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1、第1章 常用半導(dǎo)體元件1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.2 半導(dǎo)體二極管1.3 特殊二極管1.4 半導(dǎo)體三極管1.5 半導(dǎo)體使用基礎(chǔ)知識(shí)1.6 場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)介1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體不含雜質(zhì)且具有完整品體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。最常用的本征半導(dǎo)體是鍺和硅品體，它們都是四價(jià)元素，在其原子結(jié)構(gòu)模型的最外層軌道上各有四個(gè)價(jià)電子。在單品結(jié)構(gòu)中，由于原子排列的有序性，價(jià)電子為相鄰的原子所共有，形成了如圖1-1所示的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，圖中的+4表示四價(jià)元素原子核和內(nèi)層電子所具有的凈電荷。本征半導(dǎo)體在溫度T=0K(熱力學(xué)溫度)目沒有其他外部能量作用時(shí)，其共價(jià)鍵中的價(jià)電子被束縛得很緊，不能成為自由電子，

2、這時(shí)的半導(dǎo)體不導(dǎo)電，在導(dǎo)電性能上相當(dāng)于絕緣體。但是，當(dāng)半導(dǎo)體的溫度升高或給半導(dǎo)體施加能量(如光照)時(shí)，就會(huì)使共價(jià)鍵中的某些價(jià)電子獲得足夠的能量而掙脫共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，這個(gè)現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，如圖1-2所示，自由電子是本征半導(dǎo)體中可以參與導(dǎo)電的一種帶電粒子，叫做載流子。下一頁(yè)返回1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)價(jià)電子脫離共價(jià)鍵成為自由電子后，在原來的位子上就會(huì)形成一個(gè)空位，稱為空穴。在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的。原子失去價(jià)電子后帶正電，可等效看成帶正電的空穴?？昭ê苋菀孜徑矁r(jià)鍵中的價(jià)電子來填補(bǔ)這個(gè)空穴，因而使這個(gè)鄰近的原子也因失去價(jià)電子而產(chǎn)生新的空穴

3、。這個(gè)空穴又會(huì)被其他價(jià)電子填補(bǔ)，又產(chǎn)生一個(gè)新的空穴，如此下去，就好像是帶正電的空穴在移動(dòng)一樣。實(shí)際上空穴是沒有移動(dòng)的，移動(dòng)的只是價(jià)電子。于是空穴可以被看作是帶正電的載流子。自由電了和空穴在運(yùn)動(dòng)中相遇時(shí)會(huì)重新結(jié)合而成對(duì)消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。溫度一定時(shí)自由電子和空穴的產(chǎn)生與復(fù)合將達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，這時(shí)自由電子和空穴的濃度一定。上一頁(yè)返回下一頁(yè)1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.1.2 P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體在四價(jià)的硅(或鍺)中摻入少量的硼(或缽等其他二價(jià)元素)，則在品體某些位置上的硅原子將被硼取代，而硼原子只能提供二個(gè)價(jià)電子，它與相鄰的四個(gè)硅原子構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，必有一個(gè)共價(jià)鍵因缺少一個(gè)電子而出現(xiàn)空穴，室溫下這個(gè)

4、空穴極容易被鄰近共價(jià)鍵中的價(jià)電子所填補(bǔ)，使硼離子成為負(fù)離子，稱為空間電荷，如圖1-3所示。摻入二價(jià)元素將使半導(dǎo)體中的空穴數(shù)量大為增加。這種以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體，稱為P型半導(dǎo)體，其中空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(shù)載流子。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)在四價(jià)的硅(或鍺)品體中摻入少量的磷(或其他五價(jià)元素)，則磷原了將取代某些位置上的四價(jià)硅原子。磷原子與周圍的硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)余出一個(gè)價(jià)電子，這個(gè)多余的價(jià)電子在室溫下就能掙脫原子核的束縛成為自由電子，磷原子則因失去了一個(gè)電子變成了正離子(空間電荷)如圖1-4所示。磷雜質(zhì)的含量雖然很低，但由此而產(chǎn)生的自由電子數(shù)量卻比本征半導(dǎo)體激發(fā)所產(chǎn)生的電

5、子一空穴對(duì)數(shù)量大得多。這種以自由電子為卞的雜質(zhì)半導(dǎo)體就稱為N型半導(dǎo)體，其中的自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。說明：不論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體均呈電中性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.1.3 PN結(jié)及特性1. PN結(jié)的形成單一的P型或N型半導(dǎo)體，還不能直接制成半導(dǎo)體器件。只有將這兩種類型的半導(dǎo)體以某種方式結(jié)合在一起，才能制成各種具有不同特性的半導(dǎo)體器件。利用摻雜工藝，使一塊本征半導(dǎo)體的一邊形成P型半導(dǎo)體，另一邊形成N型半導(dǎo)體。在P型和N型的交界處，由于載流了濃度的差別，N區(qū)的自由電了必然會(huì)向P區(qū)擴(kuò)散，而P區(qū)的空穴要向N區(qū)擴(kuò)散OP區(qū)一側(cè)因失去空穴而留下不能移動(dòng)的負(fù)離了(空間

6、電荷)，N區(qū)一側(cè)因失去自由電了而留下不能移動(dòng)的正離了(空間電荷)。于是在P區(qū)和N區(qū)的交界面上產(chǎn)生一個(gè)空間電荷區(qū)，形成一個(gè)電場(chǎng)，稱為內(nèi)電場(chǎng)。電場(chǎng)的方向是由正電荷指向負(fù)電荷，即由N區(qū)指向P區(qū)，如圖1-5所示。上一頁(yè)返回下一頁(yè)1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦栽赑N結(jié)的兩端外加電壓，稱為結(jié)PN結(jié)的偏置電壓。(1) PN結(jié)正向偏置給PN結(jié)加正向偏置電壓，即P區(qū)接電位高端、N區(qū)接電位低端，此時(shí)稱PN結(jié)為正向偏置(簡(jiǎn)稱正偏)，如圖1-6所示。PN結(jié)正偏時(shí)，外電場(chǎng)與PN結(jié)產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)，使PN結(jié)變薄，有利于兩區(qū)多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散，形成正向電流，此時(shí)PN處于正向?qū)顟B(tài)。(2

7、) PN結(jié)反向偏置給PN結(jié)加以反向偏置電壓，即N區(qū)接電位高端，P區(qū)接電位低端，此時(shí)PN結(jié)反向偏置(簡(jiǎn)稱反偏)，如圖1-7所示。返回上一頁(yè)1.2 半導(dǎo)體二極管1.2.1二極管的結(jié)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)和符號(hào)半導(dǎo)體一極管的主要構(gòu)成部分就是一個(gè)PN結(jié)。在一個(gè)PN結(jié)兩端接上相應(yīng)的電極引線，外面用金屬(或玻璃、塑料)管殼封裝起來，就構(gòu)成了一個(gè)半導(dǎo)體一極管。由P區(qū)引出來的電極為正極(或陽(yáng)極)，由N區(qū)引出來的電極為負(fù)極(或陰極)。半導(dǎo)體一極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖1-8所示。下一頁(yè)返回1.2 半導(dǎo)體二極管2.類型(1)按材料分，有硅二極管、鍺一極管和砷化缽二極管等。(2)按結(jié)構(gòu)分，根據(jù)PN結(jié)面積大小，有點(diǎn)接觸型和面接觸型二極

8、管。(3)按用途分，有整流、穩(wěn)壓、開關(guān)、發(fā)光、光電和變?nèi)莸榷O管。(4)按功率分，有大功率、中功率和小功率等二極管。(5)按封裝形式分，有塑封和金屬封等二極管。常用的半導(dǎo)體二極管的外形如圖1-9所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 半導(dǎo)體二極管1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性就是加在二極管兩端的電壓與流過二極管的電流之間的關(guān)系。一般以電壓為橫坐標(biāo)，電流為縱坐標(biāo)。用作圖法把電壓、電流的對(duì)應(yīng)值用平滑的曲線連接起來，就正間電流構(gòu)成了二極管的伏安特性曲線。圖1-10所示為通過實(shí)驗(yàn)測(cè)出的硅二極管和鍺二極管的伏安特性曲線(實(shí)線為硅二極管的伏安特性，虛線為鍺二極管的伏安特性)。1.正向特性圖1-10所示

9、曲線部分為正向特性。在二極管兩端加正向電壓較低時(shí)，由于外電場(chǎng)較弱，還不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力，所以正向電流很小，幾乎為零。此時(shí)二極管呈現(xiàn)出很大的電阻。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 半導(dǎo)體二極管2.反向特性圖1-10所示曲線部分為反向特性。二極管兩端加上反向電壓時(shí)，由于少數(shù)載流子漂移而形成的反向電流很小，且在一定的電壓范圍內(nèi)基本上不隨反向電壓而變化，處于飽和狀態(tài)，所以這一段電流稱為反向飽和電流IR。硅管的反向飽和電流約在1A至幾十微安，鍺管的反向飽和電流可達(dá)幾百微安，如圖1-10的OC(OC)段所示。3.反向擊穿特性如圖1-10中曲線部分所示，當(dāng)反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電

10、流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為一極管的反向擊穿。此時(shí)對(duì)應(yīng)的反向擊穿電壓用UBR表示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 半導(dǎo)體二極管1.2.3 二極管的主要參數(shù)1.最大工作電流最大工作電流指二極管長(zhǎng)期工作允許通過的最大正向平均電流。使用時(shí)應(yīng)注意正向平均電流不能超過此值，否則會(huì)燒壞二極管。2.最大反向工作電壓UBM。最大反向工作電壓指允許施加在二極管兩端的最大反向電壓，通常規(guī)定為擊穿電壓的一半。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.2 半導(dǎo)體二極管3.反向飽和電流IR。反向飽和電流指正極管在規(guī)定的反向電壓和室溫下所測(cè)得的反向電流值。其值越小，說明管子的單向?qū)щ娦阅茉胶谩?.最高工作頻率最高工作頻率指保證二極管正常工作時(shí)的上限頻率。

11、它的大小與PN結(jié)的結(jié)電容有關(guān)，超過此值，二極管的單向?qū)щ娦宰儾?。上一?yè)返回1.3 特殊二極管1.3.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅一極管，其符號(hào)和伏安特性曲線如圖1-11所示。穩(wěn)壓二極管的伏安特性與普通二極管的伏安特性相似，所不同的是穩(wěn)壓二極管的反向特性曲線比較陡。穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)，從反向特性曲線上可以看出，當(dāng)反向電壓小于其擊穿電壓時(shí)，反向電流很小。當(dāng)反向電壓增加到擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增大，穩(wěn)壓二極管反向擊穿。此后電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓二極管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩(wěn)壓二極管在電路中能起穩(wěn)壓作用。下一頁(yè)返回1.3 特殊二極管穩(wěn)壓二極管的主要

12、參數(shù)有：1.穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)定電壓UZ就是穩(wěn)壓一極管的反向擊穿電壓，也就是穩(wěn)壓一極管在正常的反向擊穿工作狀態(tài)下管了兩端的電壓。由于工藝方面和其他原因，即使同一型號(hào)的穩(wěn)壓二極管，其實(shí)際穩(wěn)定電壓值并不完全相同，而具有一定的分散性。所以在乎冊(cè)中給出的是某一型號(hào)管了的穩(wěn)定電壓范圍。使用時(shí)要進(jìn)行測(cè)試，按需要挑選。2.穩(wěn)定電流IZ和最大穩(wěn)定電流IZmax。穩(wěn)定電流IZ是指工作電壓等于穩(wěn)定電壓時(shí)的反向電流，最大穩(wěn)定電流IZmax是指穩(wěn)壓一極管允許通過的最大反向電流。使用穩(wěn)壓二極管時(shí)，要限制其工作電流不能超過IZmax，否則可能使穩(wěn)壓二極管發(fā)生熱擊穿而損壞。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 特殊二極管3.動(dòng)態(tài)電阻rz動(dòng)態(tài)

13、電阻是穩(wěn)壓二極管在正常工作區(qū)(反向擊穿區(qū))工作時(shí)穩(wěn)壓一極管兩端電壓的變化量與相應(yīng)的電流變化量之比，即4.最大耗散功率PZM它是穩(wěn)壓一極管工作時(shí)所允許的最大耗散功率。它等于最大穩(wěn)定電流和相應(yīng)穩(wěn)定電壓的乘積，即5.電壓溫度系數(shù)它是說明穩(wěn)壓一極管的穩(wěn)定電壓受溫度變化影響的參數(shù)。當(dāng)環(huán)境溫度變化1時(shí)穩(wěn)定電壓變化的白分比稱為電壓溫度系數(shù)，即上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.3 特殊二極管1.3.2 發(fā)光二極管與光電二極管1.發(fā)光二極管發(fā)光一極管簡(jiǎn)稱LED，是一種通以正向電流后會(huì)發(fā)光的二極管，它用某些自由電了和空穴復(fù)合時(shí)就會(huì)產(chǎn)生光輻射的半導(dǎo)體制成，采用不同材料，可發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍(lán)色光，其電路符號(hào)如圖1-12所示。2

14、.光電二極管光電一極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管類似，使用時(shí)光電二極管PN結(jié)工作在反向偏置狀態(tài)。在光的照射下，反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升，(此時(shí)的反向電流叫光電流)，所以光電二極管是一個(gè)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，其電路符號(hào)如圖1-13所示。上一頁(yè)返回1.4 半導(dǎo)體三極管1.4.1 晶體三極管的基本結(jié)構(gòu)二極管的種類有很多，外形也不盡相同，但它們的基本結(jié)構(gòu)卻相同，都是通過一定的工藝在一塊半導(dǎo)體基片上制成兩個(gè)PN結(jié)，再引出二個(gè)電極，然后用管殼封裝而成。按半導(dǎo)體的組合方式不同，其可分為PNP型和NPN型。圖1-14所小為兒種常見三極管的外形。無論是NPN型管還是PNP型管，它們內(nèi)部都含有二個(gè)區(qū)：發(fā)

15、射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。從二個(gè)區(qū)各引出一個(gè)金屬電極，分別稱為發(fā)射極(E) 、基極(B)和集電極(C)；在發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)。二極管的結(jié)構(gòu)與電路符號(hào)如圖1-15所示。下一頁(yè)返回1.4 半導(dǎo)體三極管1.4.2 晶體三極管的工作原理三極管有兩個(gè)按一定關(guān)系配置的PN結(jié)。由于兩個(gè)PN結(jié)之間的互相影響，使三極管表現(xiàn)出和單個(gè)PN結(jié)不同的特性。三極管最主要的特性是具有電流放大作用。下面以NPN型二極管為例來分析。1.電流放大作用的條件三極管的電流放大作用，首先取決于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即發(fā)射區(qū)摻雜濃度高、集電結(jié)面積大，這樣的結(jié)構(gòu)有利于載流子的發(fā)射和接收。而基

16、區(qū)薄且摻雜濃度低，以保證來自發(fā)射區(qū)的載流子順利地流向集電區(qū)。其次要有合適的偏置。三極管的發(fā)射結(jié)類似于二極管，應(yīng)正向偏置，使發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，以控制發(fā)射區(qū)載流子的發(fā)射。而集電結(jié)則應(yīng)反向偏置，以使集電極具有吸收由發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的載流子的能力，從而形成集電極電流。上一頁(yè)返回下一頁(yè)1.4 半導(dǎo)體三極管2.電流的分配和放大作用圖1-16所示為NPN型三極管電流測(cè)試電路。該電路包括基-射回路(又稱輸入回路)和集-射回路(又稱輸出回路)兩部分，發(fā)射極為兩回路的公共端，因此稱為共射電路。共射電路中，UBB為發(fā)射結(jié)正偏電源；UCC為集電結(jié)反偏電源(UCCUBB)；RP為電位器。調(diào)節(jié)RP可以改變基極電流IB、集電極電

17、流IC和發(fā)射極電流IE的大小。測(cè)量結(jié)果列于表1-1中。下一頁(yè)返回上一頁(yè)1.4 半導(dǎo)體三極管1.4.3 晶體三極管的特性曲線三極管的輸入特性曲線如圖1-17所示，該曲線是指當(dāng)集電極與發(fā)射極之間電壓一定時(shí)，輸入回路中的基極電流與基-射電壓之間的關(guān)系曲線。用函數(shù)式可表示為 （1.1）當(dāng)UCE=0時(shí)，從輸入端看進(jìn)去，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)，都為正向偏置，此時(shí)的特性曲線相當(dāng)于一極管的伏安特性曲線。當(dāng)UCE1時(shí)，集電結(jié)為反向偏置，由圖可以看出此時(shí)的特性曲線比UCE=0時(shí)的曲線稍向右移。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.4 半導(dǎo)體三極管2.輸出特性曲線三極管的輸出特性曲線如圖1-18所示，該曲線是指當(dāng)IB為常數(shù)時(shí)，輸出回路

18、中IC的與UCE之間的關(guān)系曲線，用函數(shù)式可表示為 （1.2）根據(jù)三極管工作狀態(tài)不同，輸出特性曲線通?？梢苑譃槿齻€(gè)工作區(qū)域：放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回1.4 半導(dǎo)體三極管1.4.4 晶體三極管的主要參數(shù)三極管的特性除用特性曲線表小外，還可用一些數(shù)據(jù)來說明，這些數(shù)據(jù)就是三極管的參數(shù)。三極管的參數(shù)是用來表小管子性能的優(yōu)劣和適用范圍。下面介紹一些主要參數(shù)。1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)是表小三極管放大能力的重要參數(shù)。二極管在接成共發(fā)射極放大電路時(shí)，根據(jù)工作狀態(tài)不同，有直流電流放大系數(shù) 和交流電流放大系數(shù) 。共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)為 （1.3）上一頁(yè)返回下一頁(yè)1.4 半導(dǎo)體三極管它表示在無

19、輸入信號(hào)的情況下三極管處于直流工作狀態(tài)(靜態(tài))電流放大能力的參數(shù)。共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)為 （1.4）它反映的是當(dāng)二極管工作在有信號(hào)輸入情況下，處于交流工作狀態(tài)(動(dòng)態(tài))時(shí)，基極電流的變化引起集電極電流的變化。表示三極管交流工作狀態(tài)的電流放大能力。2.反向飽和電流ICBOICBO是指發(fā)射極開路，集電結(jié)在反向電壓作用下，形成的反向飽和電流。它受溫度變化的影響很大，常溫下，小功率硅管的ICBOUBE。所以 （2.3）上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2 放大電路的工作狀態(tài)分析即基極電流IB主要由UCC和RB決定。當(dāng)UCC和RB確定后，靜態(tài)IB就近似為一個(gè)固定值，所以常把這種電路叫作固定偏置電路。IB稱為固定偏置

20、電流，RB稱為固定偏置電阻。靜態(tài)時(shí)的集電極電流為 （2.4）靜態(tài)時(shí)的集-射極電壓為 （2.5）上一頁(yè)返回下一頁(yè)2.2 放大電路的工作狀態(tài)分析2.圖解法為了直觀地分析和了解靜態(tài)值的變化對(duì)放大電路的影響，可以用圖解法來確定靜態(tài)值。晶體管是一種非線性元件，它的輸出特性曲線如圖2-4(b)所示。由圖2-4(b)所示的直流通路可以列出下式 或 （2.6）下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.2 放大電路的工作狀態(tài)分析2.2.2 動(dòng)態(tài)分析當(dāng)放大電路有輸入信號(hào)，即ui 0時(shí)的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。動(dòng)態(tài)分析時(shí)往往可以畫出交流信號(hào)在放大電路中的傳輸通路即交流通路。畫交流通路的原則如下：(1)在信號(hào)頻率范圍內(nèi)，耦合電容可視為短路；(2

21、)直流電源的內(nèi)阻很小，也可以忽略，視為短路。按此原則畫出電路的交流通路如圖2-5所示。動(dòng)態(tài)時(shí)，放大電路中有交流信號(hào)輸入，電路中的電壓、電流均要在靜態(tài)的基礎(chǔ)上隨輸入信號(hào)的變化而變化。因此，電路中各處的電壓和電流都處于變動(dòng)狀態(tài)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2 放大電路的工作狀態(tài)分析若設(shè)輸入信號(hào)為ui=Uimsin t，如圖2-6(a)所示，則各處電壓電流變化情況分別為:圖2-6 (b)： ui經(jīng)C1加到三極管的發(fā)射結(jié)，發(fā)射結(jié)總電壓則為直流電壓UBE與ui疊加，可表示為圖2-6 (c)：基極總電流為直流電流IB與交流電流ib的疊加，可表示為圖2-6 (d)：經(jīng)三極管放大后，集電極總電流則為在輸出端，Rc上的

22、總電壓為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2 放大電路的工作狀態(tài)分析2.2.3失真現(xiàn)象分析對(duì)于放大電路來說，希望它能滿足兩個(gè)要求：一是能夠得到符合要求的電壓放大倍數(shù)；二是放大后的輸出信號(hào)波形與輸入信號(hào)的波形盡可能相似，即失真要小。為了滿足這兩個(gè)要求，就必須正確選擇放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)位置選擇不當(dāng)時(shí)，將有可能出現(xiàn)失真。在圖2-7中，設(shè)正常清況下靜態(tài)工作點(diǎn)位于Q點(diǎn)，則可以得到正常的iC和uCE波形。如果靜態(tài)工作點(diǎn)的位置定得太低或太高，這都有可能使輸出波形產(chǎn)生嚴(yán)重失真。當(dāng)Q點(diǎn)位置選得太高，接近飽和區(qū)時(shí)，見圖中的Q1點(diǎn)，盡管iB的波形完好，但iC的正半周和uCE的負(fù)半周都出現(xiàn)了畸變，這種由于動(dòng)態(tài)

23、工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)而引起的失真，稱為“飽和”失真。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2 放大電路的工作狀態(tài)分析當(dāng)Q點(diǎn)位置選得太低，接近截止區(qū)時(shí)，見圖中的Q2點(diǎn)，這時(shí)由于在輸入信號(hào)的負(fù)半周，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入管了的截止區(qū)，使iC的負(fù)半周和uCE的正半周波形產(chǎn)生畸變，這種因工作點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)而產(chǎn)生的失真稱為“截止”失真。飽和失真和截止失真都是由于二極管工作在特性曲線的非線性區(qū)域所引起的，因此把這兩種失真稱為非線性失真。非線性失真都是由于靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置不合理引起的。對(duì)于飽和失真常用的解決辦法是：調(diào)節(jié)偏置電阻RB，降低偏置電流IB，使靜態(tài)工作點(diǎn)下移；另一種辦法是減小集電極電阻RC，改變直流負(fù)載線的斜率(使直流負(fù)載線更陡些)

24、。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.2 放大電路的工作狀態(tài)分析對(duì)于截止失真常用的辦法是通過調(diào)節(jié)偏置電阻RB，增大偏置電流IB，使靜態(tài)工作點(diǎn)上移。另外，調(diào)節(jié)直流電源UCC也可以改變工作點(diǎn)的位置，但會(huì)使品體管所承受的電壓增大，因此用得較少。綜上所述，改變RB、RC、UCC均能改變放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，但在調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，通常總是先調(diào)節(jié)RB。上一頁(yè)返回2.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定2.3.1 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響從前面的分析可知，固定偏置電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是由基極偏流IB和直流負(fù)載線共同確定的。偏流和直流負(fù)載線的斜率受溫度的影響很小，可以略去不計(jì)，但是集電極電流IC是隨溫度變化的，當(dāng)溫度上升時(shí)IC增大。這是由于集一基

25、極的反向飽和電流ICBO對(duì)溫度變化十分敏感，而品體管的穿透電流ICEO ICBO，即比ICBO隨溫度變化得更快，如果ICBO受溫度的影響增量為ICBO 那么集電極電流就要增加(1+ )ICBO，同時(shí)二極管的電流放大系數(shù)刀也會(huì)隨溫度升高而略有增大。這兩個(gè)方面都集中表現(xiàn)在集電極電流隨溫度升高而增大、溫度升高使整個(gè)輸出特性曲線向上平移。如果直流負(fù)載線和偏流IB均不變化，則靜態(tài)工作點(diǎn)Q將會(huì)沿著負(fù)載線向上移動(dòng)，若此時(shí)輸入信號(hào)略有增大，就會(huì)出現(xiàn)飽和失真，嚴(yán)重時(shí)放大電路將無法正常工作。下一頁(yè)返回2.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定2.3.2分壓式偏置放大電路為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，通常采用分壓式偏置單管放大電路，如圖2-8

26、所示，它能夠提供合適的偏流，又能自動(dòng)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。該電路的工作特點(diǎn)：一是利用RB1和RB2的串聯(lián)分壓原理來固定基極電位；一是利用發(fā)射極電阻RE上的電壓調(diào)節(jié)UBE的大小來抑制左的變化。1.工作原理由電路可知：上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定若使 （2.7）則 （2.8）由此UB可認(rèn)為與品體管參數(shù)無關(guān)，即與溫度無關(guān)，而僅由分壓電路決定。因若使 （2.9）則 （2.10）上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定由上面分析可知，只要滿足式(2.7) 、式(2.9)兩個(gè)條件，則UB、IC、IE均與品體管的參數(shù)無關(guān)，不受溫度變化的影響，靜態(tài)工作點(diǎn)保持不變。分壓式偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過程可描述

27、如下：上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定2.靜態(tài)工作點(diǎn)的估算分壓式偏置電路的直流通路如圖2-9所示。因 ，一般先從計(jì)算UB開始。 而可得 （2.11）上一頁(yè)返回2.4 放大電路的微變等效電路分析法圖解法和微變等效電路分析法是分析放大電路動(dòng)態(tài)的兩種基本方法。但圖解法不僅比較麻煩，而且存在誤差大及無法計(jì)算輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)參數(shù)的弱點(diǎn)，所以動(dòng)態(tài)分析時(shí)多采用微變等效電路分析法。所謂放大電路的微變等效電路分析法，就是把由非線性元件品體管組成的放大電路等效成一個(gè)線性電路。微變等效電路是在交流通路的基礎(chǔ)上建立的，所以只能對(duì)交流等效，只能用來分析交流動(dòng)態(tài)、計(jì)算交流分量，而不能用來分析直流分量。下一

28、頁(yè)返回2.4放大電路的微變等效電路分析法2.4.1 晶體管的微變等效電路當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)較小，以及靜態(tài)工作點(diǎn)選得合適時(shí)，三極管處于線性放大狀態(tài)。這時(shí)，可以把二極管當(dāng)作線性元件處理，作出它的小信號(hào)模型。方法如下；從三極管的輸入端看，它是一個(gè)導(dǎo)通的PN結(jié)，可用一個(gè)電阻rbe來模擬，稱之為三極管的輸入電阻。在常溫下，小功率三極管可表示為 （2.12）顯然， rbe是一個(gè)變量，與 和靜態(tài)值IE有關(guān)。對(duì)于小功率管，當(dāng)IE=1 2 mA時(shí)， rbe約為1 。上一頁(yè)返回下一頁(yè)2.4放大電路的微變等效電路分析法從輸出特性曲線來看，放大區(qū)中的ic與ucc基本無關(guān)，僅取決于ib的變化，因此相當(dāng)于一個(gè)受ib控制

29、的恒流源，即 將上述兩模型的公共點(diǎn)相連，即可得到三極管的電路模型，如圖2-10所示。用以上模型代替交流通路中的三極管，可得圖2-11所示的放大電路的小信號(hào)電路模型。據(jù)此電路模型，可按照線性電路的分析方法進(jìn)行計(jì)算。2.4.2 電壓放大倍數(shù)的計(jì)算利用微變等效電路可以很方便地計(jì)算出電路的電壓放大倍數(shù)。圖2-12所示為單管放大電路微變等效電路的簡(jiǎn)化過程。一般是先畫出放大電路的交流通路，再將交流通路中的品體管用它的微變等效電路來代替。下一頁(yè)返回上一頁(yè)2.4放大電路的微變等效電路分析法如果不考慮電源內(nèi)阻，由上圖所示的輸入回路可得 （2.13）由輸出回路得 （2.14）所以電壓放大倍數(shù) （2.15）式中 稱

30、為等效負(fù)載電阻。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大電路的微變等效電路分析法2.4.3 放大電路輸入電阻和輸出電阻的計(jì)算一般情況下，放大電路總是和其他電路連接在一起的，它的輸入端接信號(hào)源或前級(jí)放大電路，它的輸出端常與后一級(jí)放大電路或負(fù)載相連。因此，放大電路與信號(hào)源、負(fù)載之間，以及放大電路之間是相互聯(lián)系、相互影響的。在計(jì)算放大電路的輸入電阻和輸出電阻時(shí)，也應(yīng)該考慮前、后級(jí)之間的相互影響。1.放大電路的輸入電阻對(duì)于圖2-13所示的放大電路，其輸入電阻為上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.4放大電路的微變等效電路分析法上一頁(yè)返回所以 （2.19）由于 所以通常希望放大電路的輸入電阻高一些，一是可以減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)，一是可以提高

31、電壓放大倍數(shù)。下一頁(yè)2.4放大電路的微變等效電路分析法2.放大電路的輸出電阻從放大電路的輸出端看進(jìn)去所呈現(xiàn)的交流等效電阻，稱為放大電路的輸出電阻ro。求放大電路的輸出電阻時(shí)，應(yīng)將信號(hào)源短接，將負(fù)載電阻斷開，外加電壓源 ，求 。如圖2-14所示。當(dāng) =0， =0， =0，此時(shí)受控電流源開路，故有放大電路的輸出電阻為 （2.20）RC一般為幾千歐，因此，共射極放大電路的輸出電阻較高。返回上一頁(yè)2.5 射極輸出器2.5.1 電路的組成和靜態(tài)工作點(diǎn)除共射放大電路外，單管放大電路還有共集電極和共基極等兩種組態(tài)，本節(jié)只討論共集電極電路。圖2-15所示為共集放大電路的原理，基極為輸入端，發(fā)射極為輸出端。在圖

32、2-15(c)所示的交流通路中，由于UCC相當(dāng)于短路，集電極便成為輸入、輸出回路的公共端，故名共集電極放大電路，又稱射極輸出器。與分壓式偏置電路相似，共集電極電路的射極電阻RE也具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用。例如，當(dāng)溫度升高IC隨之增大時(shí)，RE上的壓降也隨之增大，因此導(dǎo)致UBE下降，從而抑制了IC的變化。直流電源UCC經(jīng)偏置電阻為二極管發(fā)射結(jié)提供正偏壓，由圖2-15 (b)可列出輸入回路的直流方程為下一頁(yè)返回2.5 射極輸出器 （2.21）由集電極回路可得 （2.22） 上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.5 射極輸出器2.5.2 動(dòng)態(tài)性能分析1.電壓放大倍數(shù)根據(jù)圖2-15 (c)所示的交流通路可畫出放大電路小信

33、號(hào)微變等效電路如圖2-16所示。由圖可求得共集電極放大電路的各性能指標(biāo)。輸入電壓輸出電壓電壓放大倍數(shù)為 （2.23）上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.5 射極輸出器2.輸入電阻放大電路的輸入電阻為 （2.24）射極輸出器的輸入電阻很高，可達(dá)幾千歐至幾百千歐，比共射極放大器的輸入電阻高很多。輸入電阻高的原因是采用了深度的串聯(lián)電壓負(fù)反饋。3.輸出電阻由于射極輸出器的 ，當(dāng)輸入電壓一定時(shí)，輸出電壓受負(fù)載變化影響較小，這說明射極輸出器具有穩(wěn)定輸出電壓的作用。只有當(dāng)放大電路輸出電阻很小時(shí)，其帶負(fù)載能力強(qiáng)，才具有穩(wěn)定的輸出電壓。由此可見，射極輸出器的輸出電阻很低。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.5 射極輸出器放大電路的輸出電阻一般

34、利用含受控源電路求等效電阻的方法可得，外加電壓源 ，有故通常 ，所以 （2.25）由式(2.25)可知，射極輸出器的輸出電阻很小，般約為幾十至幾百歐。上一頁(yè)返回下一頁(yè)2.5 射極輸出器2.5.3 射極輸出器的用途通過以上分析，射極輸出器的主要特點(diǎn)是：電壓放大倍數(shù)約為1，但略小于1；輸入電阻高，輸出電阻低；輸出電壓與輸入電壓同相位。因此射極輸出器在電子設(shè)備中有很廣泛的應(yīng)用。1.作為輸入級(jí)在電了測(cè)量?jī)x器中，常采用射極輸出器作為輸入級(jí)。利用它輸入電阻高的特點(diǎn)，使信號(hào)源內(nèi)阻上的壓降相對(duì)來說比較小，即在部分信號(hào)電壓能傳送到放大電路的輸入端上。從而減小對(duì)被測(cè)電路的影響，提高了測(cè)量精度。返回下一頁(yè)上一頁(yè)2.

35、5 射極輸出器2.作為輸出級(jí)由于射極輸出器輸出電阻低，當(dāng)負(fù)載電流變化較大時(shí)，其輸出電壓變化很小，從而提高了放大電路帶負(fù)載的能力。3.作為中間隔離級(jí)在多級(jí)放大電路中，可以把射極輸出器接在兩級(jí)共射極放大電路之間，利用其輸入電阻高的特點(diǎn)，以提高前一級(jí)的電壓放大倍數(shù)；利用其輸出電阻低的特點(diǎn)，以減小后一級(jí)信號(hào)源內(nèi)阻，從而提高了前、后兩級(jí)的電壓放大倍數(shù)，隔離了級(jí)間的相互影響。返回上一頁(yè)2.6 阻容耦合多級(jí)放大電路2.6.1 放大電路耦合方式前面介紹的單管放大電路的放大倍數(shù)一般都較低，或其他性能指標(biāo)(如輸入、輸出電阻等)達(dá)不到要求。為了提高放大倍數(shù)，或改善電路性能，需要將多個(gè)放大電路連接起來，構(gòu)成多級(jí)放大電

36、路。多級(jí)放大電路由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)組成，如圖2-18所示。在多級(jí)放大電路中，每一個(gè)基本放大電路稱為一級(jí)，各級(jí)之間的相互連接方式稱為耦合。常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合。以下介紹它們的電路形式和主要性能。下一頁(yè)返回2.6 阻容耦合多級(jí)放大電路1.阻容耦合圖2-19所示為兩級(jí)阻容禍合放大器，前、后級(jí)之間通過電容C2和后級(jí)的輸入電阻ri2連接，因此稱為阻容藕合。因電容的隔直作用，各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，在分析、設(shè)計(jì)、調(diào)試中可按各級(jí)單獨(dú)處理。另外，由于電容對(duì)交流信號(hào)的容抗很小，只要C2的容量選得合適，前級(jí)輸出信號(hào)可以兒乎不衰減地傳遞到后級(jí)。但阻容禍合放大器的低頻特性較差，不能放大

37、變化緩慢的信號(hào)和直流信號(hào)。又由于難以制造容量較大的電容，因而不利于集成，多用于由分立元件組成的放大電路中。上一頁(yè)返回下一頁(yè)2.6 阻容耦合多級(jí)放大電路2.直接耦合圖2-20所示為直接禍合放大電路。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能直接傳輸前、后級(jí)信號(hào)，因此低頻特性較好。又因?yàn)闊o禍合電容，便于集成。但由于前、后級(jí)之間存在直流通路，例如前級(jí)的集電極電位恒等于后級(jí)的基極電位，前級(jí)的集電極電阻又是后級(jí)的偏流電阻，因此前、后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響。實(shí)際工作中必須采取一定的措施，以保證各級(jí)都有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。3.變壓器耦合圖2-21所示為變壓器禍合放大電路。由于變壓器的隔直作用，兩級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，其分析計(jì)

38、算與單級(jí)電路相同。而對(duì)于交流信號(hào)，變壓器則起傳輸作用。此外，變壓器禍合電路可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，在功率放大電路中應(yīng)用方便。但電路不能放大直流和低頻信號(hào)，目因變壓器自身體積和重量大，不利于電路的集成化。上一頁(yè)下一頁(yè)返回 2.6 阻容耦合多級(jí)放大電路2.6.2 阻容耦合放大電路的分析圖2-22所示為一個(gè)典型的兩級(jí)阻容禍合放大電路，每一級(jí)都是前面討論過的分壓偏置放大電路。下面就以這個(gè)電路為例討論多級(jí)放大電路的計(jì)算。1.輸入電阻和輸出電阻圖2-23所示為兩級(jí)阻容藕合放大電路的微變等效電路。 （2.26）同理，多級(jí)放大電路的輸出電阻即為從最后一級(jí)看進(jìn)去的輸出電阻為 （2.27）上一頁(yè)下一頁(yè)返回 2.6 阻容耦

39、合多級(jí)放大電路2.電壓放大倍數(shù)第一級(jí)的電壓放大倍數(shù)為第二級(jí)的電壓放大倍數(shù)為當(dāng) 時(shí)，有總的電壓放大倍數(shù)為 （2.28）推廣到n級(jí)放大電路，總的電壓放大倍數(shù)為 （2.29）上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.6 阻容耦合多級(jí)放大電路由此可見，多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)的連乘積。需要強(qiáng)調(diào)的是，在計(jì)算每一級(jí)的電壓放大倍數(shù)時(shí)，要把后一級(jí)的輸入電阻視為它的負(fù)載電阻。例如，對(duì)第一級(jí)來說，有 （2.30）其中對(duì)第二級(jí)來說，有 （2.31）上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.6 阻容耦合多級(jí)放大電路所以 （2.32）設(shè)共發(fā)射極放大電路每級(jí)相移為 ，則n級(jí)放大電路的總相移為n 。因此，對(duì)于奇數(shù)級(jí)總相移為 ，即輸出電壓

40、與輸入電壓反相；對(duì)于偶數(shù)級(jí)總相移為零，即輸出電壓與輸入電壓同相。這樣總的電壓放大倍數(shù)表示式可寫成上一頁(yè)返回2.7 功率放大電路2.7.1 功率放大器的特點(diǎn)和分類1.電路特點(diǎn)功率放大器作為放大電路的輸出級(jí)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1)由于功率放大器的卞要任務(wù)是向負(fù)載提供一定的功率，因而輸出電壓和電流的幅度足夠大。(2)由于輸出信號(hào)幅度較大，使二極管工作在飽和區(qū)與截止區(qū)的邊沿，因此輸出信號(hào)存在一定程度的失真。(3)功率放大器在輸出功率的同時(shí)，二極管消耗的能量也較大，因此，不可忽視管耗問題。下一頁(yè)返回2.7 功率放大電路2.電路要求根據(jù)功率放大器在電路中的作用及特點(diǎn)，首先要求它的輸出功率大、非線性失真小

41、、效率高。其次，由于二極管工作在大信號(hào)狀態(tài)，要求它的極限參數(shù)ICM、PCM、U(BR)CEO。等應(yīng)滿足電路正常工作并留有一定的余量，同時(shí)還要考慮二極管有良好的散熱功能，以降低結(jié)溫，確保二極管安全工作。3.功率放大器的分類從總體上來講，功率放大器可分為有輸出變壓器和無輸出變壓器兩種類型。根據(jù)功放管的靜態(tài)工作點(diǎn)位置不同，功率放大器又可分為三種工作狀態(tài)，如圖2-24所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.7 功率放大電路2.7.2 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路1.乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(1)電路組成及工作原理圖2-25所示為由兩個(gè)射極輸出器組成的h.補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。VT1和VT2分別為NPN型管和PNP型管，兩管的

42、基極和發(fā)射極分別連接在一起，信號(hào)從基極輸入，從發(fā)射極輸出，尺為負(fù)載。靜態(tài)時(shí)，兩管均處于零偏置，兩管的IB、IC均為零，因此輸出電壓為零，此時(shí)電路不消耗功率。如圖2-26所示，電路稱為乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。又因?yàn)殪o態(tài)時(shí)公共發(fā)射極電位為零，不必采用電容耦合，所以又簡(jiǎn)稱為OCL電路。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.7 功率放大電路 (2)“交越”失真問題必須要指出的是，如果將靜態(tài)工作點(diǎn)Q選擇在二極管特性曲線的截止處，即IC 0，盡管兩管可以選擇得完全對(duì)稱，但是由于品體管的輸入特性曲線是非線性的，在uBE小于死區(qū)電壓時(shí)，ib基本為零，這樣就使得基極電流波形與輸入信號(hào)電壓波形不相似而產(chǎn)生失真。由于失真是發(fā)生在兩

43、個(gè)半波的交接處，故稱為交越失真。顯然在輸入信號(hào)電壓正半周，只有當(dāng)輸入信號(hào)電壓上升超過死區(qū)電壓時(shí)，VT1才導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)電壓下降尚未到零時(shí)，VT1己截止。在截止時(shí)間內(nèi)VT2也不導(dǎo)通。同理，在輸入信號(hào)電壓的負(fù)半周也存在類似情況。這樣使得輸出電壓波形產(chǎn)生了如圖2-27所示的失真。為了消除交越失真，在實(shí)際應(yīng)用中，靜態(tài)工作點(diǎn)Q不設(shè)置在IC 0處，而是選在稍稍向上一點(diǎn)的地方，讓功放管工作于甲乙類放大狀態(tài)。擺脫“死區(qū)”電壓的影響，而使兩管在靜態(tài)時(shí)己有較小的基極電流，只要有輸入信號(hào)，則總有一個(gè)管了導(dǎo)通，以致它們輪流導(dǎo)通時(shí)，在交接點(diǎn)附近輸出波形比較平滑、失真減小。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.7 功率放大電路圖2-28

44、所示為甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。利用一極管VD1、VD2上的正向壓降給VT1、VT2的發(fā)射結(jié)提供一個(gè)正向偏置電壓，使電路工作在甲乙類狀態(tài)，從而消除了交越失真。由于VD1、VD2的動(dòng)態(tài)電阻很小，其上的信號(hào)壓降也很小，故VT1、 VT2的基極交流信號(hào)大小仍近似相等、極性相同，可保證兩管交替對(duì)稱導(dǎo)通。2.在采用一個(gè)電源的互補(bǔ)對(duì)稱電路OCL電路中采用雙電源供電，使用時(shí)感到不便。例如，采用單電源供電，只擊在兩管發(fā)射極與負(fù)載間接上一個(gè)大容量電容即可。這種電路通常又稱無輸出變壓器電路，簡(jiǎn)稱OTL，電路如圖2-29所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.7 功率放大電路2.7.3 集成功率放大電路隨著電子技術(shù)的發(fā)展，集成

45、電路應(yīng)用日趨廣泛。由于互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)好、易于集中等優(yōu)點(diǎn)，因而在集成電路中獲得了廣泛的應(yīng)用。例如，TDA2040大器，其輸出為互補(bǔ)對(duì)稱電路。集成功率放大器只需要外接少量的元件，就可組成適用的功率放大電路。這種電路失真小，噪聲低，靜態(tài)工作點(diǎn)無需調(diào)整，電源電壓可在8 18 V范圍內(nèi)選擇，使用靈活。圖2-30是TDA2040集成電路的外形。它有五個(gè)引腳，使用時(shí)就固定在散熱片上。圖2-31由TDA2040組成的低頻功率放大電路。上一頁(yè)返回2.8 放大電路的調(diào)整與測(cè)試方法(小技能)2.8.1 通電前的檢查電路安裝完成后，必須在不通電的情況下，對(duì)電路板進(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的檢查，

46、以便糾正安裝錯(cuò)誤。檢查中應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：元器件引腳之間有無短路。電源的正負(fù)極性有沒有接反，正負(fù)極之間有沒有短路現(xiàn)象，電源線、地線是否接觸可靠。二極管與電解電容極性有沒有接反，三極管、集成電路引腳線有沒有接錯(cuò)，集成電路的型號(hào)及安插方向?qū)Σ粚?duì)，引腳連接處有沒有接觸不良等。 下一頁(yè)返回2.8 放大電路的調(diào)整與測(cè)試方法(小技能)2.8.2 通電調(diào)試通電調(diào)試包括測(cè)試和調(diào)整兩個(gè)方面，測(cè)試是對(duì)安裝完成的電路板的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量，以便提供調(diào)整電路的依據(jù)，經(jīng)過多次的測(cè)量和調(diào)整，就可以使電路性能達(dá)到要求。為了使調(diào)試能順利進(jìn)行，應(yīng)在電路原理圖上標(biāo)明元器件參數(shù)，主要測(cè)試點(diǎn)的電位值及相應(yīng)的小型圖。具體調(diào)試步驟

47、如下：1.通電觀察把經(jīng)過準(zhǔn)確測(cè)量的電源電壓接入電路，先觀察有無異?，F(xiàn)象，這包括電路中有無冒煙、有無異常氣味、元器件是否發(fā)燙以及電源輸出有無短路現(xiàn)象等。如出現(xiàn)異常現(xiàn)象，則應(yīng)立即切斷電源。檢查電路，排除故障，待故障排除后才能重新接通電源。然后再檢查各元器件的引腳電源電壓是否符合要求。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.8 放大電路的調(diào)整與測(cè)試方法(小技能)2.靜態(tài)調(diào)試 調(diào)整測(cè)量放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，是為了保證放大器能工作在線性狀態(tài)，同時(shí)通過直流電位的測(cè)量，可發(fā)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)、電路安裝以及電路元器件損壞等故障。因此，放大電路的靜態(tài)調(diào)試很重要。在進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：電路中不應(yīng)存在寄生振蕩干擾。應(yīng)考慮直流電壓表內(nèi)

48、阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，因?yàn)橹绷麟妷罕淼膬?nèi)阻將對(duì)被測(cè)電路產(chǎn)生分流，使測(cè)量結(jié)果偏小。被測(cè)電路阻值越大，這種影響也就越大。若要測(cè)量電路中的電流，一般不采用斷開電路串入電流表的方法測(cè)量，而是用電壓表測(cè)量己知電阻上的壓降，然后通過換算得到電流。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.8 放大電路的調(diào)整與測(cè)試方法(小技能)3.動(dòng)態(tài)調(diào)整放大器的動(dòng)態(tài)調(diào)試應(yīng)在靜態(tài)調(diào)試己完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行。動(dòng)態(tài)調(diào)試的目的是為了使放大電路的增益、輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍、波形失真、輸入和輸出電阻等性能達(dá)到要求。在輸入端輸入適當(dāng)頻率和幅度的信號(hào)，并沿著信號(hào)的流向，逐極檢測(cè)各有關(guān)點(diǎn)的波形、參數(shù)(或電位)，并通過計(jì)算測(cè)量結(jié)果估算電路性能指標(biāo)，然后進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使指標(biāo)達(dá)

49、到要求。電路性能經(jīng)調(diào)整初測(cè)達(dá)到指標(biāo)要求后，就可以進(jìn)行電路性能指標(biāo)的全面測(cè)量。在測(cè)試過程中，要始終借助儀器仔細(xì)觀察，邊測(cè)量、邊記錄、邊分析、邊解決問題。(1)電壓放大倍數(shù)的測(cè)量測(cè)量放大電路的電壓放大倍數(shù)要采用信號(hào)發(fā)生器、電了交流毫伏表、電了示波器及直流電源等電了設(shè)備。其接線如圖2-32所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回 2.8 放大電路的調(diào)整與測(cè)試方法(小技能)(2)輸入電阻的測(cè)量測(cè)量輸入電阻的方法較多，圖2-33所示是較為常用的電流電壓法測(cè)量輸入電阻的電路，圖中R為外接測(cè)試輔助電阻，RL為放大器輸出端所接的負(fù)載。由圖可知，給定一個(gè)合適的Ui，就可測(cè)得電壓Ui，將結(jié)果代入下列公式，可求得電路的輸入電阻ri為

50、上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.8 放大電路的調(diào)整與測(cè)試方法(小技能)(3)輸出電阻的測(cè)量測(cè)量電路如圖2-34所示。設(shè)斷開時(shí)測(cè)得輸出電壓為Uox，接入尺后測(cè)得的輸出電壓為Uo，于是可求得輸出電阻ro為4.調(diào)試注意事項(xiàng)測(cè)試結(jié)果的正確性是保證調(diào)試效果的前提，要使調(diào)試過程快、效果好，則在調(diào)試時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)調(diào)試前要熟悉各種儀器的使用方法。(2)測(cè)量?jī)x器的地線和被測(cè)電路的地線應(yīng)接在一起，并形成系統(tǒng)的參考地電位，這樣才能保證測(cè)量結(jié)果的正確性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2.8 放大電路的調(diào)整與測(cè)試方法(小技能)(3)接線要用屏蔽線，屏蔽線的外屏蔽層要接到系統(tǒng)的地線上。(4)要正確選擇測(cè)量點(diǎn)和測(cè)量方法。(5)調(diào)試過程中要

51、有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，不可急于求成。在調(diào)試過程中，不僅要認(rèn)真觀察測(cè)量，還要記錄并善于進(jìn)行分析、判斷。切不能一碰到問題，就毫無日的地亂調(diào)、亂測(cè)或是亂接線。這樣，不但不能解決問題，甚至?xí)l(fā)生更大的故障或是損壞儀器設(shè)備。2.8.3 故障排除新電路板出現(xiàn)故障是常見的，每個(gè)學(xué)生都要認(rèn)真對(duì)待。查找故障時(shí)，首先要有耐心，還要細(xì)心，一定不能馬馬虎虎，同時(shí)要多動(dòng)腦筋，認(rèn)真進(jìn)行分析、觀察、判斷。下面是查找故障的一般方法。上一頁(yè)下一頁(yè)返回 2.8 放大電路的調(diào)整與測(cè)試方法(小技能)1.認(rèn)真查線當(dāng)電路不能正常工作時(shí)，應(yīng)關(guān)斷直流電源，再認(rèn)真檢查電路是否有接錯(cuò)、掉線、斷線，有沒有接觸不良、元件損壞、元件用錯(cuò)、元件引腳接錯(cuò)等情

52、況。查線時(shí)可借助萬用表。2.認(rèn)真檢查直流工作狀態(tài)線路檢查完畢后，若電路仍不能正常工作，則可將電路接通直流電源，測(cè)量被測(cè)電路卞要點(diǎn)的直流電位，并與理論設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，以便發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象。對(duì)于多級(jí)電路，則要逐級(jí)進(jìn)行測(cè)量，并分析測(cè)量結(jié)果，以便發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回 2.8 放大電路的調(diào)整與測(cè)試方法(小技能)3.動(dòng)態(tài)檢查在電路輸入端加入輸入信號(hào)，用示波器由前級(jí)向后級(jí)逐級(jí)檢查有關(guān)點(diǎn)的電壓波形，并測(cè)量其大小是否正常。必要時(shí)可斷開后級(jí)進(jìn)行測(cè)量，以判斷故障在前級(jí)還是在后級(jí)。對(duì)于一個(gè)完整的系統(tǒng)電路，要迅速而準(zhǔn)確地排除故障，需要一定的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于初學(xué)者來說，首先應(yīng)該認(rèn)真分析電路圖，并善于將全電路分解成

53、兒個(gè)功能塊，明確各部分信號(hào)傳遞關(guān)系及作用原理。然后根據(jù)故障現(xiàn)象以及有關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)，分析和初步確定故障可能出現(xiàn)的部位，再按上述步驟仔細(xì)檢查這一部分電路，就能比較快地找到故障點(diǎn)。上一頁(yè)返回圖2-1 三極管在電路中的三種組態(tài)返回圖2-2 共發(fā)射極單管放大電路返回圖2-3 共射極放大電路返回圖2-4 靜態(tài)工作點(diǎn)的確定返回圖2-5 共射極放大電路的交流通路返回圖2-6放大電路中電壓和電流的波形返回圖2-7靜態(tài)工作點(diǎn)與波形失真的關(guān)系返回圖2-8 分壓式偏置放大電路返回圖2-9分壓式偏置電路的直流通路返回圖2-10 三極管的電路模型返回圖2-11 放大電路的小信號(hào)電路模型返回圖2-12 放大電路微變等效電路的

54、簡(jiǎn)化過程返回圖2-13 求輸入電阻ri返回圖2-14 求輸出電阻ro返回圖2-15 射極輸出器返回圖2-16 共集電極放大電路小信號(hào)微變等效電路返回圖2-18 多級(jí)放大電路框圖返回圖2-19 兩級(jí)阻容耦合放大電路返回圖2-20 兩級(jí)直接耦合放大電路返回圖2-21 兩級(jí)變壓器耦合放大電路返回圖2-22 典型的兩級(jí)阻容耦合放大電路返回圖2-23 典型兩級(jí)阻容耦合放大電路的微變等效電路返回圖2-24 功率放大器的三種工作狀態(tài)返回圖2-25 乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路返回圖2-26 乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路電流、電壓波形返回圖2-27 交越失真返回圖2-28 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路返回圖2-29 單電源互補(bǔ)放大

55、電路返回圖2-30 TDA2040集成電路外形返回圖2-31 TDA2040組成的功放電路返回圖2-32 放大電路電壓放大信數(shù)測(cè)量電路接線返回圖2-33 輸入電阻測(cè)量電路返回圖2-34 輸出電阻測(cè)量電路返回第3章 集成運(yùn)算放大器與負(fù)反饋3.1 概述3.2 差分放大電路3.3 集成運(yùn)算放大器3.4 負(fù)反饋放大器3.5 基本運(yùn)算電路3.6 運(yùn)算放大器的選用及使用注意事項(xiàng)3.1 概述集成電路是把整個(gè)電路所需的二極管、三極管或場(chǎng)效應(yīng)管、電阻及連接導(dǎo)線等元器件制作在一塊硅基片上，從而實(shí)現(xiàn)某種特定功能的電了電路。按功能不同，可分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路。集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路中發(fā)展最早、通用性最

56、強(qiáng)的器件，其內(nèi)部實(shí)際上是一個(gè)高放大倍數(shù)的直接耦合放大器。反饋技術(shù)在電路中應(yīng)用十分廣泛，反饋現(xiàn)象普遍存在于電路中。負(fù)反饋能夠改善放大電路的性能。返回3.2 差分放大電路3.2.1 直接耦合方式在直接耦合放大器中，由于級(jí)與級(jí)之間無隔直(流)電容，因此各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，從而要求在設(shè)計(jì)電路時(shí)，合理安排，使各級(jí)都有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。若將直接禍合放大器的輸入端短路(ui=0) ，理論上講，輸出端應(yīng)保持某個(gè)固定值不變。然而，實(shí)際情況并非如此，輸出電壓往往偏離初始靜態(tài)值，出現(xiàn)了緩慢的、無規(guī)則的漂移，這種現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。1.直接藕合放大器零點(diǎn)漂移問題(1)直接藕合放大器各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)之間相互影響，相互

57、牽制。下一頁(yè)返回3.2 差分放大電路(2)存在零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移的定義：在輸入信號(hào)為零時(shí)，出現(xiàn)輸出端的直流電位緩慢變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因：元器件參數(shù)的變化、電源電壓的波動(dòng)、環(huán)境溫度的變化等，其中由溫度變化導(dǎo)致半導(dǎo)體參數(shù)等變化(簡(jiǎn)稱溫漂)是零點(diǎn)漂移的最主要原因。零點(diǎn)漂移在RC禍合電路中影響不大；但在直接耦合放大電路中會(huì)被后級(jí)電路逐級(jí)放大，目第一級(jí)的零漂影響最為嚴(yán)重。2.抑制零點(diǎn)漂移的措施選用參數(shù)穩(wěn)定性好、高質(zhì)量的硅管。采用負(fù)反饋，以減少零點(diǎn)漂移。采用直流穩(wěn)壓電源，減少電源電壓的波動(dòng)引起的零點(diǎn)漂移。采用另一個(gè)熱敏元件去補(bǔ)償放大器的零點(diǎn)漂移。采用差動(dòng)放大電路，它常用作集成運(yùn)放的輸入級(jí)，這是解決

58、零點(diǎn)漂移問題的主要方法。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2 差分放大電路3.2.2 差分放大電路1.基本差動(dòng)放大電路(1)電路組成圖3-1所示是一個(gè)基本差動(dòng)放大電路，它由兩個(gè)特性相同的二極管VT1、VT2組成對(duì)稱電路。(2)靜態(tài)分析 （3.1） （3.2）上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2 差分放大電路 （3.3） （3.4）上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2 差分放大電路(3)差模信號(hào)和共模信號(hào)差模輸入信號(hào)。大小相等、極性相反的一對(duì)信號(hào)稱為差模信號(hào)，用uid來表示，uid=ui，這種信號(hào)的輸入方式稱為差模輸入，輸入差模信號(hào)時(shí)的電壓放大倍數(shù)稱為差模電壓放大倍數(shù)，用Aud來表示。如圖3-1(b)所示。共模輸入信號(hào)。大小相等、極性相

59、同的漂移信號(hào)，稱為共模信號(hào)，用uic表示，這種輸入方式稱為共模輸入，輸入共模信號(hào)時(shí)的電壓放大倍數(shù)為共模電壓放大倍數(shù)，用Auc來表示。如圖3-1(c)所示。(4)差模輸入動(dòng)態(tài)分析 （3.5）上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2 差分放大電路(5) 共模輸入動(dòng)態(tài)分析 （3.6）差動(dòng)放大器的輸出電壓為零，顯然，差動(dòng)放大器對(duì)共模信號(hào)有抑制作用，即能有效抑制零點(diǎn)漂移。2.具有電流源的差動(dòng)放大電路如圖3-2所示。3.差動(dòng)放大電路的輸入/輸出方式差動(dòng)放大器有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端(均共地)，所以在信號(hào)輸入和輸出方式上，可以根據(jù)不同的情況加以選擇。一般，差動(dòng)放大器有四種連接方式，這四種連接方式的特點(diǎn)、有關(guān)計(jì)算公式及應(yīng)用情況

60、見表3-1。注意：采用單端輸出的接法時(shí)，如果由VT1輸出，則輸出電壓與輸入電壓反向；如果由VT2輸出，則輸出電壓與輸入電壓相同。上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.2 差分放大電路(1)單端輸入方式單端輸入電路如圖3-3所示。單端輸入，在REE足夠大的條件下，與雙端輸入狀態(tài)相同，其Aud、rid、ro分析結(jié)論相同。(2)單端輸出方式單端輸出電路如圖3-4所示。差模增益： （3.8）其中共模增益： （3.9）上一頁(yè)返回3.3 集成運(yùn)算放大器3.3.1 集成運(yùn)算放大器的組成及符號(hào)集成運(yùn)放由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路四個(gè)部分組成，如圖3-5 (c)所示。輸入級(jí)對(duì)集成運(yùn)放的性能起著決定性的作用，是提高集成運(yùn)放質(zhì)