，這一過(guò)程就稱為整流。過(guò)程就稱為整流。相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)任務(wù)任務(wù)6.16.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)任務(wù)任務(wù)6.26.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管任務(wù)任務(wù)6.36.3半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管任務(wù)任務(wù)6.46.4集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用任務(wù)任務(wù)6.3半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1半導(dǎo)體三極

18、管的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu)2電流分配和放大原理電流分配和放大原理3特性曲線特性曲線4三極管的參數(shù)三極管的參數(shù)5基本交流放大電路的組成及分析基本交流放大電路的組成及分析6.3.1半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu)v 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管( (簡(jiǎn)稱三極管或晶體管簡(jiǎn)稱三極管或晶體管) )是通過(guò)一定的工是通過(guò)一定的工藝，在一整塊半導(dǎo)體基片上形成兩個(gè)藝，在一整塊半導(dǎo)體基片上形成兩個(gè)PNPN結(jié)的器件，其結(jié)結(jié)的器件，其結(jié)構(gòu)及圖形符號(hào)如圖構(gòu)及圖形符號(hào)如圖6-86-8所示。所示。圖圖6-8三極管結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)三極管結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)6.3.2電流分配和放大原理電流分配和放大原理v 三極管具

19、有電流放大作用，如果在基極三極管具有電流放大作用，如果在基極B B輸入一個(gè)較小的輸入一個(gè)較小的電流電流I IB B，那么在集電極，那么在集電極C(C(或發(fā)射極或發(fā)射極E)E)輸出一個(gè)較大的電輸出一個(gè)較大的電流流I IC C( (或或I IE E) )。我們可以用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明三極管的電流。我們可以用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明三極管的電流放大作用，實(shí)驗(yàn)電路如圖放大作用，實(shí)驗(yàn)電路如圖6-96-9所示。所示。圖圖6-9三極管電流放大實(shí)驗(yàn)電路三極管電流放大實(shí)驗(yàn)電路6.3.2電流分配和放大原理電流分配和放大原理v 將三極管看成一個(gè)廣義節(jié)點(diǎn)時(shí)，流出該節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極電將三極管看成一個(gè)廣義節(jié)點(diǎn)時(shí)，流出該節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極電流流I

20、 IE E與流入該節(jié)點(diǎn)的基極電流與流入該節(jié)點(diǎn)的基極電流I IB B、集電極電流、集電極電流I IC C之間符合之間符合基爾霍夫電流定律，即基爾霍夫電流定律，即v 當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置時(shí)，三極管的基極當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置時(shí)，三極管的基極電流遠(yuǎn)小于發(fā)射極和集電極的電流，即三極管具有電流電流遠(yuǎn)小于發(fā)射極和集電極的電流，即三極管具有電流放大作用，有放大作用，有v 且集電極電流且集電極電流I IC C與基極電流與基極電流I IB B的比值在一定范圍內(nèi)近似的比值在一定范圍內(nèi)近似為一個(gè)常數(shù)，即為一個(gè)常數(shù)，即EBCIIIBECIIICBII常數(shù)常數(shù)6.3.2電流分配和放大原理電流分配和

21、放大原理v 電流放大作用也表現(xiàn)在基極電流的微小變化可以引起集電流放大作用也表現(xiàn)在基極電流的微小變化可以引起集電極電流的很大變化上，集電極電流的變化量電極電流的很大變化上，集電極電流的變化量I IC C與基與基極電流的變化量極電流的變化量I IB B之比值在一定范圍內(nèi)近似為一個(gè)常之比值在一定范圍內(nèi)近似為一個(gè)常數(shù)，即數(shù)，即v 基極電路開路，即基極電路開路，即I IB B=0=0時(shí)，時(shí)，I IC C 0 0，此時(shí)的集電極電流稱，此時(shí)的集電極電流稱為穿透電流，用符號(hào)為穿透電流，用符號(hào)I ICEOCEO表示。表示。v 三極管的電流放大作用實(shí)際上是內(nèi)部條件與外部條件相三極管的電流放大作用實(shí)際上是內(nèi)部條件與

22、外部條件相結(jié)合的結(jié)果。結(jié)合的結(jié)果。CBII常數(shù)常數(shù)6.3.3特性曲線特性曲線v 三極管的特性曲線分為輸入特性曲線和輸出特性曲線，三極管的特性曲線分為輸入特性曲線和輸出特性曲線，輸入特性曲線反映三極管的輸入電流與輸入電壓之間的輸入特性曲線反映三極管的輸入電流與輸入電壓之間的關(guān)系，輸出特性曲線反映三極管的輸出電流與輸出電壓關(guān)系，輸出特性曲線反映三極管的輸出電流與輸出電壓之間的關(guān)系，它們反映了三極管的性能，是分析放大電之間的關(guān)系，它們反映了三極管的性能，是分析放大電路的重要依據(jù)。路的重要依據(jù)。輸入特性曲線輸入特性曲線1輸出特性曲線輸出特性曲線26.3.3.1輸入特性曲線輸入特性曲線v 輸入特性曲線是

23、指保持集電極與發(fā)射極之間的電壓輸入特性曲線是指保持集電極與發(fā)射極之間的電壓U UCECE不不變時(shí)，基極電流變時(shí)，基極電流I IB B與發(fā)射結(jié)正向電壓與發(fā)射結(jié)正向電壓U UBEBE的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線I IB B= =f f( (U UBEBE) )，如圖，如圖6-106-10所示。所示。圖圖6-10三極管輸入特性曲線三極管輸入特性曲線6.3.3.2輸出特性曲線輸出特性曲線v 輸出特性曲線是指保持基極電流輸出特性曲線是指保持基極電流I IB B不變時(shí)，集電極電流不變時(shí)，集電極電流I IC C與集電極一發(fā)射極之間電壓與集電極一發(fā)射極之間電壓U UCECE的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線I IC C= =f f

24、( (U UCECE) )，如圖如圖6-116-11所示為基極電流取不同的值時(shí)所對(duì)應(yīng)的一組輸所示為基極電流取不同的值時(shí)所對(duì)應(yīng)的一組輸出特性曲線。出特性曲線。圖圖6-11三極管輸出特性曲線三極管輸出特性曲線6.3.3.2輸出特性曲線輸出特性曲線v 從圖中看出以下幾點(diǎn)。從圖中看出以下幾點(diǎn)。1 UCE1V后，集電極一發(fā)射電壓后，集電極一發(fā)射電壓UCE的改變不會(huì)引起集電極的改變不會(huì)引起集電極電流電流IC的明顯改變，說(shuō)明三極管具有恒流特性。因?yàn)榈拿黠@改變，說(shuō)明三極管具有恒流特性。因?yàn)閁CE1V后，集電結(jié)已反向偏置，內(nèi)電場(chǎng)的電場(chǎng)力已經(jīng)足以將發(fā)射區(qū)后，集電結(jié)已反向偏置，內(nèi)電場(chǎng)的電場(chǎng)力已經(jīng)足以將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基

25、區(qū)的自由電子收集到集電區(qū)，再改變擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子收集到集電區(qū)，再改變UCE的值對(duì)集電的值對(duì)集電極電流極電流IC影響不大。影響不大。2 改變基極電流改變基極電流IB可以使集電極電流可以使集電極電流IC發(fā)生較大變化，說(shuō)明三發(fā)生較大變化，說(shuō)明三極管具有電流控制及電流放大作用。極管具有電流控制及電流放大作用。 三極管具有電流放大作用，電流放大系數(shù)為三極管具有電流放大作用，電流放大系數(shù)為CB1.741.14600.030.02II6.3.3.2輸出特性曲線輸出特性曲線v 從三極管的輸出特性還可以看出，它分為以下從三極管的輸出特性還可以看出，它分為以下3 3個(gè)工作區(qū)。個(gè)工作區(qū)。v 由于三極管可以處于飽

26、和及截止?fàn)顟B(tài)，因此三極管還具由于三極管可以處于飽和及截止?fàn)顟B(tài)，因此三極管還具有開關(guān)作用，常作為電子開關(guān)使用。有開關(guān)作用，常作為電子開關(guān)使用。 放放 大大 區(qū)區(qū)01截截 止止 區(qū)區(qū)02飽飽 和和 區(qū)區(qū)036.3.4三極管的參數(shù)三極管的參數(shù)1 1、電流放大系數(shù)、電流放大系數(shù) 、2 2、集、集基極反向飽和電流基極反向飽和電流I ICBOCBO3 3、集、集射極穿透電流射極穿透電流I ICEOCEO4 4、集電極最大允許電流、集電極最大允許電流I ICMCM5 5、集、集射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓U U(BR)CEO(BR)CEO6 6、集電極最大允許耗散功率、集電極最大允許耗散功率P PCMC

27、M6.3.5基本交流放大電路的組成及分析基本交流放大電路的組成及分析基本交流放大電路的組成基本交流放大電路的組成1靜態(tài)分析靜態(tài)分析2動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析3放大電路的主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)放大電路的主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)46.3.5.1基本交流放大電路的組成基本交流放大電路的組成v 如圖如圖6-126-12所示是一個(gè)共射極接法的單管交流放大電路。所示是一個(gè)共射極接法的單管交流放大電路。輸入端輸入端( (基極與發(fā)射極之間基極與發(fā)射極之間) )連接待放大的交流信號(hào)電壓連接待放大的交流信號(hào)電壓u ui i( (可以是微弱的無(wú)線電信號(hào)或傳感器輸出的微弱電信可以是微弱的無(wú)線電信號(hào)或傳感器輸出的微弱電信號(hào)號(hào)) )，輸出端，

28、輸出端( (集電極與發(fā)射極之間集電極與發(fā)射極之間) )開路，輸出電壓為開路，輸出電壓為u uo o。圖圖6-12基本放大電路基本放大電路6.3.5.1基本交流放大電路的組成基本交流放大電路的組成v 電路中各元件的作用如下所述。電路中各元件的作用如下所述。電容電容C1、C24.電阻電阻RB、RC3.電源電源UCC2.三極管三極管V1.6.3.5.2靜態(tài)分析靜態(tài)分析v 交流放大電路沒有交流電信號(hào)輸入交流放大電路沒有交流電信號(hào)輸入( (u ui i=0=0，i ii i=0)=0)時(shí)的工時(shí)的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。交流放大電路處于靜態(tài)時(shí)，電路中的作狀態(tài)稱為靜態(tài)。交流放大電路處于靜態(tài)時(shí)，電路中的電壓、電流都

29、是直流電，可以用其直流通路來(lái)分析，如電壓、電流都是直流電，可以用其直流通路來(lái)分析，如圖圖6 61313所示。對(duì)交流放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析的目的就是所示。對(duì)交流放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析的目的就是計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。放大電路靜態(tài)時(shí)的計(jì)算放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。放大電路靜態(tài)時(shí)的I IB B、I Ic c、U UCECE對(duì)應(yīng)于三極管輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，稱之為對(duì)應(yīng)于三極管輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，稱之為靜態(tài)工作點(diǎn)，用符號(hào)靜態(tài)工作點(diǎn)，用符號(hào)Q Q表示。靜態(tài)工作點(diǎn)表示。靜態(tài)工作點(diǎn)Q Q是放大器工作是放大器工作的基礎(chǔ)，如果的基礎(chǔ)，如果Q Q點(diǎn)的設(shè)置不合理或點(diǎn)的設(shè)置不合理或Q Q點(diǎn)不穩(wěn)定，那么放大點(diǎn)不穩(wěn)定，那么

30、放大電路的性能低或不能正常工作。電路的性能低或不能正常工作。圖圖6-13基本放大電路的直流通路基本放大電路的直流通路6.3.5.2靜態(tài)分析靜態(tài)分析v (1) (1) 靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算。靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算。v 靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算常常采用圖解法和估算法，這里介紹靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算常常采用圖解法和估算法，這里介紹估算法。在圖估算法。在圖6-136-13電路中，如果已知各元件的參數(shù)值及電路中，如果已知各元件的參數(shù)值及三極管的放大倍數(shù)三極管的放大倍數(shù) ，則可以按以下方法估算出靜態(tài)工作，則可以按以下方法估算出靜態(tài)工作點(diǎn)點(diǎn)Q Q( (I IB B、I IC C、U UCECE) )。v 根據(jù)基爾霍夫電壓定律，得根

31、據(jù)基爾霍夫電壓定律，得v 靜態(tài)基極電流為靜態(tài)基極電流為v 由式由式(6-3)(6-3)得，靜態(tài)時(shí)集電極電流為得，靜態(tài)時(shí)集電極電流為v 靜態(tài)時(shí)集電極發(fā)射極間電壓為靜態(tài)時(shí)集電極發(fā)射極間電壓為BBBECCR IUUCCBEBBUUIRCBCEOBIIIICECCCCUUI R6.3.5.2靜態(tài)分析靜態(tài)分析v (2) (2) 靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置。靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置。 靜態(tài)工作點(diǎn)Q的設(shè)置不合適時(shí)，會(huì)引起輸出波形失真。輸出信號(hào)的波形與輸入信號(hào)的波形不相像或不成線性關(guān)系時(shí)稱為失真，也稱非線性失真。 當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)太低時(shí)，三極管在輸入的交流電壓信號(hào)ui負(fù)半周的一段時(shí)間里處于截止?fàn)顟B(tài)，放大電路不輸出交流電壓信號(hào)而引起輸出

32、電壓UCE失真時(shí)稱之為截止失真。 當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)太高時(shí)，三極管在輸入交流電壓信號(hào)ui正半周的一段時(shí)間里處于飽和狀態(tài)，放大電路輸出的交流電壓信號(hào)得不到線性的放大而引起輸出電壓uCE失真。 為避免波形失真，負(fù)載一定時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在三極管輸出特性上既不靠近飽和區(qū)又不靠近截止區(qū)的位置。靜態(tài)工作點(diǎn)可以通過(guò)改變電阻RB、RC及電源UCC的值加以調(diào)整。6.3.5.2靜態(tài)分析靜態(tài)分析v (3) (3) 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。v 由于三極管的一些參數(shù)會(huì)隨著溫度的變化而變化，因此由于三極管的一些參數(shù)會(huì)隨著溫度的變化而變化，因此靜態(tài)工作點(diǎn)的位置會(huì)隨著溫度的變化而變動(dòng)。例如，當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)的位置會(huì)隨著溫

33、度的變化而變動(dòng)。例如，當(dāng)溫度升高時(shí)，溫度升高時(shí)，值增大，值增大，I IC C增大，靜態(tài)工作點(diǎn)位置上移。增大，靜態(tài)工作點(diǎn)位置上移。v 為了降低溫度變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響程度，常采用分為了降低溫度變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響程度，常采用分壓式偏置電路，如圖壓式偏置電路，如圖6-146-14所示。從圖中看出，當(dāng)所示。從圖中看出，當(dāng) 、即、即I IB B可以忽略時(shí)，三極管的基極電位可以忽略時(shí)，三極管的基極電位U UB B為為圖圖6-14分壓式偏置電路分壓式偏置電路B2B2B2CCB1B2RUI RURR6.3.5.3動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析v 交流放大電路有交流電信號(hào)輸入交流放大電路有交流電信號(hào)輸入( (u ui

34、i 0 0，i ii i 0) 0)時(shí)的工作時(shí)的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。交流放大電路處于動(dòng)態(tài)時(shí)，電路中的電狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。交流放大電路處于動(dòng)態(tài)時(shí)，電路中的電壓、電流是一個(gè)直流量與一個(gè)交流量的疊加，因此不能壓、電流是一個(gè)直流量與一個(gè)交流量的疊加，因此不能利用其直流通路來(lái)進(jìn)行分析。但是，當(dāng)輸入信號(hào)是變化利用其直流通路來(lái)進(jìn)行分析。但是，當(dāng)輸入信號(hào)是變化范圍比較小的交流電信號(hào)時(shí)，我們可以把輸入、輸出特范圍比較小的交流電信號(hào)時(shí)，我們可以把輸入、輸出特性均為非線性的三極管用一個(gè)線性的等效電路來(lái)代替，性均為非線性的三極管用一個(gè)線性的等效電路來(lái)代替，這個(gè)電路稱為三極管的微變等效電路。對(duì)交流放大電路這個(gè)電路稱為三極管的

35、微變等效電路。對(duì)交流放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的目的，就是確定放大電路的輸入電阻、進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的目的，就是確定放大電路的輸入電阻、輸出電阻和電壓放大倍數(shù)等主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)。輸出電阻和電壓放大倍數(shù)等主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)。v 三極管的微變等效電路如圖三極管的微變等效電路如圖6-156-15所示。所示。圖圖6-15三極管的微變等效電路三極管的微變等效電路6.3.5.3動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析v 三極管的輸入電阻就是從基極、發(fā)射極之間看進(jìn)去的交三極管的輸入電阻就是從基極、發(fā)射極之間看進(jìn)去的交流等效電阻流等效電阻r rbebe，有，有v 因此，三極管的輸入電路可以等效為如圖因此，三極管的輸入電路可以等效為如圖6-156-

36、15所示電路所示電路中的左半部分。中的左半部分。r rbebe的數(shù)值在幾百歐到幾千歐之間，可以的數(shù)值在幾百歐到幾千歐之間，可以從手冊(cè)上查到，也可以用估算公式計(jì)算。對(duì)低頻小功率從手冊(cè)上查到，也可以用估算公式計(jì)算。對(duì)低頻小功率管組成的共射極電路，有管組成的共射極電路，有v 由于三極管具有恒流特性，因此可以將三極管的輸出電由于三極管具有恒流特性，因此可以將三極管的輸出電路等效為電流路等效為電流 的一個(gè)恒流源，如圖的一個(gè)恒流源，如圖6-156-15所示電路中的右所示電路中的右半部分。半部分。bebeburibeE26(mV)200(1)rI6.3.5.4放大電路的主要?jiǎng)討B(tài)性能指標(biāo)放大電路的主要?jiǎng)討B(tài)性能

37、指標(biāo)v 以固定偏置電路為例，其微變等效電路如圖以固定偏置電路為例，其微變等效電路如圖6-166-16所示。所示。圖圖6-16固定偏置電路的微變等效電路固定偏置電路的微變等效電路(1) (1) 輸入電阻輸入電阻r ri i(2) (2) 輸出電阻輸出電阻r ro o(3) (3) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)A Au u(3) (3) 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)A Au uv 輸出正弦電壓與輸入正弦電壓兩者的相量輸出正弦電壓與輸入正弦電壓兩者的相量( (或有效值或有效值) )之之比稱為放大電路的電壓放大倍數(shù)，即比稱為放大電路的電壓放大倍數(shù)，即v 由圖由圖6-166-16的固定偏置電路之微變等效電路得的

38、固定偏置電路之微變等效電路得v 電壓放大倍數(shù)為電壓放大倍數(shù)為v 其中，負(fù)號(hào)表示輸出正弦電壓與輸入正弦電壓反相。其中，負(fù)號(hào)表示輸出正弦電壓與輸入正弦電壓反相。v 當(dāng)固定偏置電路接有負(fù)載當(dāng)固定偏置電路接有負(fù)載R RL L時(shí)，其電壓放大倍數(shù)為時(shí)，其電壓放大倍數(shù)為oouiiUUAUUibe BUr Ioo CC BUr IR IoCBCuibeBbeUR IRAUr Ir CCube/RRAr 相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí)任務(wù)任務(wù)6.16.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)任務(wù)任務(wù)6.26.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管任務(wù)任務(wù)6.36.3半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管任務(wù)任務(wù)6.46.4集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用集成運(yùn)算放大

39、器及其應(yīng)用任務(wù)任務(wù)6.4集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用 集成電路與三極管等分立元件聯(lián)成的電路相集成電路與三極管等分立元件聯(lián)成的電路相比較，其有體積小、重量輕、造價(jià)低、工作可靠比較，其有體積小、重量輕、造價(jià)低、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。集成電路的種類很多，其中集成運(yùn)算放等優(yōu)點(diǎn)。集成電路的種類很多，其中集成運(yùn)算放大器通用性較強(qiáng)，在檢測(cè)、控制、信號(hào)處理等方大器通用性較強(qiáng)，在檢測(cè)、控制、信號(hào)處理等方面獲得廣泛應(yīng)用。本任務(wù)首先簡(jiǎn)單介紹集成運(yùn)算面獲得廣泛應(yīng)用。本任務(wù)首先簡(jiǎn)單介紹集成運(yùn)算放大器的基本組成和主要參數(shù)，然后對(duì)集成運(yùn)算放大器的基本組成和主要參數(shù)，然后對(duì)集成運(yùn)算放大器的反饋及基本運(yùn)算電路進(jìn)行討論

40、，最后介放大器的反饋及基本運(yùn)算電路進(jìn)行討論，最后介紹集成運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的一些應(yīng)用。紹集成運(yùn)算放大器在信號(hào)處理方面的一些應(yīng)用。任務(wù)任務(wù)6.4集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用6.4.1集成運(yùn)放的基本組成集成運(yùn)放的基本組成6.4.2集成運(yùn)算放大器的工作特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的工作特點(diǎn)6.4.3集成運(yùn)算放大器的反饋集成運(yùn)算放大器的反饋6.4.4集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路6.4.5集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用舉例集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用舉例6.4.1集成運(yùn)放的基本組成集成運(yùn)放的基本組成集成運(yùn)算放大器由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路等基本部分組成，如圖6-17所示。（

41、一）集成運(yùn)算放大器的組成（一）集成運(yùn)算放大器的組成圖圖6-17集成運(yùn)算放大器的方框圖集成運(yùn)算放大器的方框圖6.4.1集成運(yùn)放的基本組成集成運(yùn)放的基本組成v 集成運(yùn)算放大器有金屬圓形封裝和塑料雙列直插式封裝集成運(yùn)算放大器有金屬圓形封裝和塑料雙列直插式封裝兩種封裝形式。塑料雙列直插式封裝的兩種封裝形式。塑料雙列直插式封裝的LM741LM741通用型單運(yùn)通用型單運(yùn)放集成塊的外型、管腳圖及標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)如圖放集成塊的外型、管腳圖及標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)如圖6-186-18所示，各所示，各管腳的作用如下所述。管腳的作用如下所述。圖圖6-18LM741塑料封裝集成塊外形塑料封裝集成塊外形(俯視圖俯視圖)、管腳連接圖、標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)

42、、管腳連接圖、標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)6.4.1集成運(yùn)放的基本組成集成運(yùn)放的基本組成v (1) (1) 管腳管腳2 2、3 3分別是反相、同相輸入端，信號(hào)從管腳分別是反相、同相輸入端，信號(hào)從管腳2 2輸輸入時(shí)其輸出信號(hào)與之反相，信號(hào)從管腳入時(shí)其輸出信號(hào)與之反相，信號(hào)從管腳3 3輸入時(shí)，其輸出輸入時(shí)，其輸出信號(hào)與之同相。信號(hào)與之同相。v (2) (2) 管腳管腳4 4、7 7分別是外接負(fù)、正電源端，它們分別接標(biāo)分別是外接負(fù)、正電源端，它們分別接標(biāo)稱電壓為稱電壓為-15V-15V、+15V+15V的穩(wěn)壓電源。的穩(wěn)壓電源。v (3) (3) 管腳管腳1 1、5 5是外接調(diào)零電位器的兩個(gè)端子。調(diào)節(jié)外接是外接調(diào)零電位器

43、的兩個(gè)端子。調(diào)節(jié)外接電位器電位器R RP P，可以使輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)也為零。，可以使輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)也為零。v (4) (4) 管腳管腳6 6為輸出端。為輸出端。6.4.1集成運(yùn)放的基本組成集成運(yùn)放的基本組成（二）集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)（二）集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù) 集成運(yùn)算放大器的參數(shù)反映其性能的優(yōu)劣，同時(shí)也是合理選擇、使用的依據(jù)。下面介紹集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)。(1) 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud。(2) 輸入失調(diào)電壓UIO。(3) 輸入失調(diào)電流IIO。(4) 輸入偏置電流IIB。(5) 差模輸入電阻rid和輸出電阻ro。(6) 共模抑制比KCMR。(7) 最大輸出電壓UOP

44、P。(8) 最大差模輸入電壓UIDM。(9) 最大共模輸入電壓UICM。6.4.2集成運(yùn)算放大器的工作特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的工作特點(diǎn)v 集成運(yùn)算放大器處于線性工作狀態(tài)時(shí)，其輸入電阻和開集成運(yùn)算放大器處于線性工作狀態(tài)時(shí)，其輸入電阻和開環(huán)電壓放大倍數(shù)均很大。為了分析問題方便起見，認(rèn)為環(huán)電壓放大倍數(shù)均很大。為了分析問題方便起見，認(rèn)為輸入電阻和開環(huán)電壓放大倍數(shù)均為無(wú)窮大，此時(shí)集成運(yùn)輸入電阻和開環(huán)電壓放大倍數(shù)均為無(wú)窮大，此時(shí)集成運(yùn)算放大器有兩個(gè)基本特點(diǎn)。算放大器有兩個(gè)基本特點(diǎn)。v (1) (1) 由于輸入電阻為無(wú)窮大，集成運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸由于輸入電阻為無(wú)窮大，集成運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端輸入的電流為零稱為

45、入端輸入的電流為零稱為“虛斷虛斷”。v 即即 i i1 1i i2 200v (2) (2) 由于開環(huán)電壓放大倍數(shù)由于開環(huán)電壓放大倍數(shù)A Audud為無(wú)窮大，由式為無(wú)窮大，由式(6-10)(6-10)得得v 即即 u ui1i1u ui2i2v 可見，如果兩個(gè)輸入端的其中之一接地，那么另一個(gè)輸可見，如果兩個(gè)輸入端的其中之一接地，那么另一個(gè)輸入端對(duì)地的電位近似為零，由于這個(gè)輸入端并沒有真正入端對(duì)地的電位近似為零，由于這個(gè)輸入端并沒有真正地接地，稱之為地接地，稱之為“虛短虛短”。oi2i1UD0uuuA6.4.3集成運(yùn)算放大器的反饋集成運(yùn)算放大器的反饋v 電路的輸出信號(hào)電路的輸出信號(hào)( (一部分或

46、全部一部分或全部) )引回到電路的輸入端稱引回到電路的輸入端稱為反饋，如圖為反饋，如圖6-196-19所示。當(dāng)引回輸入端的信號(hào)使輸入放所示。當(dāng)引回輸入端的信號(hào)使輸入放大器的信號(hào)得到加強(qiáng)時(shí)，即大器的信號(hào)得到加強(qiáng)時(shí)，即x xd d= =x xi i+ +x xf f增加時(shí)，稱為正反增加時(shí)，稱為正反饋。當(dāng)引回輸入端的信號(hào)使輸入放大器的信號(hào)減弱時(shí)，饋。當(dāng)引回輸入端的信號(hào)使輸入放大器的信號(hào)減弱時(shí)，即即x xd d= =x xi i+ +x xf f減小時(shí)，稱為負(fù)反饋。減小時(shí)，稱為負(fù)反饋。圖圖6-19反饋反饋6.4.4集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路v 對(duì)集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電

47、路進(jìn)行分析時(shí)，運(yùn)用其對(duì)集成運(yùn)算放大器的基本運(yùn)算電路進(jìn)行分析時(shí)，運(yùn)用其兩個(gè)基本特點(diǎn)可以使問題簡(jiǎn)化。兩個(gè)基本特點(diǎn)可以使問題簡(jiǎn)化。(1)反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路(2)同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路(3)加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路(4)減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路(5)積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路6.4.4.1反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路v 如圖如圖6-206-20所示是反相比例運(yùn)算電路，它含有深度電壓并所示是反相比例運(yùn)算電路，它含有深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋。根據(jù)集成運(yùn)算放大器的兩個(gè)基本特點(diǎn)，聯(lián)負(fù)反饋。根據(jù)集成運(yùn)算放大器的兩個(gè)基本特點(diǎn)，知知 ， ，有，有v 且且v 則閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為則閉環(huán)電壓放大倍數(shù)

48、為d0i ab0uuifiiaii11fuuuiRRaoofffuuuiRR 圖圖6-20反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路ofufi1uRAuR 6.4.4.2同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路v 如圖如圖6-216-21所示是同相比例運(yùn)算電路。由于所示是同相比例運(yùn)算電路。由于u ua au ub b ，其中，其中v 有閉環(huán)電壓放大倍數(shù)有閉環(huán)電壓放大倍數(shù)v 可見，實(shí)現(xiàn)了比例運(yùn)算。如果使可見，實(shí)現(xiàn)了比例運(yùn)算。如果使R Rf f=0(=0(R Rf f短接短接) )，則，則u uo o= =u ui i，實(shí)現(xiàn)了電壓跟隨，稱之為電壓跟隨器。，實(shí)現(xiàn)了電壓跟隨，稱之為電壓跟隨器。1ao1fRuuRRbiu

49、uofufi11uRAuR圖圖6-21同相比例運(yùn)算電路、電壓跟隨器同相比例運(yùn)算電路、電壓跟隨器6.4.4.3加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路v 加法運(yùn)算電路如圖加法運(yùn)算電路如圖6-226-22所示，取所示，取R R1 1= =R R2 2= =R R3 3= =R Rf f。由于。由于i id d =0=0， u ua au ub b =0=0，根據(jù)基爾霍夫電流定律得，根據(jù)基爾霍夫電流定律得v 則則v 可見，實(shí)現(xiàn)了加法運(yùn)算?？梢姡瑢?shí)現(xiàn)了加法運(yùn)算。i3i1i2fi1i2i3i1i2i312311()uuuiiiiuuuRRRRf0f fi1i2i3i1i2i31()()RuR iuuuuuuR 圖圖6-

50、22加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路6.4.4.4減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路v 減法運(yùn)算電路如圖減法運(yùn)算電路如圖6-236-23所示。由于兩個(gè)輸入端都有信號(hào)所示。由于兩個(gè)輸入端都有信號(hào)輸入，因此也稱為差動(dòng)運(yùn)算電路。取輸入，因此也稱為差動(dòng)運(yùn)算電路。取R R1 1= =R R2 2= =R R3 3= =R Rf f，由于，由于i id d =0=0，有，有v 又又v 根據(jù)根據(jù)u ua au ub b得得v 可見，實(shí)現(xiàn)了減法運(yùn)算?？梢?，實(shí)現(xiàn)了減法運(yùn)算。i1fiii1oai1i11i1f1i111fuuuui Rui RuRRR3bi223RuuRR3ffoi2i1i2i112311RRRuuuuuRRRR圖

51、圖6-23減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路6.4.4.5積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路v 積分運(yùn)算電路如圖積分運(yùn)算電路如圖6-246-24所示，它以電容所示，它以電容C Cf f作為反饋元作為反饋元件。由于件。由于i id d =0 =0 ， u ua au ub b =0=0有有v 可見，實(shí)現(xiàn)了積分運(yùn)算。可見，實(shí)現(xiàn)了積分運(yùn)算。iif1uiiRocfif1f11dduuitutCR C 圖圖6-24積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路6.4.5集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用舉例集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用舉例v 集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用很廣泛，如可以用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用很廣泛，如可以用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的處理。處理。信號(hào)的濾波信號(hào)的濾

52、波12信號(hào)幅度的采樣保持信號(hào)幅度的采樣保持3信號(hào)的比較信號(hào)的比較6.4.5.1信號(hào)的濾波信號(hào)的濾波v 如圖如圖6-256-25所示是集成運(yùn)算放大器組成的有源高通濾波所示是集成運(yùn)算放大器組成的有源高通濾波器，它是由器，它是由RCRC濾波器與集成運(yùn)算放大器的同相輸入端串濾波器與集成運(yùn)算放大器的同相輸入端串聯(lián)組成的。由于采用了集成運(yùn)算放大器，其輸入電阻非聯(lián)組成的。由于采用了集成運(yùn)算放大器，其輸入電阻非常大而對(duì)常大而對(duì)RCRC濾波器的影響很小，其輸出電阻很小而增強(qiáng)濾波器的影響很小，其輸出電阻很小而增強(qiáng)了帶負(fù)載能力，并且還可以將有用的輸入信號(hào)加以放了帶負(fù)載能力，并且還可以將有用的輸入信號(hào)加以放大。大。圖

53、圖6-25有源高通濾波器有源高通濾波器6.4.5.2信號(hào)幅度的采樣保持信號(hào)幅度的采樣保持v 如圖如圖6-266-26所示是由集成運(yùn)算放大器組成的采樣保持電路所示是由集成運(yùn)算放大器組成的采樣保持電路原理圖及輸入輸出波形，它實(shí)質(zhì)是一個(gè)電壓跟隨器。原理圖及輸入輸出波形，它實(shí)質(zhì)是一個(gè)電壓跟隨器。圖圖6-26信號(hào)的采樣與保持電路信號(hào)的采樣與保持電路6.4.5.3信號(hào)的比較信號(hào)的比較v 如圖如圖6-276-27所示是由集成運(yùn)算放大器組成的信號(hào)電壓比較所示是由集成運(yùn)算放大器組成的信號(hào)電壓比較電路及其傳輸特性曲線。由于集成運(yùn)算放大器處于開環(huán)電路及其傳輸特性曲線。由于集成運(yùn)算放大器處于開環(huán)狀態(tài)，其電壓放大倍數(shù)很

54、大，只要有微小的差模信號(hào)輸狀態(tài)，其電壓放大倍數(shù)很大，只要有微小的差模信號(hào)輸入，集成運(yùn)算放大器將會(huì)飽和，輸出電壓入，集成運(yùn)算放大器將會(huì)飽和，輸出電壓u uo o超過(guò)雙向穩(wěn)超過(guò)雙向穩(wěn)定管的擊穿電壓而被限幅。定管的擊穿電壓而被限幅。圖圖6-27信號(hào)電壓比較信號(hào)電壓比較6.4.5.3信號(hào)的比較信號(hào)的比較v 當(dāng)當(dāng)u ui i u uR R時(shí)，時(shí)，u uo o為正，被限幅為為正，被限幅為+ +U UDZDZ。v 當(dāng)參考電壓當(dāng)參考電壓u uR R=0=0時(shí)，稱之為過(guò)零比較器，它可以將正弦時(shí)，稱之為過(guò)零比較器，它可以將正弦波輸入電壓波輸入電壓u ui i轉(zhuǎn)換為矩形波輸出電壓轉(zhuǎn)換為矩形波輸出電壓u uo o，如

55、圖，如圖6-286-28所所示。示。圖圖6-28過(guò)零比較過(guò)零比較任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施晶體二極管整流與濾波晶體二極管整流與濾波1運(yùn)算放大器的作用運(yùn)算放大器的作用2(1) 晶體二極管整流與濾波晶體二極管整流與濾波v 汽車交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流整流成直流電后才能應(yīng)用。汽車交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流整流成直流電后才能應(yīng)用。整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動(dòng)直整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動(dòng)直流電。濾波電路是將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少流電。濾波電路是將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。穩(wěn)壓電路對(duì)整流后的直流電交流成分，增加直流成分。穩(wěn)壓電路對(duì)整流后的直流電壓采用負(fù)

56、反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。v 直流電源的方框圖如圖直流電源的方框圖如圖6-296-29所示。所示。圖圖6-29直流電源的方框圖直流電源的方框圖(1) 晶體二極管整流與濾波晶體二極管整流與濾波v 1) 1) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?比較半波整流與橋式整流的特點(diǎn)比較半波整流與橋式整流的特點(diǎn) 比較比較C型濾波與型濾波與RC型濾波的特點(diǎn)型濾波的特點(diǎn) 驗(yàn)證半波整流及橋式整流的輸入電壓有驗(yàn)證半波整流及橋式整流的輸入電壓有效值與其輸出值效值與其輸出值Uo的關(guān)系的關(guān)系(1) 晶體二極管整流與濾波晶體二極管整流與濾波v 2) 2) 實(shí)驗(yàn)原理。實(shí)驗(yàn)原理。v 半波整流與橋式整流的

57、特點(diǎn)。半波整流與橋式整流的特點(diǎn)。v 對(duì)如圖對(duì)如圖6-306-30所示的半波整流電路，由付氏級(jí)數(shù)展開式得所示的半波整流電路，由付氏級(jí)數(shù)展開式得半波整流時(shí)輸出電壓表達(dá)式為半波整流時(shí)輸出電壓表達(dá)式為oom1122coscos2cos42315UUttt圖圖6-30半波整流電路及波形半波整流電路及波形(1) 晶體二極管整流與濾波晶體二極管整流與濾波v 忽略二極管內(nèi)阻壓降，則輸出直流電壓為忽略二極管內(nèi)阻壓降，則輸出直流電壓為 ，式中式中U U2 2為變壓器負(fù)方電壓有效值。為變壓器負(fù)方電壓有效值。v 對(duì)如圖對(duì)如圖6-316-31所示的橋式整流電路，由付式級(jí)數(shù)展開式得所示的橋式整流電路，由付式級(jí)數(shù)展開式得橋

58、式整流時(shí)輸出電壓表達(dá)式為橋式整流時(shí)輸出電壓表達(dá)式為v 可見橋式整流比半波整流輸出直流電壓高一倍?？梢姌蚴秸鞅劝氩ㄕ鬏敵鲋绷麟妷焊咭槐丁m2o220.45UUUUoom241cos2cos4315UUttom2o2220.9UUUU圖圖6-31橋式整電路及其波形橋式整電路及其波形(1) 晶體二極管整流與濾波晶體二極管整流與濾波v C C 型濾波與型濾波與RC RC 型濾波的特點(diǎn)。型濾波的特點(diǎn)。v 整流后得到的單向脈沖的直流電壓因脈動(dòng)大必須進(jìn)行濾整流后得到的單向脈沖的直流電壓因脈動(dòng)大必須進(jìn)行濾波才能得到較平滑的整流電壓。波才能得到較平滑的整流電壓。v 在如圖在如圖6-326-32所示的所示的

59、C C 濾波電路中，忽略二極管正向壓濾波電路中，忽略二極管正向壓降。在降。在t=tt=t1 1時(shí)，時(shí)，u u2 2、u uo o均達(dá)到最大值，而后均達(dá)到最大值，而后u u2 2、u uo o下降，下降，u u2 2按正弦規(guī)律下降很快；在按正弦規(guī)律下降很快；在t t= =t t2 2時(shí)，時(shí)，u u2 2 u uo o二極管又導(dǎo)通，電容器又被二極管又導(dǎo)通，電容器又被充電，重復(fù)上述過(guò)程，不難看出充電，重復(fù)上述過(guò)程，不難看出R RL L越大，其輸出電壓越越大，其輸出電壓越平滑，輸出直流電壓越接近于變壓器付方交流電壓峰平滑，輸出直流電壓越接近于變壓器付方交流電壓峰值，通常值，通常U Uo o=(0.9=

60、(0.91.4)1.4)U U2 2。(1) 晶體二極管整流與濾波晶體二極管整流與濾波圖圖6-32濾波電路及其波形濾波電路及其波形圖圖6-33RC濾波電路濾波電路(1) 晶體二極管整流與濾波晶體二極管整流與濾波v 對(duì)于如圖對(duì)于如圖6-336-33所示的所示的RCRC濾波電路，由于在濾波電路，由于在C C1 1和和R RL L之間串之間串聯(lián)一個(gè)電阻聯(lián)一個(gè)電阻R R，使，使C C1 1放電速度減慢，有利于減少放電速度減慢，有利于減少C C1 1兩端電兩端電壓波動(dòng)，其次引入壓波動(dòng)，其次引入C C2 2后，使脈動(dòng)電壓的交流分量較多的后，使脈動(dòng)電壓的交流分量較多的降落在電阻降落在電阻R R兩端，所以輸出