電子線路分析與實踐

電子線路分析與實踐第1頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一電子線路分析與實踐上篇模擬電路分析與實踐電子線路分析與實踐高職高專ppt課件第2頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐教材目錄任務1小夜燈的制作1任務2聲控閃光電路的制作2任務3熱釋電人體紅外傳感器的制作3任務4電子助聽器的制作4任務5語音提示和告警電路的制作5任務6接近開關(guān)的制作6任務7低壓直流電源的制作7電子線路分析與實踐高職高專ppt課件第3頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐教學目的知識能力：：熟悉晶體管放大、飽和、截止三種工作狀態(tài)條件和工作在這三種狀態(tài)特點，并能夠用輸出電壓的大小來判斷。熟悉晶體管的直接耦合形式。技能能力：熟悉發(fā)光二極管的應用，熟悉電容話筒的應用。學會放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響。掌握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方法。社會能力：訓練學生工程意識和良好的勞動紀律觀念，自學能力。培養(yǎng)學生良好的語言表達能力和客觀評價能力，勞動組織和團體協(xié)作能力以及自我學習和管理的素養(yǎng)。任務2聲控閃光電路的制作電子線路分析與實踐高職高專ppt課件第4頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐目錄2.1晶體管12.2場效應晶體管22.3放大電路的基本知識32.4基本共射放大電路42.5典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路52.6共集電極放大電路62.8多級放大電路82.7共基極放大電路72.9放大電路的頻率響應9電子線路分析與實踐高職高專ppt課件第5頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐知識能力任務2聲控閃光電路的制作2.1晶體管11.晶體管的結(jié)構(gòu)、符號和分類（1）晶體管的結(jié)構(gòu)和符號晶體管由形成兩個PN結(jié)的三塊雜質(zhì)半導體組成，結(jié)構(gòu)和符號如圖2-1所示。電子線路分析與實踐高職高專ppt課件第6頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作（2）晶體管的分類晶體管根據(jù)基片的材料不同，分為鍺管和硅管兩大類，目前國內(nèi)生產(chǎn)的硅管多為NPN型（3D系列），鍺管多為PNP型（3A系列）；根據(jù)頻率特性，分為高頻管和低頻管；根據(jù)功率大小，分為大功率管、中功率管和小功率管等。實際應用中采用NPN型晶體管較多，所以下面以NPN型晶體管為例加以討論，所得結(jié)論同樣適用于PNP型晶體管。電子線路分析與實踐高職高專ppt課件第7頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐2.雙極型三極管的電流放大作用晶體管芯結(jié)構(gòu)剖面圖e發(fā)射極集電區(qū)N基區(qū)P發(fā)射區(qū)Nb基極c集電極晶體管實現(xiàn)電流放大作用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件(1)發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，以便有足夠的載流子供“發(fā)射”。(2)為減少載流子在基區(qū)的復合機會，基區(qū)做得很薄，一般為幾個微米，且摻雜濃度較發(fā)射極低。(3)集電區(qū)體積較大，且為了順利收集邊緣載流子，摻雜濃度很低。

可見，雙極型三極管并非是兩個PN結(jié)的簡單組合，而是利用一定的摻雜工藝制作而成。因此，絕不能用兩個二極管來代替，使用時也決不允許把發(fā)射極和集電極接反。任務2聲控閃光電路的制作第8頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐3.雙極型三極管的特性曲線

(1)輸入特性曲線以常用的共射極放大電路為例說明UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB從0開始增加IBIE=IBUBE令UCC為0UCE=0時的輸入特性曲線UCE為0時任務2聲控閃光電路的制作第9頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作a）輸入特性曲線b）輸出特性曲線圖2-6晶體管的特性曲線第10頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作4.晶體管工作狀態(tài)的判斷方法1）根據(jù)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的偏置電壓來判別。2）根據(jù)偏置電流IB、IC、ICS來判別。首先設晶體管臨界飽和，計算IBS：再計算輸入電流IB，若IB>IBS，則飽和；若IB<IBS，則放大。3）根據(jù)UCEQ的值來判別，UCEQ≈UCC，管子工作在截止區(qū)；UCEQ≈0，管子工作在飽和區(qū)。

第11頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作5.半導體晶體管的主要參數(shù)（1）電流放大系數(shù)共射直流電流放大系數(shù)：

共射交流電流放大系數(shù)：

（2）反向飽和電流1）集電極－基極反向飽和電流ICBO：ICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。2）集電極－發(fā)射極反向飽和電流ICEO（穿透電流）：ICEO是指基極開路允許從集電極流向發(fā)射極的最大電流。兩個反向飽和電流的關(guān)系為ICEO=（1+β）ICBO。第12頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作（3）極限參數(shù)1）最大集電極耗散功率PCM：即集電極最大允許耗散功率。PC≦PCM

。2）最大集電極電流ICM：即集電極最大允許電流。β下降到正常β的2/3時所對應的ic值為ICM，當ic>ICM時，長時間工作可導致晶體管損壞。3）反向擊穿電壓U（BR）CEO。當UCEO>U（BR）CEO時晶體管ic、iE劇增，使晶體管擊穿損壞。為了可靠工作，使用中取Ucc<2/3U（BR）CEO。U（BR）EBO：集電極開路時，發(fā)射結(jié)的反向擊穿電壓。U（BR）CBO：發(fā)射極開路時，集電極和基極間的擊穿電壓。4）由PCM、ICM和U（BR）CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。UCE/VIC

/mA0IB=043211.52.3安

全

區(qū)晶體管上的功耗超過PCM，管子將損壞。第13頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2.2場效應晶體管21．MOS管的結(jié)構(gòu)、符號、工作原理及特性曲線單極型半導體晶體管分為金屬－氧化物－半導體場效應晶體管和結(jié)型場效應晶體管（MOS-FET和F-FET）d）P溝道耗盡型管代表符號

圖2-11增強型MOS結(jié)構(gòu)圖和代表符號第14頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作

圖2-12N溝道增強型MOS管結(jié)構(gòu)圖第15頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作替飽和區(qū)的所有轉(zhuǎn)移特性曲線。

a）輸入特性曲線b）輸出特性曲線圖2-14N溝道增強型MOS管的特性曲線第16頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2.場效應晶體管與晶體管的性能比較

1）場效應晶體管的源極s、柵極g、漏極d分別對應于晶體管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用基本相似。

2）場效應晶體管是電壓控制電流器件，晶體管是電流控制電流器件

。3）場效應晶體管的輸入電阻比晶體管的輸入電阻高。4）場效應晶體管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強。5）場效應晶體管在源極未與襯底連在一起時，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大；而晶體管的集電極與發(fā)射極不能互換使用。6）場效應晶體管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比較高的電路中要選用場效應晶體管。7）場效應晶體管和晶體管均可組成各種放大電路和開關(guān)電路，但由于前者制造工藝簡單，且具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，因而被廣泛用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。第17頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2.3放大電路的基本知識31.放大的概念基本放大電路一般是指由一個晶體管或場效應晶體管組成的放大電路圖2-15放大電路結(jié)構(gòu)示意圖第18頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作

圖2-16放大電路組成框圖2.放大電路的組成第19頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作3．放大電路的主要性能指標（1）放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)的定義為

（2）輸入電阻Ri（3）輸出電阻Ro（4）通頻帶fBW=fH－fL第20頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE共發(fā)射極基本電路一.基本放大電路的組成2.4基本共射放大電路4任務2聲控閃光電路的制作第21頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出RB+ECEBRCC1C2T任務2聲控閃光電路的制作第22頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐耦合電容隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2T任務2聲控閃光電路的制作第23頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。RB+ECEBRCC1C2T任務2聲控閃光電路的制作第24頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。RB+ECEBRCC1C2TRC的值一般為幾千歐到幾十千歐。任務2聲控閃光電路的制作第25頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐可以省去電路改進：采用單電源供電RB+ECEBRCC1C2T任務2聲控閃光電路的制作第26頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐單電源供電電路+ECRCC1C2TRBRB需要相應地提高阻值。參考點在晶體管電路中，通常將輸入電壓、輸出電壓以及電源的公共端稱為“地”用⊥表示，但并不見得真的接到大地，只是以“地”端為零電位，作為電路中各點電位的參考點。換句話說，電路中各點電位的極性和數(shù)值，如不特殊注明，都是指該點相對于“地”的電位差。

任務2聲控閃光電路的制作第27頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作放大電路沒有輸入信號時的工作狀態(tài)稱為直流工作狀態(tài)或靜止狀態(tài)，簡稱靜態(tài)。放大電路必須建立合適的靜態(tài)工作點，才能起放大作用。所謂建立靜態(tài)工作點，就是在無交流信號輸入的情況下，適當選擇RC和RB，使晶體管的IB、UBE、IC和UCE合適，因為IB和UBE決定晶體管輸入特性曲線上的一個點，IC和UCE決定輸出特性曲線上的一個點，所以這四個參數(shù)稱為放大電路的靜態(tài)工作點，用Q表示。2．基本共射放大電路的工作狀態(tài)便可以得到靜態(tài)工作點的表達式：

（2-22）

第28頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐

我們可總結(jié)出計算法求解靜態(tài)工作點的一般步驟，具體如下：①畫出放大電路的直流通圖。②根據(jù)基極回路求IB。③由晶體管的電流放大系數(shù)求IC。④由集電極回路求UCE。任務2聲控閃光電路的制作第29頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐3．基本共射放大電路的放大原理及波形分析任務2聲控閃光電路的制作

的波形圖2-21基本共射放大電路的波形分析由此可見，放大電路中晶體管集電極的直流信號不隨輸入信號而改變，而交流信號卻隨輸入信號發(fā)生變化。在放大過程中，集電極交流信號是疊加在直流信號上的，經(jīng)過耦合電容，從輸出端提取的只是交流信號。第30頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作4.基本共射放大電路的圖解法uBE=Vcc－

iBRb

（2-25）在輸入特性坐標系中，畫出式（2-25）所確定的直線，它與橫軸的交點為（Vcc，0），與縱軸的交點為（0，Vcc/Rb），斜率為-1/Rb。直線與曲線的交點就是靜態(tài)工作Q，其坐標為（UBEQ，IBQ），如圖2-23a中所標注。式（2-25）所確定的直線稱作輸入回路直流負載線。a）輸入回路的圖解分析b）輸出回路的圖解分析圖2-23利用圖解法求解靜態(tài)工作點第31頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作

2）電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響：所示。圖解法非常直觀地顯示出靜態(tài)工作點在輸入、輸出特性坐標平面上的位置，因而能清楚的看到Q點是否合適，并可以對電路是否產(chǎn)生失真進行較為準確的分析。a）Rb變化對Q點的影響b）Rc變化對Q點的影響c）Vcc變化對Q點的影響圖2-24電路參數(shù)對Q點的影響第32頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作（2）動態(tài)分析對于放大電路，利用圖解法求解電壓放大倍數(shù)，與后面將闡述的微變等效電路法相比，較為繁瑣，而且誤差較大，一般不常使用。通常，較多地利用圖解法對電路進行失真分析。圖2-27基本放大電路的截止失真分析圖2-28基本放大電路的飽和失真分析第33頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐5.微變等效電路法

微變等效電路法就是在滿足小信號條件下，將晶體管線性化，把放大電路等效為一個近似的線性電路，然后應用線性電路的求解方法求出ri、r0、Au的方法。RB1RCcbeRB2T一般情況下，由高、低頻小功率管構(gòu)成的放大電路都符合小信號條件。因此其輸入、輸出特性在小范圍內(nèi)均可視為線性。βibibRB1RCRB2rbe晶體管的微變等效電路。其中rbe是晶體管輸入端的等效電阻，受控電流源相當晶體管的集電極電流。顯然微變等效電路反映了晶體管電流的以小控大作用。圖中：晶體管交流輸入等效電阻第34頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐RB1RCRB2rbeβibib晶體管的微變等效電路iiuiu0i0=0iC基極電流集電極電流放大電路的輸入電壓和電流放大電路的輸出電壓和電流電路交流等效輸入電阻：ri=rbe//RB1//RB2由于小信號電路有RB1和RB2>>rbe，所以

ri≈rbe

顯然交流等效輸出電阻：r0=RC電路中電壓放大倍數(shù)：若電路接入負載，RL此時電路放大倍數(shù)：第35頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2.5典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路5

a）典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路b）直流通路圖2-32典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路及其直流通路第36頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2.靜態(tài)工作點的計算已知

第37頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2.6共集電極放大電路6a）基本共集電極放大電路b）直流通路c）交流通路圖2-34基本共集電極集放大電路及其直流通路和交流通路第38頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作1．直流分析根據(jù)直流通路，列出回路方程可求得共集電極集放大電路的靜態(tài)工作點電流為第39頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2．動態(tài)性能指標分析

式中，。第40頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2.7共基極放大電路7

a）單管共基極放大電路b）直流通路圖2-37單管共基極放大電路及直流通路第41頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作

a）交流通路b）微變等效電路圖2-38共基極放大電路的交流通路及微變等效電路第42頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2.8多級放大電路81.多級放大電路的組成及耦合方式

圖2-39多級放電路結(jié)構(gòu)框圖一般常采用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合。第43頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2．多級放大電路的性能指標估算第44頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2.9放大電路的頻率響應9幅頻特性是描繪輸入信號幅度固定，輸出信號的幅度隨頻率變化而變化的規(guī)律，即相頻特性是描繪輸出信號與輸入信號之間相位差隨信號頻率變化而變化的規(guī)律，即

這些統(tǒng)稱放大電路的頻率響應。幅頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象，稱為幅度頻率失真。相頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象，稱為相位頻率失真。放大電路的幅頻特性和相頻特性，也稱頻率響應。

第45頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作2．單級放大電路的頻率響應相位差也要發(fā)生變化。

圖2-43單級放大電路的頻率響應特性通頻帶是放大電路頻率響應的一個主要指標。通頻帶越寬，表示放大電路工作的頻率范圍越寬。第46頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐任務2聲控閃光電路的制作3．多級放大電路的頻率響應a）兩個單級放大電路的通頻帶b）耦合后，放大電路的通頻帶圖2-44多級放大電路的通頻帶第47頁，共52頁，2023年，2月20日，星期一模擬電路分析與實踐技能能力

2.10工作任務描述本任務學習中將要進行一種簡單的聲控閃光電路。電路主要由拾音器（駐極體電容話筒）、晶體管放大器和發(fā)光二極管等構(gòu)成。當輸入音頻信號較弱時，發(fā)光二極管熄滅狀態(tài)。只有信號較強時，發(fā)光二極管才點亮發(fā)光。所以，電路能隨著音頻信號的強弱（如音樂）起伏而閃爍發(fā)光。聲控閃光電路原理圖如圖2-45所示。工作原理，靜態(tài)時，VT1處于臨界飽和狀態(tài)，使VT2截止，LEDl和LED2皆不發(fā)光。凡給電容話筒MIC提供偏置電流